Процессы и механизмы минералообразования, надмолекулярной организации минерального вещества, комплексной переработки минерального сырья и формирования наноструктурированных материалов

Целью работы являлось установление фундаментальных закономерностей кластерной и надмолекулярной организации минерального вещества, образования, поведения и форм существования минеральных наночастиц и наноразмерных минеральных фаз в различных условиях, изучении процессов зарождения и роста кристаллов на наноуровне, формирования наноструктурированных материалов и частично упорядоченных молекулярных и надмолекулярных структур.В результате выполнения работы были получены следующие основные результаты:В рамках теории кластерной самоорганизации вещества на наноуровне предложены новые модели зарождения и роста кристаллов, формирующие основы неклассической кластерной парадигмы кристаллообразования. Предложена новая кластерная модель образования жидкой воды, а также модель фазового перехода жидкость - твердое тело на основе перколяционной решетки осциллирующих связей и узлов. Исследована кластерная структура фронта кристаллизации, условия ее возникновения и ее связь с порогом перколяции структуры жидкости. В результате экспериментального моделирования с помощью in-situ атомно-силовой микроскопии (АСМ), установлены некоторые кинетические и морфологические закономерности элементарных процессов роста модельных кристаллов из раствора. Показано влияние винтовых дислокаций на кинетику и механизм роста. Впервые исследована внутренняя поверхность газово-жидких включений, анализ которой может быть использован для реконструкции природных кристаллогенетических процессов. Установлены общие закономерности кластерной и надмолекулярной самоорганизации минерального вещества. Получены данные по кинетическим особенностям образования надмолекулярных структур кремнезема полученных в результате гидролиза тетраэтоксисилана методом динамического светорассеяния в реальном времени (ТЭОС) в результате обнаружена временная задержка при образовании надмолекулярных структур зависящая от размеров сферических частиц. На основе разработанной модификации спектрометра динамического рассеяния впервые получена зависимость размеров частиц и интенсивности их рассеяния в реальном времени во всем временном интервале их образования и роста, свидетельствующая об их иерархической структуре и двухступенчатом механизме образования. Спектроскопией комбинационного рассеяния света исследован фазовый переход жидкость-кристалл в двухкомпонентном растворе KNO3 + NaCl, определена граница метастабильной области в районе точки насыщения и выявлены предкристаллизационные кластеры. Полученные результаты анализа Рамановских спектров раствора KNO3 показывают существование довольно широкой метастабильной области, составляющей ~ 10°С в диапазоне выбранных температур. C использованием отходов обескремнивания лейкоксеновых руд Ярегского месторождения проведен синтез титаносиликатов со структурой натисита Na2TiSiO5. Натисит занимает особое место, как материал с Na+-ионной проводимостью, пригодный к получению высокотехнологичной керамики. С помощью метода атомно-силовой микроскопии (АСМ) получены наноразмерные морфологические характеристики образцов, синтезированных при различном времени выдержки. Проведено изучение уникального природного битума, одного из единичных минералоидов, имеющих собственную форму – волокнистого керита Волыни, методами АСМ, РЭМ, ИК-спектроскопии, термического анализа.Полученные результаты позволяют существенно продвинуть наши знания в области изучения процессов и механизмов структурирования минерального вещества, а также для разработки на ее основе новых методов получения наноструктурированных материалов, образования наночастиц в геосистемах, синтеза высокосовершенных кристаллов и рационального использования минерального сырья.