Изобретение относится к минералогии и геохимии, может быть использовано при поиске и разработке полезных ископаемых и в горнодобывающей промышленности с целью наиболее полного определения вещественного состава природной минеральной ассоциации и идентификации ее образцов с конкретным месторождением. The invention relates to mineralogy and geochemistry, can be used in the search and development of minerals and in the mining industry in order to most fully determine the material composition of the natural mineral association and identify its samples with a specific field.
В настоящее время известны химические, спектральные, ренгеноспектральные и ядерно-физические методы анализа вещественного состава минеральных ассоциаций. Наибольшую точность обеспечивают ядерно-физические методы [1] радиационный, активационный, ренгенорадиометрический и их комбинации, которые основаны на измерении потока радионуклидов, образующихся при облучении пробы потоком нейтронов, заряженных частиц, γ квантов или излучении природных радионуклидов. Большинство предложенных способов анализа, основанных на этих методах, включают исследование образцов природной минеральной ассоциации по спектральным характеристикам рассеивания или поглощения излучений. По этим характеристикам определяют содержание в ассоциации основных химических элементов и их стабильных изотопов, а также производят идентификацию исследуемых образцов с известной ассоциацией [2]
В качестве недостатков известных способов анализа следует указать на необходимость для определения полного вещественного состава ассоциации проведения большого количества анализов и возможность экспериментального обнаружения химических элементов с концентрацией в образцах не менее 10^-5. Даже один из наиболее точных способов определения элементарного состава твердого тела [3] который выбран в качестве прототипа предлагаемого способа, отличающийся тем, что перед измерением масс-спектра вторичных частиц измеряют их энергетическое распределение, обеспечивает в режиме измерения вторичных ионов чувствительность по концентрации 10^-6 10^-5, в режиме масс-спектрометрии вторичных атомов 10^-4.At present, chemical, spectral, x-ray and nuclear-physical methods for analyzing the material composition of mineral associations are known. The highest accuracy is provided by the nuclear physics methods [1] radiation, activation, X-ray radiometric and their combinations, which are based on measuring the flux of radionuclides generated by irradiating a sample with a stream of neutrons, charged particles, γ quanta or radiation of natural radionuclides. Most of the proposed analysis methods based on these methods include the study of samples of the natural mineral association by the spectral characteristics of the scattering or absorption of radiation. These characteristics determine the content in the association of the main chemical elements and their stable isotopes, and also identify the samples under study with a known association [2]
As disadvantages of the known methods of analysis, it should be pointed out that it is necessary to determine the total material composition of the association to conduct a large number of analyzes and the possibility of experimental detection of chemical elements with a concentration in the samples of at least 10 ^ -5. Even one of the most accurate methods for determining the elemental composition of a solid [3], which is selected as a prototype of the proposed method, characterized in that before measuring the mass spectrum of the secondary particles, their energy distribution is measured, provides a concentration sensitivity of 10 ^ - in the mode of measurement of secondary ions - 6 10 ^ -5, in the mass spectrometry mode of secondary atoms 10 ^ -4.
