partitionnement de Metal-silicate à haute pression et température: méthodes expérimentales et un protocole à réprimer fortement sidérophile Element Inclusions

L'objectif général de cette procédure est de déterminer la répartition des éléments fortement cphi entre des phases fondues métalliques et siliconées. Cela est réalisé en préparant tout d'abord une phase fondue siliconée synthétique et un matériau de départ métallique. Les éléments fortement acidophiles sont introduits sous forme de billes revêtues d'or ou de mélanges centrés de platine, d'iridium et de fer, soit en séparant physiquement les HSC des phases fondues siliconées, soit en introduisant un agent réducteur puissant.

La formation de bouchons métalliques qui compliquent l'analyse chimique peut être évitée. La deuxième étape consiste à charger d'abord une capsule d'échantillon en graphite avec le métal, puis avec les matériaux initiaux silicatés, de sorte qu'ils soient disposés de manière gravitationnellement stable. Ensuite, terminer l'assemblage complet des composants de l'échantillon et charger le dispositif dans un cylindre à piston ou un appareil à enclumes multiples, selon le cas.

La dernière étape consiste à comprimer l'échantillon, puis à le chauffer à la température souhaitée ; après un temps suffisant pour atteindre l'équilibre, l'échantillon est figé en coupant l'alimentation du chauffage par résistance. Enfin, une ablation laser couplée à une spectrométrie de masse avec plasma induit est utilisée pour mesurer les concentrations en éléments traces dans la phase fondue de silicone. Le principal avantage de cette technique par rapport aux méthodes à haute pression qui n'inhibent pas les inclusions métalliques est qu'elle évite toute ambiguïté et permet l'analyse de certains éléments cphi.

Dans la fusion de silicium, une composition de type Baltique est utilisée comme matériau de départ pour le silicone. Étant donné que les compositions plus dépolymerisantes sont difficiles à tremper pour former un verre, peser les quantités souhaitées de poudres d'oxyde ou de carbonate et les ajouter à un mortier en agate et à un mélange sans fer. Un prélèvement d'environ quatre grammes devrait fournir suffisamment de matériau de départ pour une série complète d'expériences.

Ajouter de l'éthanol dans le mortier en agate jusqu'à ce que les poudres soient submergées. Puis broyer pendant au moins deux heures à l'aide d'un pilon en agate afin d'homogénéiser à la fois la composition et la granulométrie du mélange. Une fois l'homogénéisation complète réalisée, placer le mortier sous une lampe chauffante de 250 watts à une distance d'environ 20 centimètres.

Une fois le mélange en poudre sec, ce qui peut prendre de 20 à 60 minutes, transférez-le dans un creuset Illumina ou Maite pour décarbonater le mélange. Placez un creuset contenant le mélange en poudre dans un four à moufle à température ambiante, puis augmentez progressivement la température jusqu'à 1 273 kelvins sur une période de trois à cinq heures. Laissez le mélange dans le four à 1 273 kelvins toute la nuit.

Conservez la poudre de basalte obtenue dans un dessiccateur jusqu'à ce que vous soyez prêt à charger la capsule d'échantillon. Reportez-vous au protocole écrit pour la préparation du matériau source d'éléments fortement acidophiles sous forme de billes revêtues d'or ou de mélanges centrés de platine-iridium et de fer. Chargez la capsule d'échantillon en graphite en insérant d'abord le matériau source d'éléments fortement acidophiles, puis en ajoutant de la poudre de masal synthétique jusqu'à ce que la capsule soit remplie.

L'utilisation d'une configuration gravitationnellement stable minimise le risque de renversement pendant l'expérience et vise à empêcher la dispersion de la phase métallique par action mécanique. Placez une petite quantité de poudre sèche d'oxyde de magnésium à la base de la cavité destinée à contenir la capsule d'échantillon. Cela aplanit la surface conique créée lors du perçage du trou et, par conséquent, réduit les forces de cisaillement pendant la compression de l'échantillon, forces qui pourraient fissurer la capsule. Après avoir assemblé tous les composants préalablement préparés comme indiqué dans le protocole décrit dans le texte, enveloppez l'ensemble avec un morceau de feuille de plomb d'une épaisseur de 30 microns, en repliant une petite partie de la feuille sur l'extrémité exposée du manchon inférieur de carbonate de baryum.

