УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ГРАФИТА И АЛМАЗА ИЗ КАРБИДА ЖЕЛЕЗА ПРИ Р, Т-ПАРАМЕТРАХ ЛИТОСФЕРНОЙ МАНТИИ

Экспериментальное моделирование редокс-взаимодействия в системах Fe3C—Fe2O3 и Fe3C— Fe2O3—MgO—SiO2, направленное на оценку условий стабильности карбида железа в окислительных обстановках и определение возможности образования элементарного углерода в результате взаимодействия карбида железа и оксидов, проведено на многопуансонном аппарате высокого давления «разрезная сфера» при 6.3 ГПа в интервале 900—1600 °C, длительностью 18—20 ч. Установлено, что при взаимодействии карбид—оксид в системе Fe3С—Fe2O3 происходит кристаллизация графита в ассоциации с Fe3+-содержащим вюститом. Основным механизмом образования графита из углерода карбида является окисление когенита по реакциям Fe3C + 3Fe2O3 → 9FeO + C0 и FeO + Fe3C → (Fe2+,Fe3+)O + C0. При температурах выше солидуса (≥ 1400 °C) при окислении металл-углеродного расплава вюститом реализуется редокс-механизм кристаллизации графита и алмаза с образованием ассоциации Fe3+-содержащий вюстит + графит/алмаз. Взаимодействие в системе Fe3С—Fe2O3—MgO—SiO2 приводит к образованию ассоциации Fe3+-содержащего магнезиовюстита, оливина и графита. При Т ≥ 1500 °C происходит генерация двух контрастных по ƒO2 расплавов — металл-углеродного и силикатно-оксидного, окислительновосстановительное взаимодействие которых приводит к кристаллизации графита и росту алмаза. Установлено, что в окислительных условиях карбид железа в присутствии оксидов Fe, Si и Mg неустойчив, даже при относительно низких температурах. Взаимодействие карбида железа с оксидами при мантийных P, T-параметрах является углеродпродуцирующим процессом, при этом основными механизмами образования графита из углерода карбида являются редокс-реакции когенита (или металл-углеродного расплава) с Fe2O3 и FeO, а также взаимодействие металл-углеродного и силикатно-оксидного расплавов. Полученные результаты позволяют рассматривать когенит в качестве потенциального источника углерода в процессах образования графита (алмаза) в условиях литосферной мантии, а взаимодействие карбида железа с оксидами Fe, Si и Mg, в ходе которого реализуется экстракция углерода, как один из возможных процессов глобального углеродного цикла.

• Соболев Н.В.
• Баталева Ю.В.
• Баюков О.А.
• Борздов Ю.М.
• Пальянов Ю.Н.

• Прикладные науки. Медицина. Технология

• Социальные (общественные) науки
• Естественные науки