Современные технологии изучения тонкодисперсного золота
0
157
0
0
Д.О. Ожогин — начальник отделения рентгеноструктурного и минералогического анализа ЦПАЛ АЦ ООО НПГФ «Регис», кандидат геол.-минер. наук
Е.Г. Ожогина — зав. минералогическим отделом ФГУП «ВИМС», доктор геол.-минер. наук
Н.И. Орлова — ведущий научный сотрудник ФГУП «ВИМС», кандидат геогр. наук
Н.Г. Власов — зам. генерального директора, ЗАО УК «Петропаловск»
В последнее десятилетие наметилась явная тенденция добычи золота из коренных месторождений, в том числе комплексных полиметаллических и медных руд. Серьезное внимание уделяется нетрадиционным источникам золота, к которым относятся «… коренные и россыпные месторождения различных видов полезных ископаемых, а также отходы обогащения и продукты их передела, ранее не считавшиеся сырьем на золото вследствие его низкого содержания и тонкой размерности, но пригодные с применением новых технологий для попутного извлечения металла» (Лущаков и др., 2004).
Нетрадиционными рудами являются комплексные золото-редкометалльные, золото-платиноидно-редкометалльные продуктивные минерализации, присутствующие в золоторудных, золотосеребряных, платиноидных, золотомедно-порфировых и собственно редкометалльных месторождениях (Коробейников, 2006). Практический интерес могут представлять руды железа, марганца, титано-циркониевые россыпи, фосфориты, бокситы, угли, песчано-гравийные отложения, строительные пески, железомарганцевые руды океана, техногенные образования (Лущаков и др., 2004).
Особенности прикладных минералогических исследований руд благородных металлов обусловлены объективными факторами современного недропользования:
Как показывает опыт, минералогическое изучение тонкодисперсного золота в золото-кварцевых, золотосульфидных, золото-сульфиднокварцевых, полиметаллических сульфидных рудах предусматривает использование как традиционных методов оптической микроскопии и рентгенографии, так и методов аналитической электронной микроскопии и микрорентгеноспектрального анализа. Остальные минералогические методы обычно применяются по мере необходимости для решения конкретных вопросов. Комплекс минералогических методов исследования руд должен обеспечить получение полной и всесторонней информации об объекте, необходимой и достаточной для принятия оперативных решений на всех стадиях изучения и освоения месторождений.
На первом этапе изучения руд используются методы оптической микроскопии (оптикоминералогический, петрографический, минераграфический и оптикогеометрический анализы), позволяющие определять минеральный состав и морфоструктурные характеристики руд и пород в целом, а также минералы, которые могут потенциально содержать включения золота. Количественный минеральный состав рудовмещающих пород и руд обычно определяется рентгенографическим анализом. Дальнейшее изучение, направленное на выявление форм нахождения тонкодисперсного золота, изучение особенностей его реального состава и строения, характера локализации в минералах проводится преимущественно методами аналитической электронной микроскопии на предварительно подготовленном минералогом материале. Как правило, это мономинеральные фракции или отдельные зерна минералов, например сульфидов, отобранные вручную с помощь бинокулярного стереоскопического микроскопа из классифицированного и фракционированного по плотности и магнитным свойствам материала.
Методы электронной микроскопии являются не только основой фундаментальных исследований, но и массовыми аналитическими и контрольно-измерительными методами при изучении тонкодисперсных минеральных систем. При изучении тонкодисперсной золоторудной минерализации они становятся ведущими, т.к. позволяют выявлять и диагностировать фазы, в том числе нанометрической размерности, изучать их микронеоднородность и микростроение, определять размер и форму содержащихся в них включений. В последние годы широко применяется микрорентгеноспектральный анализ, предназначенный для определения элементного анализа минеральных фаз и имеющий принципиальное значение, например, при определении стехиометричности состава золотосодержащего пирита и изоморфного вхождения в структуру минерала никеля, кобальта и других металлов. В то же время необходимо отметить, что этот метод сегодня в большинстве случаев незаслуженно используется для идентификации фаз, которые «идентифицируются» в результате расчета кристаллохимических формул минералов на основе элементного состава минерала.
