Возможный вклад в образование наночастиц самородных металлов в результате радиоактивного распада элементов
Рассматривается возможный способ образования наночастиц элементов платиновой группы и золота в минералах в результате естественного радиоактивного распада рядов радиоактивных цепочек изотопов, в результате радиоактивных превращений которых образуются стабильные изотопы элементов.
Ключевые слова: наночастицы элементов платиновой группы, золото, радиоактивный распад, изотопы.
А.Я. Пшеничкин >1
В.П. Дмитриенко >1, 2, 3
В золоторудных, комплексных золото-платиноидных, золото-платиноидно-редкометалльных и других типах месторождений, наряду со свободным видимым золотом и элементами платиновой группы (ЭПГ), встречаются самородные благородные металлы в виде наночастиц размером 1–30 нм, что было показано для Сухоложского и других золоторудных месторождений [2, 4]. При этом содержание ЭПГ достигает промышленно значимых значений. Золото и ЭПГ концентрируются в основном в пирите, арсенопирите и углеродистом веществе. Благородные металлы в этих рудах трудно извлекаются при обогащении, и руды этих месторождений относятся к так называемым «упорным рудам».
Традиционно считается, что отложения золота и ЭПГ в пирите и арсенопирите и других минералах происходило в результате гидротермальной деятельности при определенных термодинамических условиях системы. Однако в природе существует и другой механизм образования наночастиц благородных (да и других) металлов: образование элементов (изотопов) за счет радиоактивных превращений элементарных частиц (изотопов), которое в природе очень широко осуществляется [1].
В настоящее время известно 273 стабильных изотопа и около 1700 радио активных [5]. Хотя «стабильность» для стабильных изотопов понятие, по-видимому, относительное, так как стабильный изотоп 204 Pb имеет период полураспада около 1050 лет.
В природе кроме естественных неустойчивых (радиоактивных) элементов (уран, торий) почти у всех элементов периодической системы Менделеева существуют стабильные и радиоактивные (неустойчивые) изотопы, количество которых у элементов от 1 до 10 (у олова).
Радиоактивные превращения изотопов осуществляются путем α- и β-распада, электронного захвата и спонтанного деления ядер.
Самопроизвольное превращение атомных ядер происходит по закону радиоактивного распада, согласно которого скорость распада (т.е. число ядер распадающихся в единицу времени) пропорциональна количеству нераспавшихся ядер в данный момент времени. Скорость распада радионуклида можно характеризовать через величину периода полураспада Т-времени, в течение которого распадается половина имеющегося числа атомов радионуклида.
Среди тяжелых естественных радиоактивных элементов конца периодической таблицы Менделеева известно 3 радиоактивных семейства: 238/92U, 235/92U и 232/90Th, которые через чередование ряда α-β-распадов превращаются в стабильные изотопы 206/82Pb, 207/82Pb, 208/82Pb соответственно. Кроме того, на ранних этапах развития Земли существовал ряд нептуния 237/32Np. Члены этого ряда получены в результате искусственных ядерных реакций.
Исследование изотопов искусственных трансурановых элементов и нейтронных ядерных реакций значительно расширило наше представление о радио активных рядах. Оказалось, что естественные радиоактивные ряды представляют собой только часть радиоактивных семейств, значительно более обширных и заключающих в себе многочисленный набор радиоизотопов. Например, найдено, что эйштейний-254 испытывает β-распад и четыре последующих α-распада, превращается в уран-238:
Примечание: в радиоактивных цепочках используются следующие знаки: — образование нуклида данной изобарной цепочки; — образование нуклида, относящегося к другой изобарной цепочке в результате α-распада или спонтанного деления; стабильные нуклиды в цепочках подчеркнуты
Кроме того, стабильные нуклиды (изотопы) благородных металлов образуются в других радиоактивных цепочках. Здесь для краткости показаны только крайние члены изобарных цепочек (левый и правый) и стабильный нуклид.
Таким образом, в результате радиоактивных превращений радионуклидов образуются стабильные изотопы благородных металлов, которые могут накапливаться в минералах в виде наночастиц и вносить определенный вклад в содержание того или иного элемента в минерале или породе.
Здесь не обсуждается процесс образования значительных скоплений рудных компонентов, вплоть до промышленно значимых, за счет радиоактивного распада радионуклидов. Хотя данный вопрос неоднократно поднимался П.А. Корольковым в середине 50-х годов ХХ века и обсуждался на сессиях Ученого Совета (и других совещаниях) Горно-геологического института Уральского ФАН СССР.
Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ (№19-45-700001 р_а).
>1 Национальный исследовательский Томский политехнический университет. 634050, Россия, Томск, ул. Ленина, 30.
>2 Восточно-Казахстанский технический университет им. Д. Серикбаева. 070004, ВКО, г. Усть-Каменогорск, ул. Протазанова А.К., д. 69.
>3 ТОО «Институт химии угля и технологии», г. Нур-Султан, Республика Казахстан.
1. Гусев Н.Г., Дмитриев П.П. Радиоактивные цепочки: Справочник. — М.: Энергоатомиздат, 1988. — 112 с.
2. Дистлер В.В., Митрофанов Г.Л., Немеров В.К. и др. Форма нахождения металлов платиновой группы и их генезис в золоторудном месторождении Сухой Лог (Россия) // Геология рудных месторождений. — 1996. — Т. 38. — № 6. — С. 467–486.
3. Конеев Р.И. Наноминералогия золота эпитермальных месторождений Чаткало-Кураминского региона (Узбекистан). — СПб: DELTA, 2006. — 220 с.
4. Коробейников А.Ф. Платинометалльные месторождения. Т. III. Комплексные золото-редкометалльно-платиноидные месторождения. — М.: Научный мир, 2004. — 236 с.
5. Куликов И.С. Изотопы и свойства элементов: Справочник. — М.: Металлургия, 1990. — 120 с.
6. Моисеенко В.Г. Вопросы наногеохимии золота // Наногеохимия золота: Труды Симпозиума (Владивосток, 17–18 апреля 2008 г.). — Владивосток: Дальнаука, 2008. — С. 6–30.
7. Пшеничкин А.Я., Рихванов Л.П., Шубин Г.В. Методы определения возраста горных пород и минералов. Учебное пособие. — Томск: ТПИ, 1978. — 93 с.
Опубликовано в журнале "Золото и технологии" № 3/сентябрь 2020 г.
В.П. Дмитриенко >1, 2, 3
В золоторудных, комплексных золото-платиноидных, золото-платиноидно-редкометалльных и других типах месторождений, наряду со свободным видимым золотом и элементами платиновой группы (ЭПГ), встречаются самородные благородные металлы в виде наночастиц размером 1–30 нм, что было показано для Сухоложского и других золоторудных месторождений [2, 4]. При этом содержание ЭПГ достигает промышленно значимых значений. Золото и ЭПГ концентрируются в основном в пирите, арсенопирите и углеродистом веществе. Благородные металлы в этих рудах трудно извлекаются при обогащении, и руды этих месторождений относятся к так называемым «упорным рудам».
Традиционно считается, что отложения золота и ЭПГ в пирите и арсенопирите и других минералах происходило в результате гидротермальной деятельности при определенных термодинамических условиях системы. Однако в природе существует и другой механизм образования наночастиц благородных (да и других) металлов: образование элементов (изотопов) за счет радиоактивных превращений элементарных частиц (изотопов), которое в природе очень широко осуществляется [1].
В настоящее время известно 273 стабильных изотопа и около 1700 радио активных [5]. Хотя «стабильность» для стабильных изотопов понятие, по-видимому, относительное, так как стабильный изотоп 204 Pb имеет период полураспада около 1050 лет.
В природе кроме естественных неустойчивых (радиоактивных) элементов (уран, торий) почти у всех элементов периодической системы Менделеева существуют стабильные и радиоактивные (неустойчивые) изотопы, количество которых у элементов от 1 до 10 (у олова).
Радиоактивные превращения изотопов осуществляются путем α- и β-распада, электронного захвата и спонтанного деления ядер.
Самопроизвольное превращение атомных ядер происходит по закону радиоактивного распада, согласно которого скорость распада (т.е. число ядер распадающихся в единицу времени) пропорциональна количеству нераспавшихся ядер в данный момент времени. Скорость распада радионуклида можно характеризовать через величину периода полураспада Т-времени, в течение которого распадается половина имеющегося числа атомов радионуклида.
