Определение содержания германия и редкоземельных металлов в минеральном сырье

Для оценочного анализа мы используем результаты двухслойной пленки. Такой анализ допустим в приближении среднего поля, когда в рамках модели сплошной среды оправдан предельный переход к подрешеточному рассмотрению (магнитомягкая и магнитожесткая подрешетки). При таком подходе, а также по условию, что намагниченности и внутри-слоевые обмены МЖ и ММ-слоев равны друг другу, коэрцитивная сила структуры (Нс) дается выражением [4]:

Нс = (2*КЫ - 2*Кф)1(4Ма), (1),

где Киага и Кцф - константы анизотропии, М^ и Миага - намагниченности для ММ и МЖ-слоев соответственно. Видно, что по сравнению с коэрцитивной силой однодоменной частицы в теории 8йпег-WoЫfarth (Нс = 2*К/М), в случае магнитной пружины величина Нс в разы меньше, что и наблюдается экспериментально.

На температурной зависимости Нс(Т) в низкотемпературной её части наблюдается максимум, однако конкуренции анизотропий в (1) явно недостаточно для объяснения экспериментальных данных. Также при температурах Т < 200 К наблюдается осцилляция величины Нс в зависимости от числа блоков (п) в многослойной структуре. По мере увеличения п уменьшается не только Нс, но и величина высокополевой ступеньки на зависимости М(Н), что может быть истолковано как уменьшение количества высококоэрцитивной фазы в структуре. Однако контрольные измерения толщины на разных стадиях нанесения слоев показывают, что толщины ни МЖ, ни ММ-слоев не меняются.

В отличие от двухслойной структуры, где ММ-слой «пришпилен» к МЖ-слою и разворот намагниченности начинается на свободной поверхности ММ-слоя, в нашем случае ММ-слой находится между слоями МЖ-материала, и наиболее чувствительная к влиянию магнитного поля область в ММ-слое находится в его центральной части. Относительная податливость ММ-слоя воздействию магнитного поля может быть обусловлена наличием отрицательного биквадратичного взаимодействия на границе раздела разных материалов. В этом случае на границе раздела уже реализуется развернутое состояние намагниченности Msoft, которое «тянет» за собой намагниченность МЖ-слоя, что ведет к более быстрому намагничиванию этого слоя. И тогда действительно маг-нитожесткой остается только центральная часть этого слоя. Пожалуй, первое сообщение о биквадратич-ном обмене между двумя ферромагнитными МЖ и ММ-слоями приведено в работе [5].

References

1. Zutic I., Fabian J., Das Sarma S., Rev. Mod. Phys. 76, 323 (2004).

2. Bader S. D. Rev. Mod. Phys. 78, 1 (2006).

3. Gornakov V. S., Kabanov Yu. P., Nikitenko V. I., Tikhomirov O. A., Shapiro A. I., Shul R. D. JETP. 99, 602. (2004).

4. Suess D. JMMM.308, 183 (2007).

5. Vlasko-Vlasov V. K., Welp U., Jiang J. S., Miller D. J., Crabtree G. W., Bader S. D. Phys. Rev. Lett. 86, 4386 (2001).

© Патрин Г. С., Шиян Я. Г., Патрин К. Г., Юркин Г. Ю., 2015

УДК 661.693+661.865

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ГЕРМАНИЯ И РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ

В МИНЕРАЛЬНОМ СЫРЬЕ

О. И. Подкопаев1, С. А. Копыткова1, Е. С. Балакчина3, А. Ф. Шиманский2, Е. Д. Кравцова3

1АО «ГЕРМАНИЙ» Российская Федерация, 660027, г. Красноярск, Транспортный проезд, 1/107

E-mail: gelkp@mail.ru

2Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31.

Е-mail: shimanaf@mail.ru

3Сибирский федеральный университет Российская Федерация, 660041, г. Красноярск, просп. Свободный, 79. Е-mail: dagrievna@mail.ru

Предложена методика выполнения измерений концентрации германия и редкоземельных металлов в минеральном сырье. Установлено, что среднее содержание германия в лигнитах Нижнего Приангарья составляет 200 г/т, концентрация редкоземельных металлов достигает 25 г/т.

Ключевые слова: сырье, лигнит, германий, редкоземельные металлы, атомно-эмиссионная спектроскопия, методика выполнения измерений.