Остановимся на золото-сульфидных рудах, с которыми связано более 40% мировых запасов металла (Матвеева и др., 2005), присутствующего преимущественно в тонкодисперсной форме в сульфидах (пирите, арсенопирите, халькопирите, пирротине и т.д.). Также золото встречается в породообразующих минералах (кварце, слоистых алюмосиликатах и пр.) и органическом веществе. На Маломырском месторождении (Приамурье) гидротермально-метасоматическая золоторудная минерализация представлена рассеянной и гнездовидной вкрапленностью, прожилками разных видов и мощности, линзами сульфидов, что определяет их достаточно сложный морфоструктурный состав. В рудах присутствует золото разного размера, ассоциирующее как с сульфидными, так и породообразующими минералами. Видимое золото размером 0,05–1,5 мм приурочено в основном к межзерновому пространству и трещинам в кварце и сульфидах, имеет пластинчатую форму и блочное микростроение. Распространение его ограничено. Более широким распространением в этих рудах пользуется тонкодисперсное золото, максимальное содержание которого отмечается в продуктивной минеральной ассоциации, главными рудными минералами которой являются пирит и арсенопирит, представленные преимущественно порфиробластическими выделениями.
Золото встречается в индивидуализированных зернах микронанометровой размерности округлой изометричной и неправильной формы. Нередко прослеживается явная приуроченность золота к границам зерен пирита и арсенопирита, микротрещинам и микродислокационным нарушениям.
Особый интерес представляет различный характер локализации тонкодисперсного золота на поверхности зерен пирита. На сколе зерен пирита обнаружены тончайшие округлые образования, нередко приобретающие подобие огранки (рис. 1). Иногда отмечаются неравномерно распределенные агрегаты самородного золота, сформированные зернами кубической, реже округлой и слабо удлиненной формы, размер которых обычно варьирует от 10 до100 нм, тяготеющие к краевым зонам кристаллов пирита (рис. 2). Самородное золото, наблюдаемое на поверхности зерен пирита, характеризуется относительно хорошей степенью раскристаллизации. Значительно реже фиксируются тончайшие островковые пленочные образования, размеры которых, как правило, составляют первые десятки нанометра (рис. 3). Локализация золота на гранях и сколах пирита позволяет предположить, что его концентрация происходила в ослабленных зонах за счет наложения на уже сформированный пирит более поздних порций гидротермального раствора, обогащенного золотом.
Не менее важным моментом в изучении тонкодисперсного золота, ассоциирующего с сульфидами, является выявление и изучение в них включений рудных минералов микронанометровой размерности, так называемых микро-нанопарагенезисов. Впервые такое исследование было проведено при изучении золотосодержащего пирита золото-сульфидных руд месторождения Сухой Лог (Викулова и др., 1980, Ожогин, Викулова, 2007). Выявленные микропарагенезисы существенно дополнили информацию о составе, строении и физических свойствах пирита и позволили установить вертикальную и латеральную минералого-геохимическую зональность рудообразовательного процесса, являющуюся следствием полиасцендентного характера отложения, что дает основание для предположения о последовательной дифференциации рудообразующих растворов при постепенном падении температур на фоне достаточно интенсивно проявленной внутри рудной тектоники.
1. Лущаков А.В., Быховский Л.З., Тигунов Л.П. Нетрадиционные источники попутного получения золота: проблемы и пути решения // Минеральное сырье. Серия геологоэкономическая. № 1. М.: ФГУП ВИМС. 2004. 82 с.
2. Коробейников А.Ф. Комплексные месторождения благородных и редких металлов. Томск. Изд-во ТПУ. 2006. 327 с.
3. Петровская Н.В. Самородное золото (общая характеристика, типоморфизм, вопросы генезиса). М.: Наука. 1973. 347 с.
4. Матвеева Т.Н., Недосекина Т.В., Иванова Т.А. Теоретические аспекты селективной флотации золотосодержащих сульфидов // Горный журнал. 2005. № 4. С. 56–59.
5. Викулова Л.П., Новикова А.Н., Котельников В.П. Пирит-индикатор золото-сульфидного оруденения //Разведка и охрана недр, 1980, № 9. С. 58–61.
6. Ожогин Д.О., Викулова Л.П. Наноминералогические особенности пирита месторождения Сухой Лог (Иркутская область) // Доклады YIII Международной конференции «Новые идеи в науках о Земле». Т.3. М.: 2007. С. 224–225.
Опубликовано в журнале «Золото и технологии», № 2 (16)/июнь 2012 г.
Е.Г. Ожогина — зав. минералогическим отделом ФГУП «ВИМС», доктор геол.-минер. наук
Н.И. Орлова — ведущий научный сотрудник ФГУП «ВИМС», кандидат геогр. наук
Н.Г. Власов — зам. генерального директора, ЗАО УК «Петропаловск»
В последнее десятилетие наметилась явная тенденция добычи золота из коренных месторождений, в том числе комплексных полиметаллических и медных руд. Серьезное внимание уделяется нетрадиционным источникам золота, к которым относятся «… коренные и россыпные месторождения различных видов полезных ископаемых, а также отходы обогащения и продукты их передела, ранее не считавшиеся сырьем на золото вследствие его низкого содержания и тонкой размерности, но пригодные с применением новых технологий для попутного извлечения металла» (Лущаков и др., 2004).
