Высокачастотны плазмахімічны сінтэз і здабыванне высакародных металаў з упартых сульфідных руд Кызылкумскага рэгіёна
Уводзіны і пастаноўка праблемы
Перапрацоўка ўпартых золата-мыш'яковых руд Цэнтральна-Кызылкумскага рэгіёна традыцыйнымі металургічнымі метадамі (біяакісленне, аўтаклаўнае акісленне) звязана са значнымі энергазатратамі і сур'ёзнымі экалагічнымі рызыкамі. Золата ў арсенапірытах (FeAsS) знаходзіцца пераважна ў тонкадысперсным («нябачным») ізаморфным стане, заблакаваным унутры крышталічнай рашоткі.
Мэтай гэтага даследавання была ацэнка прынцыпова новага фізіка-хімічнага метаду раскрыцця сульфіднай матрыцы і здабывання капсуляваных металаў пры дапамозе накіраванага рэзананснага высокачастотнага ўздзеяння ў бескіслародным, ізатопна-мадыфікаваным асяроддзі.
[ДАДАДЗЕНА] Раней аўтарам была апублікавана методыка рэзананснай ВЧ-дэзінтэграцыі ўпартых руд — «Спосаб дэзінтэграцыі мінеральных кампанентаў і раскрыцця золата з асабліва ўпартых сульфідна-золатамыш'яковых руд і канцэнтратаў рэзанансным уздзеяннем ВЧ ЭМХ» (Горны веснік Узбекістана, №2(89), 2022, с. 85–91). Дадзеная праца развівае гэтую методыку і паведамляе пра дадаткова зафіксаваны эфект — анамальны ізатопны склад сінтэзаванага золата.
Эксперыментальная методыка і матэрыялы
Аб'ектам даследавання служылі ўзоры ўпартага арсенапірыту (усяго даследавана 27 асобных проб руды), атрыманыя з радовішчаў Кокпатас і Даугызтау. Час апрамянення кожнай пробы складаў ад 1 да 3 гадзін.
Архітэктура эксперыментальнай устаноўкі
- Зона рэакцыі Узор мінерала змяшчаўся ўнутры герметычнай бескіслароднай ячэйкі непасрэдна над пасудзінай з вадкай фазай.
- Ізатопны мадыфікатар асяроддзя Вадкая фаза складалася з кандэнсату цяжкай вады (дэйтэрыю), атрыманага шляхам кінетычнага падзелу ізатопаў пры кантраляваным выпарэнні прыроднага вадаёма пад уздзеяннем сонечнай энергіі на працягу 2–3 дзён.
- Крыніца поля і выпраменьвальнік Электрамагнітнае ўздзеянне ажыццяўлялася праз спецыяльную медную трубчастую антэну ВЧ-дыяпазону, падключаную да высокачастотнага генератара.
Эксперыментальны пратакол: пры падачы сілкавання на сістэму ВЧ ЭМП ваганальны контур выводзіўся ў стан рэзкага хвалевага рэзанансу. З-за інтэнсіўнага скін-эфекту і высокай шчыльнасці паверхневага току тэмпература меднай антэны перавышала тэмпературу плаўлення медзі (1085°C). Адначасова адбывалася бурнае выпарэнне ніжэйляжачай дэйтэрыраванай вадкасці. Пры дасягненні распаленай паверхні антэны пары дэйтэрыю падвяргаліся іянізацыі з утварэннем шчыльнага факела нераўнаважнай высокачастотнай плазмы, якая выступала ў ролі каталізатара працэсу.
Вынікі і абмеркаванне
Макраскапічныя трансфармацыі і прабірны аналіз
Пад дзеяннем дэйтэрыевай ВЧ-плазмы адбывалася як тэрмічнае, так і электрадынамічнае разбурэнне крышталічнай структуры арсенапірыту. Іёны вызваленага (або зноў сінтэзаванага) металу пераносіліся электрамагнітнымі сіламі ў зону максімальнага градыента поля, асядаючы на паверхні меднай трубкі, якая плавілася. На паверхні меднай антэны макраскапічна назіраўся выразны эфект «пазалоты» за кошт глыбокай тэрмічнай дыфузіі. Аплаўленыя элементы антэны былі перададзены ў лабараторыю ЦНДЛ. Стандартны прабірны аналіз (метад купеляцыі) адназначна пацвердзіў наяўнасць элементнага золата ў медным сплаве.
Ядзерна-фізічная верыфікацыя і ізатопны спектр
Каб выключыць матрычны ўплыў, элементы меднай антэны разам з усімі 27 узорамі былі накіраваны ў Цэнтральную лабараторыю гама-актывацыйнага аналізу (ЦЛ ГАА) у г. Зарафшан. Усе ўзоры падвяргаліся апрамяненню інтэнсіўным патокам высокаэнергетычнага тармазнога гама-выпраменьвання, што генеруецца лінейным паскаральнікам электронаў пры ўдары аб тугаплаўкую (вальфрамавую) мішэнь. Аўтаматызаваны спектраметрычны комплекс зафіксаваў выразны пік пры 409 кэВ, які адпавядае ізамеру Au-197m (перыяд паўраспаду 7.7 с), што пацвярджае наяўнасць стабільнага нукліда Au-197. Аднак, акрамя стабільнай фазы, спектрометр ідэнтыфікаваў анамальны ізатопны ланцужок золата: Au-196, Au-198, Au-199, а таксама карэлюючыя лініі срэбра (Ag) і ўрану (U).
Фізічная інтэрпрэтацыя і геафізічныя высновы
Выяўленне кароткажывучых ізатопаў Au-198 і Au-199 даказвае, што ў ходзе эксперыменту ядры золата падвергліся ўздзеянню шчыльнага патоку свабодных нейтронаў. Дынаміка фарміравання гэтага ізатопнага спектра сведчыць пра працяканне нізкаэнергетычных ядзерных працэсаў (трансмутацыі або ізатопнага абмену) непасрэдна ўнутры нераўнаважнай дэйтэрыевай ВЧ-плазмы на міжфазнай мяжы «медзь–арсенапірыт».
Геафізічная гіпотэза
Эмпірычныя даныя, атрыманыя ў ходзе гэтага лабараторнага мадэлявання, могуць быць экстрапаляваны на інтэрпрэтацыю маштабных эндагенных працэсаў у літасферы Зямлі. Падземная архітэктура Кызылкумскіх радовішчаў эфектыўна функцыянуе як натуральныя хвалевыя рэактары. Тэктанічныя зрухі ўздоўж зон глыбінных разломаў генеруюць лакальныя звышвысокія ціскі, сейсмагенныя токі і п'езаэлектрычныя палі, здольныя імгненна разаграваць мікрааб'ёмы пласта вышэй за 1000°C, пераводзячы паўправадніковыя сульфіды (FeAsS) у плазменны стан. У прысутнасці глыбінных флюідаў, натуральна ўзбагачаных дэйтэрыем, запускаецца бесперапынны працэс эндагеннага нуклеасінтэзу («нараджэння») золата і спадарожных элементаў. Гэта неабходна для фундаментальнага перагляду класічных касмаганічных мадэляў фарміравання рудных радовішчаў.
[ДАДАДЗЕНА] Выкладзеная ў гэтым раздзеле геафізічная гіпотэза не праходзіла незалежнага рэцэнзавання і патрабуе далейшай праверкі — у адрозненне ад методыкі рэзананснай ВЧ-дэзінтэграцыі руды, апублікаванай раней у «Горным весніку Узбекістана».