Сущность предлагаемого способа заключается в определении полного вещественного состава природной (ненарушенной в результате техногенной деятельности) минеральной ассоциации или идентификации исследуемых образцов с известной ассоциацией на основе анализа полного изоморфно-изотонического ряда элементов этой ассоциации. В настоящее время теоретически и экспериментально установлено, что в природных условиях определяющее значение на концентрацию элементов в ассоциации оказывает явление изотонизма взаимосвязь входящих в ассоциацию элементов (изотонов), имеющих в ядрах атомов одинаковое количество нейтронов. Это явление приводит к накоплению из минералообразующих растворов и формированию в природных минеральных ассоциациях набора химических элементов в виде изотонических цепочек, содержащих все известные в настоящее время изотоны стабильные и нестабильные, включая и короткоживущие. Последние оказывают большую роль на формирование вещественного состава природной минеральной ассоциации, участвуют в природных условиях в процессах синтеза и распада некоторых элементов, входящих в изотонические ряды. При взятии проб эти связи могут быть частично нарушены, что затрудняет определение полного вещественного состава ассоциации при экспериментальном исследовании образцов. В то же время на взаимосвязь химических элементов оказывает и заряд ядер атомов. Наличие одинакового заряда в ядрах обеспечивает взаимосвязь в ассоциации изотопов отдельного химического элемента и изоморфное замещение химических элементов, имеющих одинаковую валентность. Таким образом, изотонные и изоморфные связи между отдельными элементами в минералообразующих растворах ответственны за возникновение и динамическое существование в природных условиях полного изоморфно-изотонического ряда элементов природной ассоциации, который полностью описывает ее вещественный состав. The essence of the proposed method is to determine the total material composition of the natural (undisturbed as a result of technogenic activity) mineral association or to identify the samples under study with a known association based on the analysis of the complete isomorphic-isotonic series of elements of this association. At present, it has been theoretically and experimentally established that, under natural conditions, the concentration of elements in an association is determined by the phenomenon of isotonism, the relationship of elements (isotones) in the association having the same number of neutrons in the nuclei of atoms. This phenomenon leads to the accumulation of mineral-forming solutions and the formation in natural mineral associations of a set of chemical elements in the form of isotonic chains containing all currently known isotones stable and unstable, including short-lived ones. The latter play an important role in the formation of the material composition of the natural mineral association; they participate in natural conditions in the processes of synthesis and decomposition of certain elements included in isotonic series. When sampling, these bonds may be partially broken, which makes it difficult to determine the total material composition of the association during experimental study of the samples. At the same time, the charge of atomic nuclei also affects the interconnection of chemical elements. The presence of the same charge in the nuclei provides a relationship in the association of isotopes of a single chemical element and isomorphic substitution of chemical elements having the same valency. Thus, isotonic and isomorphic bonds between individual elements in mineral-forming solutions are responsible for the emergence and dynamic existence in natural conditions of a complete isomorphic-isotonic series of elements of a natural association, which fully describes its material composition.
Основываясь на указанных объективно существующих закономерностях взаимосвязи элементов, предлагается следующий способ анализа полного вещественного состава природной минеральной ассоциации. Одним из известных способов, например по способу [2] обеспечивающему наибольшую чувствительность по концентрации элементов, проводят экспериментальное исследование изотопного состава образцов, взятых из ассоциации. По результатам анализа экспериментальных данных выделяют содержащиеся в образцах основные элементы ассоциации. Затем из справочной литературы по изотоническим цепочкам элементов определяют, с включением выделенных основных элементов и всех их известных изотопов, учитывая и короткоживущие, изотонические цепочки элементов ассоциации. Всего в настоящее время известно 159 изотонических цепочек, номер которых определяется количеством содержащихся нейтронов в изотопах цепочки, например:
Кол. нейтронов Изотоническая цепочка
2 H-He
5 Li-Be-B-C-N
8 He-Li-Be-B-C-N-O-F-Ne-Mg
16 O-Na-Mg-Al-Si-P-S-Cl-Ar
32 K-Cr-Mn-Fe-Co-Ni-Cu-Ga-Ge
64 Nb-Mo-Tc-Ru-Rh-Pd-Ag-Cd-In-Sn-Sb-Te-I
120 Os-Ir-Pt-Au-Hg-Tl-Pb-Bi-Po-At-Rn-Fr-Ra
Путем анализа, с учетом возможных изоморфных связей между элементами выбранных изотонических цепочек, устанавливают полный изоморфно-изотонический ряд элементов природной минеральной ассоциации, по которому определяют наличие в ней химических элементов, необнаруженных при экспериментальном исследовании образцов этой ассоциации. Например, можно определить наличие в месторождениях алмаза "примесных" элементов Be, B, N, Mg, Al, в киновари W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Tl, Pb, Bi, Po, Th, U.Based on the indicated objectively existing laws of the relationship of elements, the following method of analysis of the complete material composition of the natural mineral association is proposed. One of the known methods, for example, according to the method [2] providing the greatest sensitivity in the concentration of elements, conduct an experimental study of the isotopic composition of samples taken from the association. According to the results of the analysis of experimental data, the main elements of the association contained in the samples are distinguished. Then, from the reference literature on isotonic chains of elements, it is determined, with inclusion of the selected main elements and all their known isotopes, taking into account short-lived, isotonic chains of association elements. In total, 159 isotonic chains are currently known, the number of which is determined by the number of neutrons contained in the chain isotopes, for example:
Count neutron isotonic chain
2 H-He
5 Li-Be-BCN
8 He-Li-Be-BCNOF-Ne-Mg
16 O-Na-Mg-Al-Si-PS-Cl-Ar
32 K-Cr-Mn-Fe-Co-Ni-Cu-Ga-Ge
64 Nb-Mo-Tc-Ru-Rh-Pd-Ag-Cd-In-Sn-Sb-Te-I
120 Os-Ir-Pt-Au-Hg-Tl-Pb-Bi-Po-At-Rn-Fr-Ra
By analyzing, taking into account possible isomorphic bonds between the elements of the selected isotonic chains, a complete isomorphic-isotonic series of elements of the natural mineral association is established, which determines the presence of chemical elements in it that were not detected during the experimental study of samples of this association. For example, one can determine the presence of “impurity” elements Be, B, N, Mg, Al in cinnabar W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Tl, Pb, Bi, Po, Th, U in diamond deposits.