Insérez l'assemblage dans un récipient sous pression en carbure de tungstène de 12,7 millimètres de diamètre intérieur, accompagné d'un bouchon de base, puis placez le récipient sous pression et la plaque de base entre les vérins hydrauliques. Ensuite, fabriquez un thermocouple de type C à l'aide d'un tube Illumina durci à quatre trous, ayant un diamètre extérieur de 1,6 millimètre. Le tube Illumina doit être suffisamment long pour permettre une saillie d'environ un à deux millimètres au-dessus de la surface supérieure de la plaque supérieure.

Introduisez les deux compositions de fil dans des trous adjacents du tube. Tournez les extrémités de 180 degrés et fixez-les dans les trous opposés afin que les fils se croisent. Insérez le thermocouple à travers la plaque supérieure et dans l'assemblage de manière à ce que la soudure soit directement au-dessus de l'échantillon.

Isoler le reste des fils de thermocouple à l'aide de tubes flexibles en téflon, en laissant une portion de 10 à 20 millimètres exposée à l'extrémité. Mettre en place tous les entretoises métalliques nécessaires entre la plaque supérieure et le piston supérieur en position de montage. Placer des feuilles de Mylar directement au-dessus du récipient sous pression et entre le sommet de l'assemblage et le piston supérieur.

Ces feuilles isolent électriquement le circuit de chauffage de l'échantillon du reste de l'appareil. Fabriquez un thermocouple de type C à l'aide d'un tube Illumina durci à quatre trous en faisant passer les deux fils par des trous adjacents du tube, en repliant les extrémités à 180 degrés et en les fixant dans les trous opposés. Isolez le reste des fils avec un court segment de tube Illumina, puis avec un matériau isolant en téflon, en laissant une portion de 10 à 20 millimètres de fil nu à l'extrémité.

Insérez la douille en zircone et le chauffage en graphite dans l'octaèdre avant de tailler les encoches, comme indiqué dans le protocole écrit. Ensuite, insérez le thermocouple dans la partie supérieure de l'octaèdre et positionnez les bras recouverts d'Illumina dans les encoches. Utilisez du ciment en zircone pour remplir l'espace vide entourant le thermocouple et laissez sécher.

Afin d'isoler le jonction thermocouple de la capsule en graphite, ajoutez de la poudre d'oxyde de magnésium à partir de la base de l'octaèdre jusqu'à ce que les fils exposés soient recouverts. Moins de 50 milligrammes de poudre sont généralement suffisants pour entourer le fil exposé.

Pour assurer un tassement serré de la poudre, utilisez un mandrin de perceuse pour tasser la poudre en vrac. Chargez une capsule en graphite avec le matériau d'échantillon préparé précédemment et placez-la dans l'octaèdre par le côté ouvert. Insérez la fiche Illumina pour terminer l'assemblage de l'octaèdre sur quatre des cubes de carbure de tungstène.

Utilisez de l'acétate de polyvinyle pour coller de courtes longueurs de bois de balsa sur chacune des trois faces adjacentes au coin tronqué du cube. Sur chaque face, placez les morceaux de bois de balsa dans le quadrant opposé au bord tronqué. Chaque morceau de bois de balsa mesurera environ 4,4 millimètres de hauteur et de largeur sur neuf millimètres de longueur.

Pour la taille de l'octaèdre indiquée ici, assembler quatre des cubes pour former un carré. En vue de dessus, placer deux cubes avec leurs pièces en bois et deux sans pièces en bois attachées. Orienter les arêtes tronquées vers le centre du carré.

