التخليق البلازمي الكيميائي عالي التردد واستخلاص المعادن النفيسة من الخامات الكبريتيدية المستعصية في منطقة قيزيلكوم
المقدمة وطرح المشكلة
إن معالجة خامات الذهب والزرنيخ المستعصية في منطقة قيزيلكوم الوسطى بالطرق المعدنية التقليدية (الأكسدة الحيوية، والأكسدة في الأوتوكلاف) ترتبط باستهلاك كبير للطاقة ومخاطر بيئية جسيمة. فالذهب في الأرسينوبيريت (FeAsS) يوجد في الغالب في حالة متماثلة الشكل دقيقة التشتت («غير مرئية»)، محبوسة داخل الشبكة البلورية.
كان هدف هذه الدراسة تقييم طريقة فيزيائية كيميائية جديدة جذريًا لفتح المصفوفة الكبريتيدية واستخلاص المعادن المغلّفة بواسطة تأثير رنيني موجَّه عالي التردد في وسط خالٍ من الأكسجين ومعدَّل نظائريًا.
[أُضيف] سبق للمؤلف أن نشر منهجية التفكيك الرنيني عالي التردد للخامات المستعصية: «طريقة تفكيك المكونات المعدنية وفتح الذهب من خامات الكبريتيد والذهب والزرنيخ ومركّزاتها شديدة الاستعصاء بالتأثير الرنيني للموجات الكهرومغناطيسية عالية التردد» (غورني فيستنيك أوزبكستان [النشرة التعدينية لأوزبكستان]، №2(89)، 2022، ص. 85–91). ويطوّر هذا العمل تلك المنهجية ويعرض أثرًا رُصد إضافيًا، هو التركيب النظائري الشاذ للذهب المخلَّق.
المنهجية التجريبية والمواد
كانت موضوع الدراسة عيناتٌ من الأرسينوبيريت المستعصي (دُرست 27 عينة خام منفصلة إجمالًا) أُخذت من حقلي كوكباتاس وداوغيزتاو. وتراوحت مدة تشعيع كل عينة بين 1 و3 ساعات.
بنية الجهاز التجريبي
- منطقة التفاعل كانت عينة المعدن توضع داخل خلية محكمة الإغلاق خالية من الأكسجين، فوق وعاء الطور السائل مباشرة.
- معدِّل الوسط النظائري تألف الطور السائل من مكثَّف الماء الثقيل (الديوتيريوم)، الذي حُصل عليه بالفصل الحركي للنظائر أثناء التبخير المتحكَّم به لمسطح مائي طبيعي تحت تأثير الطاقة الشمسية على مدى 2–3 أيام.
- مصدر المجال والباعث كان التأثير الكهرومغناطيسي يتم عبر هوائي نحاسي أنبوبي خاص يعمل في نطاق الترددات العالية، موصول بمولّد عالي التردد.
البروتوكول التجريبي: عند تزويد منظومة المجال الكهرومغناطيسي عالي التردد بالطاقة، كانت الدارة المتذبذبة تُدفع إلى حالة رنين موجي حاد. وبسبب الأثر القشري الشديد والكثافة العالية للتيار السطحي، كانت درجة حرارة الهوائي النحاسي تتجاوز درجة انصهار النحاس (1085°C). وفي الوقت نفسه كان يحدث تبخّر عنيف للسائل المديوتر الواقع أسفله. وعند بلوغ أبخرة الديوتيريوم سطح الهوائي المتوهج، كانت تتأين مكوّنةً شعلة كثيفة من البلازما غير المتوازنة عالية التردد، تؤدي دور المحفّز للعملية.
النتائج والمناقشة
التحولات العيانية وتحليل الفحص الناري
تحت تأثير البلازما الديوتيرية عالية التردد حدث تدمير حراري وكهروديناميكي معًا للبنية البلورية للأرسينوبيريت. وكانت أيونات المعدن المتحرّر (أو المخلَّق حديثًا) تنتقل بفعل القوى الكهرومغناطيسية إلى منطقة أقصى تدرّج للمجال، فتترسب على سطح الأنبوب النحاسي المنصهر. ولوحظ عيانيًا على سطح الهوائي النحاسي أثر «تذهيب» واضح نتيجة الانتشار الحراري العميق. وأُرسلت عناصر الهوائي المنصهرة إلى المختبر المركزي للبحث العلمي (CNIL). وقد أكّد تحليل الفحص الناري القياسي (طريقة الكوبلة) بصورة قاطعة وجود الذهب العنصري في السبيكة النحاسية.
التحقق الفيزيائي النووي والطيف النظائري
لاستبعاد تأثير المصفوفة، أُرسلت عناصر الهوائي النحاسي مع جميع العينات الـ 27 إلى المختبر المركزي للتحليل بالتنشيط الغاموي في مدينة زرافشان. وخضعت جميع العينات للتشعيع بتدفق شديد من أشعة غاما الكابحة عالية الطاقة، المتولدة من مسرّع خطي للإلكترونات عند اصطدامها بهدف عسير الانصهار (من التنغستن). وسجّل مجمّع القياس الطيفي الآلي قمة واضحة عند 409 كيلو إلكترون فولت، تقابل المصاوغ Au-197m (عمر النصف 7.7 ث)، مما يؤكد وجود النويدة المستقرة Au-197. غير أن المطياف حدّد، إلى جانب الطور المستقر، سلسلة نظائرية شاذة للذهب: Au-196 وAu-198 وAu-199، إضافة إلى خطوط مرتبطة للفضة (Ag) واليورانيوم (U).
التفسير الفيزيائي والاستنتاجات الجيوفيزيائية
إن اكتشاف النظيرين قصيري العمر Au-198 وAu-199 يثبت أن نوى الذهب تعرّضت خلال التجربة لتدفق كثيف من النيوترونات الحرة. وتشير ديناميكية تكوّن هذا الطيف النظائري إلى جريان عمليات نووية منخفضة الطاقة (تحويل عنصري أو تبادل نظائري) مباشرة داخل البلازما الديوتيرية غير المتوازنة عالية التردد عند الحد الفاصل بين الطورين «النحاس–الأرسينوبيريت».
الفرضية الجيوفيزيائية
يمكن استقراء البيانات التجريبية التي حُصل عليها في هذه النمذجة المختبرية لتفسير العمليات الداخلية الواسعة النطاق في الغلاف الصخري للأرض. فالبنية الجوفية لحقول قيزيلكوم تعمل فعليًا كمفاعلات موجية طبيعية. إذ تولّد الإزاحات التكتونية على امتداد مناطق الصدوع العميقة ضغوطًا محلية فائقة الارتفاع وتيارات زلزالية المنشأ ومجالات كهرضغطية قادرة على تسخين أحجام دقيقة من الطبقة فوق 1000°C في لحظة، محوّلة الكبريتيدات شبه الموصلة (FeAsS) إلى حالة البلازما. وبحضور موائع عميقة غنية طبيعيًا بالديوتيريوم تنطلق عملية متواصلة من التخليق النووي الداخلي («ولادة») الذهب والعناصر المرافقة له. وهذا يستدعي مراجعة جذرية للنماذج الكونية الكلاسيكية لتكوّن رواسب الخامات.
[أُضيف] الفرضية الجيوفيزيائية المعروضة في هذا القسم لم تخضع لتحكيم مستقل وتتطلب مزيدًا من التحقق، خلافًا لمنهجية التفكيك الرنيني عالي التردد للخامات التي نُشرت سابقًا في «غورني فيستنيك أوزبكستان».