Partitioning Metal-silicato em alta pressão e temperatura: Métodos experimentais e um protocolo para suprimir Altamente sidérophile Elemento Inclusões

O objetivo geral deste procedimento é determinar a partição de elementos altamente cphi entre fusíveis metálicos e fusíveis de silicone. Isso é realizado primeiramente preparando um fusível sintético de silicone e um material inicial metálico. Os elementos altamente acidófilos são introduzidos como microesferas revestidas com ouro ou misturas centradas de platina, irídio e ferro, separando fisicamente os HSCs dos fusíveis de silicone ou introduzindo um agente redutor forte.

A formação de ligas metálicas que complicam a análise química pode ser evitada. O segundo passo é carregar uma cápsula de grafite primeiro com o metal e depois com os materiais silicatados iniciais, de modo que fiquem em uma disposição gravitacionalmente estável. Em seguida, monte completamente os componentes da amostra e carregue-os no cilindro de pistão ou no aparelho de bigorna múltipla, conforme apropriado.

O passo final consiste em comprimir a amostra e, após tempo suficiente para atingir o equilíbrio, aquecê-la até a temperatura desejada; em seguida, a amostra é resfriada rapidamente por interrupção da alimentação elétrica do aquecedor por resistência. Por fim, utiliza-se espectrometria de massa com plasma acoplado indutivamente e ablação a laser para medir as concentrações de elementos-traço no silicato fundido. A principal vantagem desta técnica em relação a métodos de alta pressão que não suprimem inclusões metálicas é a eliminação de ambiguidades e a análise de certos elementos cphi.

No estado fundido do silício, utiliza-se uma composição do tipo Báltico como material inicial para o silicone. Como composições mais sujeitas à despolimerização são difíceis de resfriar rapidamente até se tornarem um vidro, pese as quantidades desejadas de pós de óxido ou carbonato e adicione a um cadinho de ágata, garantindo uma mistura livre de ferro. Pesar aproximadamente quatro gramas deve fornecer material inicial suficiente para uma ampla série de experimentos.

Adicione etanol ao almofariz de ágata até que os pós fiquem submersos. Em seguida, triture por pelo menos duas horas usando um pistilo de ágata para homogeneizar tanto a composição quanto o tamanho dos grãos da mistura. Após completa homogeneização, coloque o almofariz sob uma lâmpada de aquecimento de 250 watts a uma distância de aproximadamente 20 centímetros.

Após a mistura em pó estar seca, o que pode levar de 20 a 60 minutos, transfira-a para um cadinho Illumina ou Maite para a decarbonatação da mistura. Coloque um cadinho com a mistura em pó em uma fornalha de mufla à temperatura ambiente e aumente a temperatura até 1.273 Kelvin ao longo de três a cinco horas. Deixe a mistura na fornalha a 1.273 Kelvin durante a noite.

Armazene o pó de basalto resultante em um dessecador até o momento de carregar a cápsula da amostra. Consulte o protocolo em texto para a preparação do material fonte de elemento altamente acidófilo na forma de microesferas revestidas com ouro ou misturas centradas de irídio de platina e ferro. Carregue a cápsula de grafite da amostra inserindo primeiro o material fonte de elemento altamente afim ao óleo e, em seguida, adicionando pó sintético de masal até que a cápsula esteja completamente preenchida.

O uso de uma disposição gravitacionalmente estável minimiza a chance de tombamento durante o experimento e tem a finalidade de impedir a dispersão da fase metálica por meio de ação mecânica. Coloque uma pequena quantidade de pó seco de óxido de magnésio na base da cavidade projetada para acomodar a cápsula da amostra. Isso nivelará a superfície cônica formada ao perfurar o orifício e, por sua vez, reduzirá as forças de cisalhamento durante a compressão da amostra, o que poderia trincar a cápsula. Após montar todos os componentes previamente preparados, conforme mostrado no protocolo descrito no texto, enrole um pedaço de folha de chumbo com espessura de 30 mícrons ao redor do conjunto, dobrando uma pequena porção da folha sobre a extremidade exposta da luva inferior de carbonato de bário.

Insira o conjunto em um vaso de pressão de carboneto de tungstênio com diâmetro interno de 12,7 milímetros, juntamente com um tampão de base, posicione o vaso de pressão e a placa de base entre os cilindros hidráulicos. Em seguida, prepare um termopar do tipo C utilizando um tubo rígido sinterizado de quatro furos da Illumina com diâmetro externo de 1,6 milímetros. O tubo Illumina deve ser suficientemente longo para permitir que aproximadamente um a dois milímetros do tubo protrudam da superfície superior da placa superior.

Insira ambas as composições de fio através de orifícios adjacentes no tubo. Gire as pontas em 180 graus e fixe-as nos orifícios opostos de modo que os fios se cruzem. Insira o termopar através da placa superior e na montagem, de forma que a junção fique diretamente acima da amostra.

Isolar o restante dos fios do termopar usando tubos flexíveis de teflon, deixando uma porção de 10 a 20 milímetros exposta na extremidade. Colocar no lugar quaisquer espaçadores metálicos necessários entre a placa superior e o pistão superior durante a posição de montagem. Folhas de Mylar diretamente acima do vaso de pressão e entre o topo do conjunto e o pistão superior.

Essas folhas isolam eletricamente o circuito de aquecimento da amostra do restante do aparelho. Confeccione um termopar do tipo C utilizando um tubo Illumina cerâmico com quatro furos, passando ambos os fios por furos adjacentes no tubo, dobrando as extremidades em 180 graus e fixando-as nos furos opostos. Isole o restante dos fios com um pequeno trecho de tubo Illumina e, em seguida, com material isolante de teflon, deixando uma porção exposta de 10 a 20 milímetros na extremidade.