Positionnez l'octaèdre au centre des cubes de manière à ce qu'il soit soutenu par les arêtes tronquées. Ensuite, inclinez les bras du thermocouple afin qu'ils émergent des coins opposés du carré. Placez les cubes restants en carbure de tungstène en position pour former un cube ayant le chauffage Okta au centre, en veillant à ce que les cubes munis de pièces en bois soutiennent les cubes supérieurs qui ne possèdent pas d'entretoises en bois.

Ensuite, collez des morceaux carrés d'environ 0,5 millimètre d'épaisseur de feuille G 10 sur chaque face du cube assemblé en utilisant un adhésif de type Sano ACRL pour des cubes de carbure de tungstène de 30 millimètres, en utilisant des feuilles G 10 mesurant 55 millimètres sur 55 millimètres. Deux des cubes de carbure de tungstène présentent une troncature qui entre en contact avec le chauffage par résistance et constituent ainsi une partie du circuit de chauffage électrique pour les feuilles qui touchent ces cubes. Découpez deux fentes étroites et placez un morceau de feuille de cuivre de manière à assurer un point de contact entre le premier et le deuxième étage.

Les enclumes coupent ensuite deux feuilles de mylar d'une épaisseur de 0,076 millimètre aux dimensions indiquées dans le protocole écrit et les recouvrent d'un lubrifiant sec en PTFE. Placer l'une des feuilles préalablement découpées dans l'anneau, puis insérer le jeu inférieur d'enclumes de premier stade, qui sont elles-mêmes supportées par du mylar d'une épaisseur de 0,076 millimètre et recouvertes de lubrifiant PTFE. Le jeu inférieur d'enclumes peut rester en place entre les essais.

Placer le cube assemblé dans le jeu inférieur de faux-martyrs de premier stade et connecter les bras du thermocouple aux fils de thermocouple équilibrés qui sortent du module de pression. Positionner la deuxième feuille de Mylar pré-découpée dans l'anneau de retenue et insérer le jeu supérieur de faux-martyrs de premier stade, qui doit être doublé de Mylar et lubrifié de la même manière que le jeu inférieur. Cet agencement permet un contact lubrifié entre Mylar et Mylar entre les faux-martyrs de premier stade et l'anneau de retenue.

Cela réduit la perte de poussée de ram due au frottement d'environ 30 % par rapport à une configuration avec une seule feuille de Mylar. Une fois l'échantillon porté à la pression requise, chauffez à un taux de 100 kelvins par minute jusqu'à ce que la température de maintien souhaitée soit atteinte pendant l'étape de chauffage ; l'huile dans le RAM de l'échantillon peut nécessiter un ajustement afin de maintenir une pression d'huile constante, évitant ainsi la contamination du verre silicaté et une faible teneur en oxygène. Les expériences sur la solubilité des éléments cphi élevés sont le plus facilement identifiables par la présence d'hétérogénéité dans le temps.

Spectres LA ICP-MS résolus. Cette hétérogénéité se manifeste par des pics et des creux dans les spectres, résultant de l'ablation de proportions variables de verre contenant des inclusions par rapport au verre exempt d'inclusions.

Voici le spectre résolu en temps pour une expérience de solubilité du platine qui n'a pas utilisé de méthodes pour empêcher la formation d'inclusions métalliques, présentée à titre de comparaison. Sont également affichés les spectres résolus en temps typiques des produits de synthèse ATE obtenus à l'aide des techniques décrites dans cette vidéo. L'imaginalité de ces spectres indique l'absence d'inclusions dispersées de EPG dans la partie ATE des produits des expériences.

L'imaginalité du spectre de ruthénium suggère que cette approche réussit également à éviter la formation d'inclusions métalliques observées lors d'expériences antérieures de solubilité du ruthénium réalisées dans des conditions réductrices similaires. Après avoir visionné cette vidéo, vous devriez être en mesure de préparer des expériences de partage métal-silicate pour les appareils à piston et cylindre ainsi que pour l'appareil multi-anible. En préparant les matériaux de départ comme décrit, on peut éviter la formation d'inclusions métalliques dispersées dans les expériences portant sur les éléments à forte affinité pour le fer.