Нетрадиционными рудами являются комплексные золото-редкометалльные, золото-платиноидно-редкометалльные продуктивные минерализации, присутствующие в золоторудных, золотосеребряных, платиноидных, золотомедно-порфировых и собственно редкометалльных месторождениях (Коробейников, 2006). Практический интерес могут представлять руды железа, марганца, титано-циркониевые россыпи, фосфориты, бокситы, угли, песчано-гравийные отложения, строительные пески, железомарганцевые руды океана, техногенные образования (Лущаков и др., 2004).
Рис. 1. Тончайшие округлые образования самородного золота. Реплика с поверхности скола зерна пирита. Монокристальная микродифракционная картина самородного золота с извлеченной на реплику частицы, ПЭМ.
Особенности прикладных минералогических исследований руд благородных металлов обусловлены объективными факторами современного недропользования:
- постепенным истощением запасов богатых (преимущественно россыпных), все более широким вовлечением в переработку упорных, труднообогатимых руд, в том числе техногенного генезиса, отличающихся полиминеральным составом, сложными морфоструктурными характеристиками, высокой дисперсностью непосредственно золота, микро- и наногетерогенностью содержащих его минералов;
- ужесточающимися требованиями к экологической безопасности горнодобывающих и горноперерабатывающих производств;
- возрастающей интеграцией России в мировую экономическую систему, и, как следствие, необходимостью соблюдения международных стандартов и норм при выполнении измерений, сертификации продукции;
- существенным прогрессом в научном, методическом, техническом и инструментально-аппаратурном обеспечении минералого-аналитических исследований природных и техногенных золотосодержащих руд и технологий их переработки (развитием информационных компьютерных технологий, созданием новых поколений аналитической и технологической аппаратуры, развитием нанотехнологий и пр.).
Как показывает опыт, минералогическое изучение тонкодисперсного золота в золото-кварцевых, золотосульфидных, золото-сульфиднокварцевых, полиметаллических сульфидных рудах предусматривает использование как традиционных методов оптической микроскопии и рентгенографии, так и методов аналитической электронной микроскопии и микрорентгеноспектрального анализа. Остальные минералогические методы обычно применяются по мере необходимости для решения конкретных вопросов. Комплекс минералогических методов исследования руд должен обеспечить получение полной и всесторонней информации об объекте, необходимой и достаточной для принятия оперативных решений на всех стадиях изучения и освоения месторождений.
На первом этапе изучения руд используются методы оптической микроскопии (оптикоминералогический, петрографический, минераграфический и оптикогеометрический анализы), позволяющие определять минеральный состав и морфоструктурные характеристики руд и пород в целом, а также минералы, которые могут потенциально содержать включения золота. Количественный минеральный состав рудовмещающих пород и руд обычно определяется рентгенографическим анализом. Дальнейшее изучение, направленное на выявление форм нахождения тонкодисперсного золота, изучение особенностей его реального состава и строения, характера локализации в минералах проводится преимущественно методами аналитической электронной микроскопии на предварительно подготовленном минералогом материале. Как правило, это мономинеральные фракции или отдельные зерна минералов, например сульфидов, отобранные вручную с помощь бинокулярного стереоскопического микроскопа из классифицированного и фракционированного по плотности и магнитным свойствам материала.
Методы электронной микроскопии являются не только основой фундаментальных исследований, но и массовыми аналитическими и контрольно-измерительными методами при изучении тонкодисперсных минеральных систем. При изучении тонкодисперсной золоторудной минерализации они становятся ведущими, т.к. позволяют выявлять и диагностировать фазы, в том числе нанометрической размерности, изучать их микронеоднородность и микростроение, определять размер и форму содержащихся в них включений. В последние годы широко применяется микрорентгеноспектральный анализ, предназначенный для определения элементного анализа минеральных фаз и имеющий принципиальное значение, например, при определении стехиометричности состава золотосодержащего пирита и изоморфного вхождения в структуру минерала никеля, кобальта и других металлов. В то же время необходимо отметить, что этот метод сегодня в большинстве случаев незаслуженно используется для идентификации фаз, которые «идентифицируются» в результате расчета кристаллохимических формул минералов на основе элементного состава минерала.