Решетнеескцие чтения. 2015

THE GERMANIUM AND RARE EARTH ELEMENTS CONCENTRATION DETERMINATION

IN THE MINERAL RAW MATERIALS

O. I. Podkopaev1, S. A. Kopytkova1, E. S. Balakchina3, A. F. Shimanskiy2, E. D. Kravtsova3

JSC GERMANIUM

107/1, Transportny proezd, Krasnoyarsk, 660027, Russian Federation. E-mail: gelkp@mail.ru 2Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation. E-mail: shimanaf@mail.ru

3Siberian Federal University 79, Svobodny Av., Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation. Е-mail: dagrievna@mail.ru

The concentration determination procedure of germanium and rare earth elements in the lignite and mineral raw materials is developed. It is established that the average germanium content in lignites is 200 g/m, the rare earth metals concentration reaches 25 g/t.

Keywords: rare earth elements, germanium, raw, lignite, atomic emission spectroscopy, elemental composition.

В последнее время спрос на германий и редкоземельные металлы (РЗМ) имеет устойчивую тенденцию роста. Сфера их использования включает космическую технику, волоконно-оптические линии связи, полупроводниковые детекторы, инфракрасную аппаратуру, тепловизоры и т. п. [1; 2].

В настоящее время как перспективное сырье для получения германия рассматриваются лигниты Красноярского края, залегающие в Нижнем Приангарье в бассейне среднего течения реки Енисей [3]. Методика выполнения измерений (МВИ) содержания германия в лигните предложена нами в работе [4]. Наряду с германием в данном сырье мы обнаружили редкоземельные металлы. Настоящая работа направлена на адаптацию разработанной методики для количественного определения РЗМ в лигните.

МВИ включает следующие стадии. Анализируемые пробы подвергаются предварительному озоле-нию в муфельной печи при температуре 550 °С в течение 2 ч. Зольность исследуемых образцов лигнита составляет 5 %. Далее производится отбор зольных проб и разложение их кислотным методом с использованием системы пробоподготовки Hot Block (Environmental Express) в смеси концентрированных азотной и фтористоводородной кислот при 120 °С. В заключение проводится анализ полученных растворов с использованием атомно-эмиссионного спектрометра с индуктивно связанной плазмой iCAP 6300 Duo (Thermo Fisher Scientific). Рассчитаны метрологические характеристики предложенной МВИ. Погрешность определения содержания германия и РЗМ не больше ±5-10-4 %.

Установлено, что средняя концентрация германия в лигните порядка 200,0 г/т. Редкоземельные металлы самарий, лантан, иттрий, церий, неодим, гадолиний, тулий и др. содержатся в количестве от 10 до 25 г/т, что в пересчете на золу от его сжигания составляет 200^500 г/т. Наличие в лигните редкоземельных металлов в таком количестве позволяет рассматривать его не только как источник германия, но также как сырье для получения РЗМ [5].

Разработанная методика выполнения измерений может использоваться для определения концентрации

германия и редкоземельных металлов наряду с лигнитом в других видах углеродного минерального сырья.

Библиографические ссылки

1. Claeys Cor L., Simoen E. Germanium-based technologies: from materials to devices. Berlin [etc.]: Elsevier, 2007. 449 p.

2. Анализ производства и потребления редкоземельных металлов в странах ЕС и БРИКС / А. Е. Че-реповицын, С. В. Федосеев, А. Б. Тесля, Е. Ю. Выбол-дина // Цветные металлы. 2015. № 869. С. 5-10.

3. Лигниты среднего течения р. Енисей и перспективы их использования для производства германия / В. А. Макаров, О. И. Подкопаев, Д. Г. Козьмин, В. И. Наидко, А. Ф. Шиманский, С. А. Копыткова // Журнал Сиб. федер. ун-та. Сер.: Техника и технологии. 2014. Т. 7, № 7. С. 862-871.

4. Определение содержания германия в лигнитах Нижнего Приангарья / А. Ф. Шиманский, О. И. Под-копаев, С. А. Копыткова, Е. С. Балакчина, Е. Д. Кравцова // Вестник СибГАУ. 2015. Т. 16, № 1. С. 241-247.

5. Ценные и токсичные элементы в товарных углях России : справочник / Ю. Н. Жаров, Е. С. Мейтов, И. Г. Шарова и др. М. : Недра, 1996. 239 с.

References

1. Claeys Cor L., Simoen E. Germanium-based technologiesfrom materials to devices. Berlin [etc.] : Elsevier, 2007. 449 p.

