ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Частное техническое решение, имеющее самостоятельное значение.

Разработан способ определения энергетических параметров кристаллов, минералов и горных пород, имеющих сложный химический состав.

Способ осуществляется в следующей последовательности.

Проводят анализ минерального и химического состава исследуемых образцов. Определяют количество атомов в единице объема. Атом с минимальным энергетическим уровнем валентного электрона имеет радиус, равный

м, (1)

гдеb= 137.

Учитывая, что диаметр атома в два раза больше его радиуса и что промежуток между атомами примерно равен их среднему диаметру, можно рассчитывать число атомов, приходящихся на единицу длины, на единицу площади, содержащихся в единице объема. Эти значения совпадают с известными значениями чисел атомов и соответственно равны:

n _e = 5Ч10 ⁹м ^-1,n _s = 1,25Ч10 ¹⁹м ^-2 иn _v = 1,25Ч10 ²⁹м ^-3.

Определяют сумму атомных масс химических элементов, входящих в состав минераловисследуемых горных пород. Определяют процентное содержание химических элементов в каждом минерале. Определяют удельные энергии ионных взаимодействий отдельных химических элементов в минералах, находят полную удельную энергию ионных взаимодействий каждого литотипа горной породы из выражения

Е_us= e ₁ + e ₂ + … + e _n (2)

где Е_i= z_mbda³m _ec ²n _sc -удельная энергия ионного взаимодействия, приходящаяся на отдельныйi-й химический элемент;b- число возможных связей химического элемента (в основном состоянии равно атомному номеру);m _e = 9,1093897Ч10 ^-31, кг; с = 2,99792458Ч10 ⁸, м/с;n _s= 2,5Ч10 ¹⁹, м ^-2 - количество атомов, приходящихся на единицу площади;m- количество химического элемента в частях, а остальные энергетические параметры горной породы определяют из выражения

e* = zbakm*c ²nsm(3)

где Е ^* = Еў_es= e _usa^-1-удельная энергия связи внутреннихэлектронов (m ^* = m _e,
k = 2); Е ^* = Еў_es= e _usa^-2-удельная энергия связи ближних к ядруэлектронов (m ^* = m _e,
k = 1); Е ^* = Е_ps-удельная энергия связи протонов (m ^* = m _p = 1,6726231Ч10 ^-27кг,k = 0).

Определение процентного содержания минерального состава образцов горных пород приведено на примере магнетитовых руд. Проводят анализ минерального состава. Затем находят химический состав, валентность химических элементов, их относительную атомную массу и заряд (атомный номер) по таблице химических элементов Д.И. Менделеева.

Определяют содержание железа в образце магнетитовой руды.

Процентное содержание железа в его закисиравно

(4)

где -процентное содержание закиси железа; -атомная масса железа в его закиси; - атомная масса кислорода в закиси железа.

Процентное содержание железа в его окиси равно

(5)

Постоянная часть уравнения (3) равна

К =a³m _ec ²n _sc = 21,665685 (Дж/м2) (6)

где

Тогда энергии ионных связей железа в его закисиf _eo ₃и в его окисиf _eoсоответственно равны

(7)

(8)

Энергия ионных связей железа в образце магнетитовой руды равна

(9)

Аналогично рассчитываются удельные энергии ионных связей, приходящиеся на долю кислорода и других химических элементов. Полная удельная энергия ионных связей образца магнетитовой руды равна сумме энергий ионных связей составляющих ее химических элементов

(10)

где Е_nnn- средняя удельная энергия ионных связей включений.

В такой же последовательности определяют удельные энергии связи остальных образцов магнетитовых руд и горных пород.

Образец любой породы в основном состоянии имеет определенное, свойственное его химическому составу, энергетическое состояние ионных, атомных, электронных и нуклонных связей.

При механическом нагружении пород их разрушение начинается после насыщения энергиями слабых связей ионов. Разрушение происходит по одной плоскости или нескольким плоскостям неправильной формы.

В реальных породах микротрещины и микродефекты приводят к нарушению их структуры и строения, уменьшают количество химических связей. Поэтому удельная энергия реальных горных пород определяется с учетом коэффициента структурного ослабления:

(11)

где К _с.о. - коэффициент структурного ослабления.

Величины объемных плотностей энергий, согласно уравнениям (2)-(4), равны:

·для ионных связей

(12)

·для связей внутренних электронов

(13)

·для связей ближних к ядру электронов

(14)

гдеn _l- количество атомов, приходящихся на один погонный метр.

Приведенные выше уравнения позволяют с использованием данных химического состава пород и таблицы химических элементов определять спектры основных уровней энергий ионов, атомов и энергетические параметры горных пород при их равновесном стационарном состоянии.