Остановимся на золото-сульфидных рудах, с которыми связано более 40% мировых запасов металла (Матвеева и др., 2005), присутствующего преимущественно в тонкодисперсной форме в сульфидах (пирите, арсенопирите, халькопирите, пирротине и т.д.). Также золото встречается в породообразующих минералах (кварце, слоистых алюмосиликатах и пр.) и органическом веществе. На Маломырском месторождении (Приамурье) гидротермально-метасоматическая золоторудная минерализация представлена рассеянной и гнездовидной вкрапленностью, прожилками разных видов и мощности, линзами сульфидов, что определяет их достаточно сложный морфоструктурный состав. В рудах присутствует золото разного размера, ассоциирующее как с сульфидными, так и породообразующими минералами. Видимое золото размером 0,05–1,5 мм приурочено в основном к межзерновому пространству и трещинам в кварце и сульфидах, имеет пластинчатую форму и блочное микростроение. Распространение его ограничено. Более широким распространением в этих рудах пользуется тонкодисперсное золото, максимальное содержание которого отмечается в продуктивной минеральной ассоциации, главными рудными минералами которой являются пирит и арсенопирит, представленные преимущественно порфиробластическими выделениями.
Золото встречается в индивидуализированных зернах микронанометровой размерности округлой изометричной и неправильной формы. Нередко прослеживается явная приуроченность золота к границам зерен пирита и арсенопирита, микротрещинам и микродислокационным нарушениям.
Особый интерес представляет различный характер локализации тонкодисперсного золота на поверхности зерен пирита. На сколе зерен пирита обнаружены тончайшие округлые образования, нередко приобретающие подобие огранки (рис. 1). Иногда отмечаются неравномерно распределенные агрегаты самородного золота, сформированные зернами кубической, реже округлой и слабо удлиненной формы, размер которых обычно варьирует от 10 до100 нм, тяготеющие к краевым зонам кристаллов пирита (рис. 2). Самородное золото, наблюдаемое на поверхности зерен пирита, характеризуется относительно хорошей степенью раскристаллизации. Значительно реже фиксируются тончайшие островковые пленочные образования, размеры которых, как правило, составляют первые десятки нанометра (рис. 3). Локализация золота на гранях и сколах пирита позволяет предположить, что его концентрация происходила в ослабленных зонах за счет наложения на уже сформированный пирит более поздних порций гидротермального раствора, обогащенного золотом.
Не менее важным моментом в изучении тонкодисперсного золота, ассоциирующего с сульфидами, является выявление и изучение в них включений рудных минералов микронанометровой размерности, так называемых микро-нанопарагенезисов. Впервые такое исследование было проведено при изучении золотосодержащего пирита золото-сульфидных руд месторождения Сухой Лог (Викулова и др., 1980, Ожогин, Викулова, 2007). Выявленные микропарагенезисы существенно дополнили информацию о составе, строении и физических свойствах пирита и позволили установить вертикальную и латеральную минералого-геохимическую зональность рудообразовательного процесса, являющуюся следствием полиасцендентного характера отложения, что дает основание для предположения о последовательной дифференциации рудообразующих растворов при постепенном падении температур на фоне достаточно интенсивно проявленной внутри рудной тектоники.
Рис. 2. Тонкодисперсное золото на сколе пирита кубической формы. Кольцевая микродифракционная картина самородного золота с отдельными отражениями пирита, ПЭМ.
Рис. 3. Островковое пленочное образование слабо раскристаллизованного самородного золота на поверхности скола пирита. Кольцевая диффузная микродифракционная картина самородного золота, ПЭМ.
1. Лущаков А.В., Быховский Л.З., Тигунов Л.П. Нетрадиционные источники попутного получения золота: проблемы и пути решения // Минеральное сырье. Серия геологоэкономическая. № 1. М.: ФГУП ВИМС. 2004. 82 с.
2. Коробейников А.Ф. Комплексные месторождения благородных и редких металлов. Томск. Изд-во ТПУ. 2006. 327 с.
3. Петровская Н.В. Самородное золото (общая характеристика, типоморфизм, вопросы генезиса). М.: Наука. 1973. 347 с.
4. Матвеева Т.Н., Недосекина Т.В., Иванова Т.А. Теоретические аспекты селективной флотации золотосодержащих сульфидов // Горный журнал. 2005. № 4. С. 56–59.
5. Викулова Л.П., Новикова А.Н., Котельников В.П. Пирит-индикатор золото-сульфидного оруденения //Разведка и охрана недр, 1980, № 9. С. 58–61.
6. Ожогин Д.О., Викулова Л.П. Наноминералогические особенности пирита месторождения Сухой Лог (Иркутская область) // Доклады YIII Международной конференции «Новые идеи в науках о Земле». Т.3. М.: 2007. С. 224–225.
Опубликовано в журнале «Золото и технологии», № 2 (16)/июнь 2012 г.