2. Cherepovitsyn A. E., Fedoseev S. V., Teslya A. B., Vyboldina E. Yu [Analysis of production and consumption of rare-earth metals in the EU and the BRICS] Ovetnye metally. 2015. № 869. P. 5-10.

3. Makarov V. A., Podkopaev O. I., Koz'min D. G., Naidko V. I., Shimanskij A. F., Kopytkova S. A. [Lignite from Central Watershed of the Yenisei River and Prospects for their use for Manufacture of Germanium] Zhurnal Sibirskogo federal'nogo universiteta. Serija: Tehnika i tehnologii. 2014, vol. 7, № 7. P. 862-871.

4. Shimanskiy A. F., Podkopaev O. I., Kopytkova S. A., Balakchina E. S., Kravtsova E. D. [The germanium concentration determination in lignite of lower Angara

region] Vestnik Sibirskogo gosudarstvennogo aerokosmicheskogo universiteta imeni akademika M. F. Reshetneva. 2015. Vol. 16, № 1. P. 241-247

5. Zharov Ju. N., Mejtov E. S., Sharova I. G. Cennye i toksichnye jelementy v tovarnyh ugljah Rossii [Valuable

and toxic elements in commodity coals of Russia: reference book], Moscow, Depths, 1996, 239 p.

© Подкопаев О. И., Копыткова С. А., Балакчина Е. С., Шиманский А. Ф., Кравцова Е. Д., 2015

УДК 669.713.7

ВОЗМОЖНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ВРАЩАТЕЛЬНОЙ МАГНИТНОЙ АНИЗОТРОПИИ

В СОР^Ш>пленках*

А. Н. Рыбакова1, В. С. Жигалов2, В. Г. Мягков2

1 Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

Е-шаИ: sashely2008@rambler.ru 2Институт физики им. Л. В. Киренского СО РАН Российская Федерация, 660036, г. Красноярск, Академгородок, 50/38. Е-шаЛ: zhigalov@iph.krasn.ru

Рассмотрены возможные механизмы вращательной магнитной анизотропии в СвРЦ111) - пленках, синтезированных с помощью твердофазных реакций в двухслойной структуре Со^(111).

Ключевые слова: твердофазный синтез, магнитная анизотропия, физические свойства, кристаллическая структура.

POSSIBLE MECHANISMS of the ROTATIONAL MAGNETIC ANISOTROPY IN CoPt(111)-FILMS

A. N. Rybakova1, V. S. Zhigalov2, V. G. Myagkov2

1Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: sashely2008@rambler.ru

2L. V. Kirensky Institute of Physics SB RAS 50/38, Akademgorodok, Krasnoyarsk, 660036, Russian Federation. E-mail: zhigalov@iph.krasn.ru

The research demonstrates possible mechanisms of rotational CoPt magnetic anisotropy in the (111) films synthesized by solid phase reactions in a two-layer structure of Co / Pt (111).

Keywords: solid-phase synthesis, magnetic anisotropy, physical properties, crystal structure.

Структурные и магнитные свойства тонких плёнок СоР^ упорядоченных по типу Ь10, широко исследуются в связи с потенциальным использованием их для высокоплотной магнитной записи информации, а также в качестве специальных магнитных сред для получения постоянных магнитов в пленочном исполнении. Для получения кубических соединений, упорядоченных по типу Ь12, или высокоанизотропных фаз Ь10 с тетрагональным искажением в работе предлагается использование твердофазных реакций в двухслойных структурах. В результате тетрагонального искажения ¿10-фаза обладает большой константой одноосной магнитокристаллографической анизотропии К1 с легким направлением намагничивания, совпадающим с осью с. В последнее время широко исследуется фаза Ь11, которая также является высоко-

анизотропной и имеет ромбоэдрическую кристаллическую решетку [1-3]. Важной особенностью высокоанизотропных фаз является наличие вращательной магнитной анизотропии (анизотропии, наводимой магнитным полем), которая является целью исследований в данной работе.

Магнитная вращательная анизотропия была открыта в работах, изучавших магнетизм в тонких пленках [4]. Она состоит в том, что легкая ось следует за направлением магнитного поля. Источники вращательной анизотропии могут быть различными. Однако в настоящее время нет общепринятой интерпритации механизмов данного вида анизотропии, поэтому и возникает необходимость дальнейшего изучения механизмов вращательной магнитной анизотропии в пленочных системах.

*Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ 15-02-00948.