Insira o revestimento de zircônia e o aquecedor de grafite no octaedro antes de cortar as ranhuras conforme indicado no protocolo do texto. Em seguida, insira o termopar no topo do octaedro e posicione os braços revestidos com Illumina nas ranhuras. Use cimento de zircônia para preencher o espaço vazio ao redor do termopar e deixe secar.

Para isolar a junção do termopar do cápsula de grafite, adicione pó de óxido de magnésio a partir da base do octaedro até que os fios expostos estejam cobertos. Menos de 50 miligramas de pó são geralmente suficientes para envolver o fio exposto.

Para garantir a compactação adequada do pó, utilize uma broca lisa para comprimir o pó solto. Carregue uma cápsula de grafite com o material da amostra previamente preparado e coloque-a no octaedro pelo lado aberto. Insira o tampão Illumina para completar a montagem do octaedro em quatro dos cubos de carboneto de tungstênio.

Use acetato de polivinila para colar pequenos pedaços de madeira de balsa em cada uma das três faces adjacentes ao canto truncado do cubo. Em cada face, posicione os pedaços de madeira de balsa no quadrante oposto à aresta truncada. Cada peça de madeira de balsa medirá aproximadamente 4,4 milímetros de altura e largura por nove milímetros de comprimento.

Para o tamanho do octaedro mostrado aqui, monte quatro dos cubos para formar um quadrado. Na vista em planta, posicione dois com largura e dois sem peças de madeira acopladas. Oriente as arestas truncadas para que fiquem voltadas para o centro do quadrado.

Posicione o octaedro no centro dos cubos de forma que seja sustentado pelas arestas truncadas. Em seguida, posicione os braços do termopar de modo que eles saiam de cantos opostos do quadrado. Coloque os cubos restantes de carboneto de tungstênio em posição para formar um cubo com o aquecedor Okta no seu centro, garantindo que os cubos com peças de madeira sustentem os cubos superiores que não possuem espaçadores de madeira.

Em seguida, cole pequenos quadrados de aproximadamente 0,5 milímetro de espessura de folha de G 10 em cada face do cubo montado, utilizando um adesivo do tipo Sano ACRL para cubos de carboneto de tungstênio de 30 milímetros; use folhas de G 10 medindo 55 milímetros por 55 milímetros. Dois dos cubos de carboneto de tungstênio possuem truncamentos que entram em contato com o aquecedor por resistência e, portanto, fazem parte do circuito elétrico de aquecimento para as folhas que tocam esses cubos. Corte duas fendas estreitas e coloque um pedaço de folha de cobre de modo que forneça um ponto de contato entre o primeiro e o segundo estágio.

Em seguida, cortam-se duas folhas de mylar com espessura de 0,076 milímetro nas dimensões indicadas no protocolo do texto e revestem-se com um lubrificante seco de PTFE. Posicione uma das folhas pré-cortadas dentro do anel e insira o conjunto inferior de estiletes da primeira etapa, que por sua vez são apoiados com mylar de 0,076 milímetro de espessura e revestidos com lubrificante de PTFE. O conjunto inferior de estiletes pode permanecer no lugar entre os ensaios.

Coloque o cubo montado no conjunto inferior de bigornas da primeira etapa e conecte os braços do termopar aos fios de termopar balanceados que saem do módulo de pressão. Posicione a segunda folha de Mylar pré-cortada no anel de retenção e insira o conjunto superior de bigornas da primeira etapa, que deve ter revestimento de Mylar e estar lubrificada da mesma forma que o conjunto inferior. Esse arranjo resulta em um contato lubrificado de Mylar com Mylar entre as bigornas da primeira etapa e o anel de retenção.

Isso reduz a perda de empuxo de ram devido ao atrito em aproximadamente 30% em comparação com uma configuração com uma única folha de Mylar. Uma vez que a amostra atinge a pressão exigida, aqueça à taxa de 100 kelvin por minuto até que a temperatura de patamar desejada seja alcançada durante a etapa de aquecimento; o óleo no RAM da amostra pode precisar ser ajustado para manter uma pressão de óleo constante, evitando contaminação do vidro de silicato e baixa pureza de oxigênio. Experimentos de solubilidade de elementos altamente cphi são mais facilmente identificados pela presença de heterogeneidade no tempo.

Espectros LA I-C-P-M-S resolvidos. Essa heterogeneidade se manifesta como picos e vales nos espectros, resultantes da ablação de proporções variáveis de inclusão contendo versus inclusão. Vidro livre exibido.

Aqui está o espectro resolvido no tempo de um experimento de solubilidade de platina que não utilizou métodos para prevenir a formação de inclusões metálicas, exibido para fins de comparação. Também são apresentados espectros resolvidos no tempo típicos dos produtos finais de corridas sintetizados usando as técnicas descritas neste vídeo. A imaginalidade desses espectros indica a ausência de inclusões dispersas de EPM na porção ATE dos produtos finais dos experimentos.

A imaginalidade do espectro de rutênio sugere que esta abordagem também é eficaz em evitar a formação de inclusões metálicas observadas em experimentos anteriores de solubilidade de rutênio realizados em condições redutoras semelhantes. Após assistir a este vídeo, você deverá ser capaz de preparar experimentos de particionamento de metal para os aparelhos PI, cilíndrico e multâmbulo. Ao preparar os materiais iniciais conforme descrito, pode-se evitar a presença de inclusões metálicas dispersas nos experimentos envolvendo elementos altamente cphi.