Сии и Казахстана, вновь поставил вопрос о более полном использовании рудного сырья цветной металлургии, большинство месторождений которого являются комплексными

Вид материала

Подобный материал:

УДК 55:004

И.В. Викентьев (ИГЕМ РАН)

Новые методы исследования минерального вещества

руДных месторождений: учебно-методический и

прикладной аспекты

Подъем экономик стран бывшего Советского Союза, особенно России и Казахстана, вновь поставил вопрос о более полном использовании рудного сырья цветной металлургии, большинство месторождений которого являются комплексными. Наряду со старыми традиционными методами разработаны некоторые новые подходы к исследованию минерального вещества, которые малоизвестны и обогатителям и преподавателям вузов геологического профиля.

Особенно остро проблема комплексности стоит для колчеданных месторождений. Эти объекты являются важнейшим источником цветных и благородных металлов, ряда редких элементов, обеспечивая 40% мировой добычи серебра и 5% золота. Приблизительные оценки запасов попутного золота в колчеданных рудах мира превышают 4000т, а серебра 100000т, более 40% этих количеств приходится на долю бывшего СССР (в основном Россия и Казахстан). Многие крупные месторождения содержали более 100 т попутного Au и более 2000 т Ag. При их отработке весьма существенными остаются потери благородных металлов (особенно при обогащении) - суммарный выход золота в концентраты цветных металлов составляет лишь 50-20%.

Золото присутствует в колчеданных рудах в двух формах: собственной минеральной и рассеянной в сульфидах. Минералы золота представлены самородным золотом и теллуридами, реже другими соединениями Au и Ag. “Невидимое” (тонкодисперсное, субмикроскопическое) золото в сульфидах обычно преобладает, однако вопрос входит ли оно в решетку сульфидов или же находится в них в виде микровключений так и не разрешен окончательно.

На практике образцы колчеданных руд, отобранные в основном при документации керна глубоких скважин обычно исследуются методами рудной микроскопии, и весьма точным пробирным анализом анализируются геохимические пробы на Au и Ag, объединенные из рядовых проб поинтервально до 5-10 и даже более метров, что затрудняет анализ пространственного распределения благородных металлов в рудных телах.

Для примерной оценки возможных форм нахождения золота в сульфидах привлекаются данные рационального (фазового) анализа, выполняемого в институтах ИРГИРЕДМЕТ и Унипромедь для представительных проб руд (1кг). В основе методики лежит различная химическая устойчивость форм золота, ассоциирующего с сульфидами и силикатами, при их растворении. Относительно крупное свободное золото извлекается из руды амальгамацией, мелкое самородное золото в тонких сростках с сульфидами - цианированием, тонкодисперсное (вероятно, в основном структурно-связанное) золото в сульфидах извлекается цианированием после разложения нерастворенного цианидом остатка в азотной кислоте («упорное» золото).

Увеличение степени локальности исследований достигается в настоящее время несколькими путями. Для определения содержаний Au и Аg в микроколичествах наиболее высокая точность и воспроизводимость у метода нейтронно-активационного анализа (НАА); стандартная навеска 50 мг, но может анализироваться проба до 30 нг, что делает возможным изучение распределения содержаний Au в разных генерациях одного сульфида, отобранных в виде монофракций.

Содержание золота и серебра в индивидуальных зернах рудных минералов и состав их собственных минералов (в зернах >1 мкм) исследуются с помощью рентгеноспектрального микроанализа (РСМА) на микроанализаторах Сamebax, Cameca, JXA. В настоящее время в исследовательские центры поставляются высокоразрешающие (до 10 нм) и особо чувствительные приборы, относящиеся к восьмому поколению микроанализаторов (например, JXA-8100/8200 и JXA-8700). Концентрационной чувствительности РСМА (0.01 мас.%) обычно недостаточно для определения Au в обычных сульфидах, поэтому использован прием увеличения экспозиции в точке до 100-200 с, соответственно предел обнаружения достигал 0.005 мас.%).

Удобен для диагностики минералов (>0.5 мкм) и получения картин их срастаний и микронеоднородностей состава индивидуальных зерен электронный микроскоп с энергодисперсионной приставкой (от JSM-5300+LINK ISIS вплоть до новейшего JEM-3010). В тоже время для анализа содержаний Au и Ag в обычных сульфидах аналитическая электронная микроскопия не может быть использована в связи с небольшой чувствительностью (0.01мас.%).

