-Metal silicato de particionamiento a alta presión y temperatura: Métodos experimentales y un Protocolo para Reprimir altamente sidérophile Element Inclusiones

El objetivo general de este procedimiento es determinar la partición de elementos altamente cphi entre fundidos metálicos y de silicona. Esto se logra primero preparando un fundido sintético de silicona y un material inicial metálico. Los elementos altamente acidófilos se introducen como perlas recubiertas de oro o mezclas centradas de platino, iridio y hierro, ya sea separando físicamente los HSC del fundido de silicona o introduciendo un agente reductor fuerte.

Se puede evitar la formación de aleaciones metálicas que complican el análisis químico. El segundo paso consiste en cargar primero una cápsula de grafito con el metal y luego con los materiales iniciales de silicato, de modo que queden dispuestos de forma gravitacionalmente estable. A continuación, complemente el montaje de los componentes de la muestra y colóquelos en un aparato de pistón-cilindro o en uno de yunque múltiple, según corresponda.

El paso final consiste en comprimir la muestra y luego calentarla hasta la temperatura deseada; tras transcurrir el tiempo suficiente para alcanzar el equilibrio, la muestra se enfría bruscamente cortando la alimentación eléctrica del calentador por resistencia. Finalmente, se utiliza la espectrometría de masas con plasma acoplado inductivamente y ablación láser para medir las concentraciones de elementos traza en el fundido de silicona. La principal ventaja de esta técnica frente a los métodos de alta presión que no suprimen las inclusiones metálicas es que evita ambigüedades y permite el análisis de ciertos elementos cphi.

En el fundido de silicio, se utiliza una composición báltica como material inicial de silicona. Dado que las composiciones más depolimerizantes son difíciles de enfriar rápidamente hasta formar un vidrio, pese las cantidades deseadas de óxidos o carbonatos en polvo y añádalos a un mortero de ágata y una mezcla libre de hierro. Pesar aproximadamente cuatro gramos debería proporcionar suficiente material inicial para una amplia serie de experimentos.

Agregue etanol al mortero de ágata hasta que los polvos queden sumergidos. Luego, muela durante al menos dos horas utilizando un pistilo de ágata para homogeneizar tanto la composición como el tamaño de grano de la mezcla. Una vez homogeneizado completamente, coloque el mortero bajo una lámpara de calor de 250 vatios a una distancia de aproximadamente 20 centímetros.

Después de que la mezcla en polvo esté seca, lo cual puede tardar entre 20 y 60 minutos, transfiera la mezcla a un crisol Illumina o Maite para la descarbonatación. Coloque un crisol con la mezcla en polvo en un horno de caja a temperatura ambiente y aumente gradualmente la temperatura hasta 1.273 Kelvin durante un período de tres a cinco horas. Deje la mezcla en el horno a 1.273 Kelvin durante la noche.

Guarde el polvo de basalto resultante en un desecador hasta que esté listo para cargar la cápsula de muestra. Consulte el protocolo escrito para la preparación del material fuente de elementos altamente acidófilos en forma de perlas recubiertas de oro o mezclas centradas de platino iridio y hierro. Cargue la cápsula de muestra de grafito insertando primero el material fuente de elementos altamente acidófilos y luego agregando polvo sintético de masal hasta que la cápsula esté llena.

El uso de una disposición gravitacionalmente estable minimiza la posibilidad de vuelco durante el experimento y tiene como objetivo evitar la dispersión de la fase metálica mediante acción mecánica. Coloque una pequeña cantidad de polvo seco de óxido de magnesio en la base de la cavidad diseñada para alojar la cápsula de muestra. Esto nivelará la superficie cónica creada al perforar el orificio y, a su vez, reducirá las fuerzas de cizalladura durante la compresión de la muestra, lo que podría fisurar la cápsula. Después de ensamblar todos los componentes previamente fabricados, como se muestra en el protocolo descrito en el texto, envuelva un trozo de lámina de plomo de 30 micrones de espesor alrededor del conjunto, doblando una pequeña porción de la lámina sobre el extremo expuesto del manguito inferior de carbonato de bario.

Introduzca el ensamblaje en un recipiente de presión de carburo de tungsteno con un diámetro interno de 12,7 milímetros junto con un tapón base; coloque el recipiente de presión y la placa base entre los pistones hidráulicos. A continuación, prepare un termopar tipo C utilizando un tubo duro calcinado de cuatro orificios de Illumina con un diámetro externo de 1,6 milímetros. El tubo Illumina debe ser suficientemente largo para permitir que aproximadamente uno a dos milímetros del tubo sobresalgan de la superficie superior de la placa superior.

Introduzca ambas composiciones de alambre a través de orificios adyacentes en el tubo. Gire los extremos 180 grados y asegúrelos en los orificios opuestos para que los alambres se crucen. Inserte el termopar a través de la placa superior y dentro del ensamblaje de modo que la unión quede directamente encima de la muestra.

Aisle el resto de los cables del termopar utilizando tubos flexibles de teflón, dejando expuesta una porción de 10 a 20 milímetros en el extremo. Coloque cualquier separador metálico necesario entre la placa superior y el pistón superior durante la posición de ensamblaje. Coloque hojas de Mylar directamente encima del recipiente a presión y entre la parte superior del ensamblaje y el pistón superior.

Estas láminas aíslan eléctricamente el circuito de calentamiento de la muestra del resto del aparato. Elabore un termopar tipo C utilizando un tubo duro calcinado de Illumina de cuatro orificios, pasando ambos alambres a través de orificios adyacentes en el tubo, doblando los extremos 180 grados y asegurándolos en los orificios opuestos. Aísle el resto de los alambres con un tramo corto de tubo de Illumina y luego con material aislante de teflón, dejando una porción expuesta de 10 a 20 milímetros de alambre en el extremo.

