Введение
Полученные в последние годы данные свидетельствуют о достаточно широком распространении в природных объектах наночастиц самородного золота [4]. Они особенно характерны для кор выветривания, развитых на месторождениях золото-сульфидной и золото-сульфидно-кварцевой формаций, а также для промежуточных коллекторов, представляющих собой переотложенные коры выветривания. В меньшей степени нанозолото встречается в древних россыпях, расположенных в особых геотектонических обстановках.
Цель исследования
В связи с этим особую актуальность приобретает вопрос о применении эффективной методики изучения наноразмерного золота. Данная проблема чрезвычайно важна при исследовании объектов, которые в настоящее время принято называть «нетрадиционными» [7]. Для таких объектов характерно присутствие тонких и пылевидных индивидов золота размером менее 100 мкм. При этом в гранулометрическом спектре зерен благородного металла значительную долю составляют частицы крупностью менее 10 мкм. Последние с трудом различаются при большом увеличении под бинокулярным микроскопом с хорошей оптикой.
Присутствие большого количества таких частиц, выделяемых на лабораторной стадии из концентратов гравитационного обогащения проб, может служить показателем вероятного нахождения в объекте еще более мелких индивидов. Известно, что даже наиболее совершенными аппаратами, основанными на гравитационном способе концентрации золота, извлечение тонкого (100–50 мкм) металла обеспечивается на уровне порядка 50%. Пылевидный металл (50–10 мкм) извлекается значительно хуже, а золото крупностью менее 10 мкм – на уровне нескольких процентов. Отсюда можно сделать вывод о том, что при фактическом обнаружении частиц золота размером менее 10 мкм реальное их количество может быть значительно более высоким.
Объекты и методы исследования
Объектами наших исследований, в процессе которых нанозолото было обнаружено в значительных количествах, являлись коренные и россыпные месторождения и рудопроявления золота России и ряда зарубежных стран (в частности, Канады, Камбоджи, Казахстана, Узбекистана). Основное внимание было уделено россыпным месторождениям Урала, где в общей сложности изучено золото около 20 объектов [4].
На полевой стадии производилось обогащение шлиховых проб и проб объемом до 1 м3 на винтовом шлюзе или сепараторе с получением конечного концентрата массой до нескольких килограммов. В лаборатории из шлихов и концентратов с применением ряда операций (магнитной и электромагнитной сепарации, домывки в чашке с бромоформом до ультраконцентрата и др.) выделялись частицы свободного золота. Они исследовались под электронными микроскопами (полевой сканирующий электронный микроскоп JSM 7500F с холодной эмиссией и сканирующий электронный микроскоп JSM 6390LV фирмы JEOL, последний с приставками для микрозондового анализа) с изучением характера поверхности и химического состава.
Результаты исследований
Основным результатом исследований являлось обнаружение наночастиц золота, расположенных на поверхности многих зерен россыпного металла. Наиболее характерными формами выделений нанозолота являются отдельные наночастицы и их агрегаты различной конфигурации (ветвистые, гроздевидные, сотовые, уплощенные, удлиненные и т.д.). Иногда агрегаты наночастиц золота образуют сплошные плотного сложения пленки, налеты и корочки. Все они приурочены исключительно к отрицательным формам нано- и микрорельефа поверхности золотин (трещинам, бороздам, углублениям и т.д.).
Все наночастицы золота являются новообразованным металлом, постепенно оседавшим на поверхность россыпеобразующих зерен в ходе процессов корообразования. Под влиянием агентов химического выветривания золотосодержащие сульфиды (пирит, арсенопирит, пирротин, халькопирит и др.) окисляются и переходят в гидроксиды железа. Присутствующее в них золото (в т.ч. «невидимое») высвобождается и получает возможность свободно мигрировать в коре выветривания [2, 3, 6]. Тот факт, что на поверхности зерен золота в корах выветривания вышеуказанных формаций постоянно наблюдаются наночастицы металла, свидетельствует о широком распространении в сульфидах частиц золота нанометровой размерности (т.е. от 0,1 до 0,001 мкм).
Оседание наночастиц золота на поверхность россыпного металла обусловлено их исключительно высокой удельной поверхностной энергией и химической активностью [1, 5]. Кроме того, этому способствует процесс природной амальгамации, который развивается в зоне глубинных разломов благодаря поступлению по ним низкотемпературных флюидов с ртутью.
Опыт проведенных работ позволяет нам рекомендовать следующую методику изучения нанозолота в природных объектах, включающую три последовательные стадии.
На первой стадии основной задачей является выбор соответствующего объекта, в котором с наибольшей вероятностью следует ожидать присутствие нанозолота. При этом необходимо принимать во внимание формационный тип коренного рудопроявления, возраст и сохранность коры выветривания, гранулометрический состав зерен металла, результаты шлихового опробования в сопоставлении с данными прецизионных методов (атомно-абсорбционного, пробирного, нейтронноактивационного, масс-спектрометрического и др.).
