Высокочастотный плазмохимический синтез и извлечение благородных металлов из упорных сульфидных руд Кызылкумского региона
Введение и постановка проблемы
Переработка упорных золото-мышьяковых руд Центрально-Кызылкумского региона традиционными металлургическими методами (биоокисление, автоклавное окисление) связана со значительными энергозатратами и серьезными экологическими рисками. Золото в арсенопиритах (FeAsS) находится преимущественно в тонкодисперсном («невидимом») изоморфном состоянии, заблокированном внутри кристаллической решетки.
Целью данного исследования являлась оценка принципиально нового физико-химического метода вскрытия сульфидной матрицы и извлечения капсулированных металлов посредством направленного резонансного высокочастотного воздействия в бескислородной, изотопно-модифицированной среде.
[ДОБАВЛЕНО] Ранее автором была опубликована методика резонансной ВЧ-дезинтеграции упорных руд — «Способ дезинтеграции минеральных компонентов и вскрытия золота из особо упорных сульфидно-золотомышьяковых руд и концентратов резонансным воздействием ВЧ ЭМВ» (Горный вестник Узбекистана, №2(89), 2022, с. 85–91). Настоящая работа развивает эту методику и сообщает о дополнительно зафиксированном эффекте — аномальном изотопном составе синтезированного золота.
Экспериментальная методика и материалы
В качестве объекта исследования служили образцы упорного арсенопирита (всего исследовано 27 отдельных проб руды), полученные с месторождений Кокпатас и Даугызтау. Время облучения каждой пробы составляло от 1 до 3 часов.
Архитектура экспериментальной установки
- Зона реакции Образец минерала помещался внутри герметичной бескислородной ячейки непосредственно над сосудом с жидкой фазой.
- Изотопный модификатор среды Жидкая фаза состояла из конденсата тяжелой воды (дейтерия), полученного путем кинетического разделения изотопов при контролируемом испарении природного водоема под воздействием солнечной энергии в течение 2–3 дней.
- Источник поля и излучатель Электромагнитное воздействие осуществлялось через специальную медную трубчатую антенну ВЧ-диапазона, подключенную к высокочастотному генератору.
Экспериментальный протокол: при подаче питания на систему ВЧ ЭМП колебательный контур выводился в состояние резкого волнового резонанса. Из-за интенсивного скин-эффекта и высокой плотности поверхностного тока температура медной антенны превышала температуру плавления меди (1085°C). Одновременно происходило бурное испарение подстилающей дейтерированной жидкости. При достижении раскаленной поверхности антенны пары дейтерия подвергались ионизации с образованием плотного факела неравновесной высокочастотной плазмы, выступающей в роли катализатора процесса.
Результаты и обсуждение
Макроскопические трансформации и пробирный анализ
Под действием дейтериевой ВЧ-плазмы происходило как термическое, так и электродинамическое разрушение кристаллической структуры арсенопирита. Ионы высвобожденного (или вновь синтезированного) металла переносились электромагнитными силами в зону максимального градиента поля, осаждаясь на поверхности плавящейся медной трубки. На поверхности медной антенны макроскопически наблюдался отчетливый эффект «позолоты» за счет глубокой термической диффузии. Оплавленные элементы антенны были переданы в лабораторию ЦНИЛ. Стандартный пробирный анализ (метод купелирования) однозначно подтвердил наличие элементного золота в медном сплаве.
Ядерно-физическая верификация и изотопный спектр
Для исключения матричного влияния элементы медной антенны вместе со всеми 27 образцами были направлены в Центральную лабораторию гамма-активационного анализа (ЦЛ ГАА) в г. Зарафшан. Все образцы подвергались облучению интенсивным потоком высокоэнергетического тормозного гамма-излучения, генерируемого линейным ускорителем электронов при ударе о тугоплавкую (вольфрамовую) мишень. Автоматизированный спектрометрический комплекс зафиксировал отчетливый пик при 409 кэВ, соответствующий изомеру Au-197m (период полураспада 7.7 с), что подтверждает наличие стабильного нуклида Au-197. Однако помимо стабильной фазы спектрометр идентифицировал аномальную изотопную цепь золота: Au-196, Au-198, Au-199, а также коррелирующие линии серебра (Ag) и урана (U).
Физическая интерпретация и геофизические выводы
Обнаружение короткоживущих изотопов Au-198 и Au-199 доказывает, что в ходе эксперимента ядра золота подверглись воздействию плотного потока свободных нейтронов. Динамика формирования этого изотопного спектра свидетельствует о протекании низкоэнергетических ядерных процессов (трансмутации или изотопного обмена) непосредственно внутри неравновесной дейтериевой ВЧ-плазмы на межфазной границе «медь–арсенопирит».
Геофизическая гипотеза
Эмпирические данные, полученные в ходе этого лабораторного моделирования, могут быть экстраполированы на интерпретацию масштабных эндогенных процессов в литосфере Земли. Подземная архитектура Кызылкумских месторождений эффективно функционирует как естественные волновые реакторы. Тектонические сдвиги вдоль зон глубоких разломов генерируют локальные сверхвысокие давления, сейсмогенные токи и пьезоэлектрические поля, способные мгновенно разогревать микрообъемы пласта выше 1000°C, переводя полупроводниковые сульфиды (FeAsS) в плазменное состояние. В присутствии глубинных флюидов, естественно обогащенных дейтерием, запускается непрерывный процесс эндогенного нуклеосинтеза («рождения») золота и сопутствующих элементов. Это необходимо для фундаментального пересмотра классических космогонических моделей формирования рудных месторождений.
[ДОБАВЛЕНО] Изложенная в этом разделе геофизическая гипотеза не проходила независимой рецензии и требует дальнейшей проверки — в отличие от методики резонансной ВЧ-дезинтеграции руды, опубликованной ранее в «Горном вестнике Узбекистана».