С другой стороны, если имеются сведения о полном изоморфно-изотоническом ряде конкретной природной минеральной ассоциации, то путем его сравнения на идентичность с полным изоморфно-изотоническим рядом исследуемого образца можно с известной степенью достоверности установить его принадлежность к данной ассоциации. В отличие от природных минеральных ассоциаций в синтетических ассоциациях изотонические связи между элементами будут нарушены, что приведет к отсутствию в них необходимых "примесных" элементов, имеющихся в природных ассоциациях. On the other hand, if there is information about the complete isomorphic-isotonic series of a particular natural mineral association, then by comparing it with the identity with the complete isomorphic-isotonic series of the sample under study, it can be established with a certain degree of certainty that it belongs to this association. Unlike natural mineral associations in synthetic associations, the isotonic bonds between elements will be broken, which will lead to the absence of the necessary "impurity" elements in them from natural associations.
Предлагаемый способ анализа вещественного состава природной минеральной ассоциации при значительном сокращении времени и количеств анализируемых образцов позволяет решить важные практические задачи:
обеспечить наиболее полное использование руд конкретных месторождений за счет получения кроме основных, также и "примесных" элементов, которые большей частью остаются в отвалах месторождений и хвостовиках обогатительных предприятий;
локализовать и нейтрализовать остающиеся неиспользованными при добыче полезных ископаемых экологически вредные примесные элементы;
отождествить драгоценные материалы: самородное золото, металлы платиновой группы (Ru, Rh, Pd, Pt, Os, Ir), драгоценные камни с конкретными локализующими их природными месторождениями;
отличить образцы природных минеральных ассоциаций, например драгоценные камни, от синтетических ассоциаций.The proposed method for analyzing the material composition of the natural mineral association with a significant reduction in time and quantities of the analyzed samples allows us to solve important practical problems:
to ensure the fullest use of ores of specific deposits by producing, in addition to the main, also “impurity” elements, which for the most part remain in the dumps of deposits and shanks of processing plants;
to localize and neutralize environmentally harmful impurity elements that remain unused during mining;
identify precious materials: native gold, platinum group metals (Ru, Rh, Pd, Pt, Os, Ir), precious stones with specific natural deposits localizing them;
Distinguish samples of natural mineral associations, such as precious stones, from synthetic associations.
Возможность практической реализации предлагаемого способа анализа не вызывает сомнений, так как он базируется на использовании любых известных способов определения изотопного состава образца исследуемой ассоциации. Наиболее целесообразным представляется применение спектрального анализа с использованием масс-спектрометров, например, по способу определения элементарного состава твердого тела [2] Сведения по изотоническим цепочкам элементов опубликованы в соответствующей физической и геохимической литературе. The possibility of practical implementation of the proposed analysis method is not in doubt, since it is based on the use of any known methods for determining the isotopic composition of a sample of the studied association. The most appropriate is the use of spectral analysis using mass spectrometers, for example, by the method of determining the elemental composition of a solid [2] Information on isotonic chains of elements is published in the corresponding physical and geochemical literature.