Inserte el manguito de circonia y el calentador de grafito en el octaedro antes de cortar las ranuras, como se indica en el protocolo del texto. Luego, inserte el termopar en la parte superior del octaedro y coloque los brazos recubiertos de Illumina en las ranuras. Utilice cemento de circonia para rellenar el espacio vacío alrededor del termopar y deje secar.

Con el fin de aislar la unión del termopar de la cápsula de grafito, agregue polvo de óxido de magnesio desde la base del octaedro hasta que los alambres expuestos queden cubiertos. Generalmente, menos de 50 miligramos de polvo son suficientes para rodear el alambre expuesto.

Para garantizar una compactación adecuada del polvo, utilice una barra de acero para comprimir el polvo suelto. Cargue una cápsula de grafito con el material de muestra previamente preparado y colóquela en el octaedro desde el lado abierto. Inserte el tapón Illumina para completar el ensamblaje del octaedro en cuatro de los cubos de carburo de tungsteno.

Utilice acetato de polivinilo para pegar trozos cortos de madera de balsa en cada una de las tres caras adyacentes a la esquina truncada del cubo. En cada cara, coloque los trozos de madera de balsa en el cuadrante opuesto al borde truncado. Cada pieza de madera de balsa mediría aproximadamente 4,4 milímetros de altura y ancho por nueve milímetros de largo.

Para el tamaño del octaedro mostrado aquí, ensamble cuatro de los cubos para formar un cuadrado. En vista en planta, coloque dos anchos y dos sin las piezas de madera unidas. Oriente los bordes truncados hacia el centro del cuadrado.

Coloque el octaedro en el centro de los cubos de manera que quede sostenido por los bordes truncados. Luego, oriente los brazos del termopar para que emerjan de esquinas opuestas del cuadrado. Coloque los cubos restantes de carburo de tungsteno en su posición para formar un cubo con el calentador Okta en su centro, asegurándose de que los cubos con piezas de madera soporten los cubos superiores que no tienen separadores de madera.

A continuación, pegue piezas cuadradas de aproximadamente 0,5 milímetros de espesor de lámina G 10 a cada cara del cubo ensamblado utilizando un adhesivo del tipo Sano ACRL para cubos de carburo de tungsteno de 30 milímetros; use láminas G 10 que midan 55 milímetros por 55 milímetros. Dos de los cubos de carburo de tungsteno tienen una truncadura que entra en contacto con el calentador de resistencia y, por lo tanto, forman parte del circuito eléctrico de calentamiento para las láminas que contactan con estos cubos. Corte dos ranuras estrechas y coloque un trozo de láminas de cobre de modo que proporcione un punto de contacto entre la primera y la segunda etapa.

Luego, corte dos hojas de mylar de 0,076 milímetros de espesor según las dimensiones indicadas en el protocolo del texto y recubra ambas con un lubricante seco de PTFE. Coloque una de las hojas previamente cortadas dentro del anillo e inserte el conjunto inferior de mazas de primera etapa, que a su vez están respaldadas con mylar de 0,076 milímetros de espesor y recubiertas con lubricante de PTFE. El conjunto inferior de mazas puede dejarse en su lugar entre cada ensayo.

Coloque el cubo ensamblado en el conjunto inferior de mordazas de primera etapa y conecte los brazos del termopar a los cables de termopar equilibrados que salen del módulo de presión. Coloque la segunda lámina de Mylar previamente cortada dentro del anillo de retención e inserte el conjunto superior de mordazas de primera etapa, que debe estar revestido con Mylar y lubricado de la misma manera que el conjunto inferior. Esta disposición produce un contacto lubricado entre Mylar y Mylar entre las mordazas de primera etapa y el anillo de retención.

Esto reduce la pérdida de empuje por fricción del embolo en aproximadamente un 30 % en comparación con una disposición con una sola lámina de Mylar. Una vez que la muestra alcanza la presión requerida, caliente a una velocidad de 100 kelvin por minuto hasta alcanzar la temperatura de permanencia deseada durante el paso de calentamiento; puede ser necesario ajustar el aceite en el RAM de la muestra para mantener una presión de aceite constante, evitando así la contaminación del vidrio de silicato y una baja pureza de oxígeno. Los experimentos de solubilidad de elementos altamente cphi se identifican más fácilmente por la presencia de heterogeneidad en el tiempo.

Espectros LA I-C-P-M-S resueltos. Esta heterogeneidad se manifiesta como picos y valles en los espectros que resultan de la ablación de proporciones variables de inclusiones frente a vidrio libre de inclusiones.

Aquí se muestra el espectro resuelto en el tiempo correspondiente a un experimento de solubilidad del platino que no empleó métodos para prevenir la formación de inclusiones metálicas, presentado a modo de comparación. También se muestran espectros resueltos en el tiempo típicos de productos de corrida ATE sintetizados utilizando las técnicas descritas en este video. La imaginalidad de estos espectros indica la ausencia de inclusiones dispersas de EGP en la porción ATE de los productos obtenidos en los experimentos.

La inimaginabilidad del espectro de rutenio sugiere que este enfoque también tiene éxito en evitar la formación de inclusiones metálicas observadas en experimentos previos de solubilidad de rutenio realizados bajo condiciones reductoras similares. Tras ver este video, usted debería ser capaz de preparar experimentos de partición de metales para los dispositivos PI, cilindro y aparato multiampolleta. Al preparar los materiales iniciales como se describe, se pueden evitar inclusiones metálicas dispersas en experimentos con elementos altamente cphi.