Можно предположить, что основная масса частиц нанозолота рассеивается в осадочной оболочке Земли. Отсюда, необходимо на начальном этапе обратить особое внимание и исследовать наиболее вероятные зоны их концентрации в пределах перспективного объекта. Таким зонами являются, в частности, небольшие по площади участки поверхности крупных зерен россыпного металла, представленные различными отрицательными микроформами.
На второй стадии осуществляется непосредственное наблюдение наночастиц золота в сканирующем электронном микроскопе с высоким разрешением. Нами показано, что данная задача вполне корректно решается с применением увеличений порядка 100-300 тысяч раз, что позволяет надежно различать отдельные наночастицы золота размером до 10 нм (рис. 1, 2). На данном уровне может быть охарактеризована морфология наночастиц золота и их агрегатов, а также определен гранулометрический состав [4].
В то же время применение еще более высокого увеличения (свыше 300 тысяч раз) показывает, что нередко даже столь малые наночастицы состоят из еще более мелких по размеру образований. Характерно, что отдельные наночастицы в агрегатах цементируются, вероятно, сплошной массой неструктурированного вторичного золота (см. рис. 2). Эти данные свидетельствуют о многоуровневом строении агрегатов наночастиц золота и длительном по времени процессе их формирования.
Рис. 1. Одиночные наночастицы золота размером 70 нм на стенке трещины на поверхности россыпного металла
Рис. 2. Частицы золота размером 5-10 нм в наноагрегатах
Детальное изучение структуры наноагрегатов золота возможно с применением атомно-силового, туннельного или ближнепольного микроскопов. Они позволяют различить частички золота размером в десятые доли нанометра.
На третьей стадии одновременно с точной диагностикой наночастиц производится определение их химического состава. Необходимо прежде всего убедиться, что мы имеем дело именно с золотом. Тем самым достигается разбраковка наночастиц по вещественному составу и исключение из рассмотрения похожих на золото по морфологии и другим признакам (например, вещественному контрасту) металлов и интерметаллидов.
Особенности химического состава наночастиц золота могут свидетельствовать о геохимической обстановке в среде минералообразования и процессе формирования агрегатов. Применение микрозондового анализа для решения этой задачи связано с некоторыми ограничениями. Во-первых, диаметр электронного зонда (порядка 1 мкм) слишком велик и не позволяет получить данные о химическом составе одиночной частицы нанозолота, диаметр которой, по крайней мере, на порядок меньше.
Во-вторых, теория микрозондового анализа разработана для идеально гладкой поверхности твердого тела, что требует изготовления тщательно отполированной шайбы. Однако ее изготовление приводит к полному уничтожению наночастиц золота, которые механическим путем легко удаляются с поверхности зерен россыпного металла.
Нами предлагается определять с поверхности средний химический состав группы наночастиц золота, находящихся в структуре плотного агрегата. При этом суммарное содержание элементов обычно снижается до 70-80%, что приводит к необходимости нормализации. Часть анализов с меньшим суммарным содержанием элементов лучше не принимать во внимание. Кроме того, при изучении ртутистых фаз нанозолота приходится учитывать испарение ртути в ходе микрозондового анализа [4].
Применение такой методики оказалось достаточно эффективным. Результаты показали, что наночастицы обычно представлены высокопробным самородным золотом, серебристым золотом, ртутистым золотом и амальгамами. В составе агрегатов присутствует много нетипичных для золота литофильных элементов (О, Si, Al, Fe, Ti, Ca, Mg, Mn), а также K, Na, Cl. Эти элементы могут свидетельствовать о составе цементирующего золота вещества.
Выводы
Нанозолото является важной составной частью ресурсного потенциала россыпных месторождений золота, приуроченных к корам выветривания пород золото-сульфидной и золото-сульфидно-кварцевой формаций. Для его изучения необходимо применять комплекс современных методов исследования, включающих опробование и обогащение проб в полевых условиях, особые способы пробоподготовки в лаборатории, методы электронной микроскопии высокого разрешения и микрозондовый анализ.
Результаты исследований позволяют выделить два основных механизма концентрации нанозолота в природе: 1) осаждение на поверхность зерен россыпного металла благодаря высокой удельной поверхностной энергии наночастиц и 2) процесс природной амальгамации.
Детальное изучение нанозолота в природных объектах позволит в будущем получить более полное представление о его распространенности в осадочной оболочке Земли и законах миграции. Полученные сведения могут быть использованы в нанотехнологии при разработке способов концентрации и извлечения нанозолота из руд «нетрадиционных» объектов.
Исследования выполнены при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант РФФИ № 11-05-96002-р_урал_а).
Рецензенты:
Наумов Владимир Александрович, доктор геолого-минералогических наук, директор Естественнонаучного института Пермского государственного национального исследовательского университета, г. Пермь.
Ибламинов Рустем Гильбрахманович, доктор геолого-минералогических наук, доцент, заведующий кафедрой минералогии и петрографии Пермского государственного национального исследовательского университета, г. Пермь.
Библиографическая ссылка
Осовецкий Б.М. О МЕТОДИКЕ ИЗУЧЕНИЯ НАНОЗОЛОТА // Современные проблемы науки и образования. – 2012. – № 6. ;URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=7814 (дата обращения: 20.04.2024).