Среди тяжелых естественных радиоактивных элементов конца периодической таблицы Менделеева известно 3 радиоактивных семейства: 238/92U, 235/92U и 232/90Th, которые через чередование ряда α-β-распадов превращаются в стабильные изотопы 206/82Pb, 207/82Pb, 208/82Pb соответственно. Кроме того, на ранних этапах развития Земли существовал ряд нептуния 237/32Np. Члены этого ряда получены в результате искусственных ядерных реакций.
Исследование изотопов искусственных трансурановых элементов и нейтронных ядерных реакций значительно расширило наше представление о радио активных рядах. Оказалось, что естественные радиоактивные ряды представляют собой только часть радиоактивных семейств, значительно более обширных и заключающих в себе многочисленный набор радиоизотопов. Например, найдено, что эйштейний-254 испытывает β-распад и четыре последующих α-распада, превращается в уран-238:
Неустойчивые радиоактивные изотопы элементов, распадаясь, переходят в новые радионуклиды, и в конечном счете, радиоактивные превращения заканчиваются стабильным нуклидом (изотопом), образуя так называемые радиоактивные цепочки. В зависимости от схемы распада ядер радио активные цепочки могут быть простыми (линейными) и сложными (с ветвлениями). Доля превращения материнского радионуклида в дочерние характеризуется коэффициентом ветвления и выражается в процентах по отношению ко всем видам превращений данного ядра.
На рисунке 1 приведен ряд радиоактивных цепочек изотопов, в результате радиоактивных превращений которых образуются стабильные изотопы элементов платиновой группы и золота [1].
Примечание: в радиоактивных цепочках используются следующие знаки: — образование нуклида данной изобарной цепочки; — образование нуклида, относящегося к другой изобарной цепочке в результате α-распада или спонтанного деления; стабильные нуклиды в цепочках подчеркнуты
Кроме того, стабильные нуклиды (изотопы) благородных металлов образуются в других радиоактивных цепочках. Здесь для краткости показаны только крайние члены изобарных цепочек (левый и правый) и стабильный нуклид.
Таким образом, в результате радиоактивных превращений радионуклидов образуются стабильные изотопы благородных металлов, которые могут накапливаться в минералах в виде наночастиц и вносить определенный вклад в содержание того или иного элемента в минерале или породе.
Здесь не обсуждается процесс образования значительных скоплений рудных компонентов, вплоть до промышленно значимых, за счет радиоактивного распада радионуклидов. Хотя данный вопрос неоднократно поднимался П.А. Корольковым в середине 50-х годов ХХ века и обсуждался на сессиях Ученого Совета (и других совещаниях) Горно-геологического института Уральского ФАН СССР.
Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ (№19-45-700001 р_а).
>1 Национальный исследовательский Томский политехнический университет. 634050, Россия, Томск, ул. Ленина, 30.
>2 Восточно-Казахстанский технический университет им. Д. Серикбаева. 070004, ВКО, г. Усть-Каменогорск, ул. Протазанова А.К., д. 69.
>3 ТОО «Институт химии угля и технологии», г. Нур-Султан, Республика Казахстан.
1. Гусев Н.Г., Дмитриев П.П. Радиоактивные цепочки: Справочник. — М.: Энергоатомиздат, 1988. — 112 с. 2. Дистлер В.В., Митрофанов Г.Л., Немеров В.К. и др. Форма нахождения металлов платиновой группы и их генезис в золоторудном месторождении Сухой Лог (Россия) // Геология рудных месторождений. — 1996. — Т. 38. — № 6. — С. 467–486.
3. Конеев Р.И. Наноминералогия золота эпитермальных месторождений Чаткало-Кураминского региона (Узбекистан). — СПб: DELTA, 2006. — 220 с.
4. Коробейников А.Ф. Платинометалльные месторождения. Т. III. Комплексные золото-редкометалльно-платиноидные месторождения. — М.: Научный мир, 2004. — 236 с.
5. Куликов И.С. Изотопы и свойства элементов: Справочник. — М.: Металлургия, 1990. — 120 с.
6. Моисеенко В.Г. Вопросы наногеохимии золота // Наногеохимия золота: Труды Симпозиума (Владивосток, 17–18 апреля 2008 г.). — Владивосток: Дальнаука, 2008. — С. 6–30.
7. Пшеничкин А.Я., Рихванов Л.П., Шубин Г.В. Методы определения возраста горных пород и минералов. Учебное пособие. — Томск: ТПИ, 1978. — 93 с.
Опубликовано в журнале "Золото и технологии" № 3/сентябрь 2020 г.
Читайте также