Для выявления в рудах собственных минералов благородных металлов был использован прием выделения ультратяжелых фракций из крупных проб (0,5-1кг), в которых предварительным анализом были установлены повышенные содержания Au. Проводилось разделение обесшламленных проб с помощью электромагнитных сепараторов и в тяжелых жидкостях: после отмывке в воде и бромоформе гранулометрических фракций +0,06...–0,1 и –0,06 мм полученный ультратяжелый концентрат шел на изготовление монтированных шлифов и насыпных препаратов для исследования на микроанализаторах.

Формы нахождения золота в сульфидных рудах могут быть установлены с помощью ряда новейших физических методов, реализованных в Канаде и Германии. Используются два высокоразрешающих метода: с одной стороны, ионный зонд (вторичная ионная масс-спектрометрия, SIMS) c концентрационной чувствительностью, на три порядка превышающей таковую рентгеновских микроанализаторов, и, с другой стороны, - мëссбауэровская спектроскопия (¹⁹⁷Au), позволяющая различить золото, входящее в структуру сульфидов, и свободное золото в виде микровключений.

Распределение «невидимого» золота в зернах сульфидов изучено в серии образцов на масс-спектрометре «Cameca IMS-4f» с двойной фокусировкой в университете Зап. Онтарио (Лондон, Канада) с помощью методики SIMS, используя минеральные стандарты с имплантированным ¹⁹⁷Au. Преимущества этого метода заключаются в том, что он позволяет обнаружить очень низкие содержания золота (пределы обнаружения для разных сульфидов 10-250 мг/т) и то, что мельчайшие включения самородного золота (2-10 мкм) могут быть выявлены на поверхности полированного шлифа и на глубине до 0.4 мкм.

Была проведена подготовка базы для исследований образцов золотосодержащих сульфидов методом мёссбауэровской спектроскопии на ядре золото-197. Подготовлен и опробован - с выяснением временных и дозовых затрат, определением эффективных толщин поглотителей и источника, оценкой уровни эффекта Мёссбауэра - комплекс оборудования для проведения мёссбауэровских измерений на активационном источнике Pt¹⁹⁷ - на реакторе ИВВ-2 Белоярской АЭС. Экспериментально установлено, что основными сопутствующими активационными радионуклидами являются Pt¹⁹³, Pt^195m примерно в равных долях из-за значительного вклада по каналу реакции Pt¹⁹⁴(n,2n) Pt¹⁹³; методически обоснованным уровнем облучения платины является 150 Мвтчас; максимальное время измерения мёссбауэровского спектра с одним облученным источником составляет 36 часов с момента выемки источника из реактора.

Результаты анализа небольших серий проб по отдельным месторождениям Урала, Кавказа и Рудного Алтая свидетельствуют о неравномерном распределении элементов платиновой группы (ЭПГ) с содержанием в рудах и концентратах до 0.5-1 г/т суммы ЭПГ. Сложность определения ЭПГ в колчеданных рудах и концентратах состоит в их преобладающе низких концентрациях (n мг/т), а также наличии многочисленных перекрытий энергетических спектральных линий ЭПГ и самых распространенных элементов. Наиболее надежные анализы с предварительным химическим концентрированием платиноидов являются весьма дорогостоящими. Однако опыт исследования проб с сульфидной матрицей показывает, что другие аналитические методы являются не только полуколичественными, но по существу не дают даже качественной картины их распределения. В сульфидных рудах, технологических продуктах, отобранных вручную монофракциях минералов и ультратяжелых концентратах содержания элементов платиновой группы (ЭПГ) определены прямым кинетическим методом и методом тонкослойной хроматографии (на целлюлозе) с предварительным химическим выделением суммы платиновых металлов из навески 2-5г.

В докладе демонстрируются примеры исследования форм нахождения благородных металлов и ряда попутных элементов в колчеданных рудах Урала, а также возможности новейшего оборудования для исследования минерального вещества на микро- и наноуровнях. Даются рекомендации по использованию в учебном процессе презентаций в .ppt-формате.

Исследования выполнены при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект 04-05-65040), Отделения наук о Земле РАН (проекты «Наночастицы» и «Крупные и суперкрупные месторождения») и Фонда содействия отечественной науке.

Blog