1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Доклады Российской академии наук. Науки о Земле
  4. T. 512, № 1, 2023

Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2023, T. 512, № 1, стр. 60-65

Некоторые особенности процесса взаимодействия железа с метаном при темпратуре 900°С и давлении 100 МПа

Академик РАН Л. Я. Аранович 1, 2, Э. С. Персиков 1, П. Г. Бухтияров 1, О. Ю. Шапошникова 1, *, А. Н. Некрасов 1

1 Институт экспериментальной минералогии Российской академии наук
Черноголовка, Россия

2 Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии Российской академии наук
Москва, Россия

* E-mail: olga_geolog@mail.ru

Поступила в редакцию 05.05.2023
После доработки 10.05.2023
Принята к публикации 12.05.2023

Аннотация

С использованием оригинальной установки высокого газового давления впервые были проведены эксперименты по взаимодействию железа с метаном при температуре 900°C и давлении 100 МПа. Комплексные методы (РСМА, рамановская спектроскопия, хроматография, расчеты баланса масс) используются для тщательного анализа составов флюида и металлических фаз, образующихся в экспериментах. Впервые получены экспериментально-теоретические количественные данные по составу флюида и составу растворенных в металле компонентов флюида. В отличие от ранее изученной системы Fe3С–H2, в опытах, когда Fe реагирует с метаном, происходит активное взаимодействие углерода, образовавшегося за счет пиролиза метана, с железом вплоть до синтеза карбида Fe3C. Опыты показали, что повышение давления существенно уменьшает выход водорода при конверсии метана на металлическом железе. Предельное насыщение железа углеродом с образованием Fe3C при 900°С за время 24 ч не достигается в объеме всего металла. При этом использование молибденовых ампул способствует более эффективному разложению СН4.

Ключевые слова: железо, метан, давление, высокая температура, взаимодействие

Список литературы

  1. Wood B.J. Hydrogen: an important constituent of the core? // Science. 1997. V. 278. P. 1727.

  2. Маракушев А.А., Маракушев С.А. Происхождение и флюидная эволюция Земли // Пространство и Время. 2010. Т. 1. С. 98–118.

  3. Sweeney R. The role of hydrogen in geological processes in the Earth’s interior // Solid State Ionics. 1997. V. 97. P. 393–97.

  4. Williams Q., Hemley R.J. Hydrogen in the deep earth // Annual Review of Earth and Planetary Sciences. 2001. V. 29. P. 365–418.

  5. Narygina O., Dubrovinsky L.S., McCammon C.A., et al. X-ray diffraction and Mössbauer spectroscopy study of fcc iron hydride FeH at high pressures and implications for the composition of the Earth’s core // Earth and Planetary Science Letters. 2011. V. 307. P. 409–414.

  6. Morard G., Andrault D., Antonangeli D., et al. Fe–FeO and Fe–Fe3C melting relations at Earth’s core–mantle boundary conditions: Implications for a volatile-rich or oxygen-rich core // Earth and Planetary Science Letters. 2017. V. 473. P. 94–103.

  7. Litasov K.D., Shatskiy A.F., Ohtani E. Interaction of Fe and Fe3C with hydrogen and nitrogen at 6–20 GPa: a study by in situ X-Ray diffraction // Geochemistry International. 2016. V. 54. P. 914–921.

  8. Aranovich L.Y., Persikov E.S., Bukhtiyarov P.G., et al. Interaction of Fe3C with hydrogen: On compatibility of carbon with hydrogen in metallic Fe // Petrology. 2021. V. 29 (6). P. 696–702.

  9. Henghui Wang, Guangqiang Li, Jianghua Ma, Dong Zhao. The effect of methane decomposition on the formation and magnetic properties of iron carbide prepared from oolitic hematite // RSC Adv. 2017. 7. 3921–3927. https://doi.org/10.1039/C6RA26166C

  10. Галактионова Н.В. Водород в металлах. Москва: Металлургия. 1967. 303 с.

  11. Sugimoto H., Fukai Y. Solubility of hydrogen in metals under high hydrogen pressures: thermodynamical calculations // Acta Metallurgica et Materialia. 1992. V. 40 (9). P. 2327–2336.

  12. Олейников Б.В., Округин А.В., Томшин М.Д. и др. Самородное металлообразование в платформенных базитах. Якутск: ЯФ СО АН СССР. 1985. 124 с.

  13. Churakov S.V., Gottschalk M. Perturbation theory based equation of state for polar molecular fluids: i. pure fluids // Geochim. Cosmochim. Acta. 2003. V. 67. P. 2397–2414.

  14. Аранович Л.Я. Флюидно-минеральные равновесия и термодинамические свойства смешения флюидных систем // Петрология. 2013. Т. 21. С. 588–599.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Доклады Российской академии наук. Науки о Земле

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал