ГЕОЛОГИЯ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ, 2012, том 54, № 2, с. 168-183
УДК 553.065
НАНОЧАСТИЦЫ БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ В ЗОНЕ ГИПЕРГЕНЕЗА
© 2012 г. С. М. Жмодик*, Ю. А. Калинин*, Н. А. Росляков*, А. Г. Миронов**, Ю. Л. Михлин***, Д. К. Белянин*, Н. А. Немировская*, А. М. Спиридонов****, Г. В. Нестеренко*, Е. В. Айриянц*, Т. Н. Мороз *, Т. А. Бульбак*
*Институт геологии и минералогии СО РАН 630090, Новосибирск-90, просп. ак. Коптюга, 3 **Геологический институт СО РАН 670047, Улан-Удэ-47, ул. Сахьяновой, 6а ***Институт химии и химической технологии СО РАН 660049, Красноярск-49, ул.Карла Маркса, 42 ****Институт геохимии СО РАН 664033, Иркутск-33, ул.Фаворского, 1а Поступила в редакцию 14.05.20011 г.
Образование наночастиц благородных металлов связано с различными геологическими процессами зоны гипергенеза. Появление дисперсных минеральных фаз происходит в процессе выветривания горных пород при активной роли микроорганизмов, при почвообразовании, в водной среде и в атмосфере. Проблема "невидимого" золота и других благородных металлов в разных по составу породах обусловлена вхождением их в оксидные, гидроксидные и сульфидные минералы, а также в рассеянное углеродистое вещество органической и неорганической природы. Сульфидные минералы, распространенные в коренных, неизмененных экзогенными процессами породах и рудах, а также в зоне цементации, являются одними из основных концентраторов наночастиц благородных металлов. Способность частиц Аи к дезагрегированию хорошо известна, что в технологической и аналитической практике создает серьезные проблемы. В случае присутствия наночастиц и кластеров Аи и элементов платиновой группы (ЭПГ) эти трудности возрастают, поскольку в литературе, рассматривающей различные проблемы нанохимии и наноминералогии, подчеркиваются необычные для золота реакции и физико-химические свойства их наночастиц.
Изученные нами микросфероидные выделения золота, а также магнетита, титаномагнетита, пирита из зоны цементации и глинистых минералов латерита Республики Гвинея позволяют расширить представления не только об их распространенности, но и о вероятных условиях образования, в том числе в современной зоне гипергенеза. С помощью электронной микроскопии (СЭМ) и лазерного микрозондового анализа изучены морфология и состав сфероидных форм минералов золота микронной размерности. Исследованы также новообразования вторичного золота на поверхности остаточных его зерен. Характер таких нарастаний наиболее показателен для частиц, размеры которых не выходят за пределы наношкалы. Все эти новообразования Аи являются наглядным подтверждением реального перераспределения ультрадисперсного золота при формировании профиля выветривания. Имеются серьезные предпосылки для утверждения о существенном влиянии микроорганизмов на возникновение необычной наноразмерной микросферической морфологии частиц золота в зоне гипергенеза. Это подтверждается результатами многочисленных экспериментальных исследований, доказывающих активное поглощение золота микроорганизмами, и прямыми свидетельствами участия бактерий (ЯаЫота ше(а1Ыыгат) в формировании своеобразной изъеденной поверхности золотин, которая отнесена к типу "бактериоморфной". Кроме того, на поверхности "гвинейских" золотых сфероидов методом СЭМ обнаружены участки, обогащенные углеродом и азотом, а, по данным КР-спектроскопии, на их поверхности фиксируются органические соединения: серин, аланин, глицин. Проведены эксперименты и получены новые данные о роли микромицетов в концентрировании и распределении благородных металлов в железо-марганцевых конкрециях мирового океана. Золото и платина в системе фиксировались с применением метода радиоизотопных индикаторов. Установлено, что внутри псевдоморфоз колонии грибов проявляется две формы распределения золота: 1) в виде псевдоморфных концентратов; 2) рассеянная без четкой зависимости от структуры колонии. Неоднородности в распределении рассеянной формы платины определяются линейными аномалиями с повышением ее концентрации к краям колоний.
Адрес для переписки: С.М. Жмодик. Б-шаП: Zhmodik@igm.nsc.ru
ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ НАНОМИНЕРАЛОГИИ ЗОЛОТА И БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ В ЗОНЕ ГИПЕРГЕНЕЗА
В современной геологии одним из наиболее динамично развивающихся направлений является изучение природных наночастиц — их морфологии, структуры, условий возникновения и существования, роли в переносе и концентрировании токсичных, радиоактивных, тяжелых и благородных элементов (Бортников и др., 2010; Banfield, Navrotsky, 2001; Hochella, 2002; Hochella, Madden, 2005; Kretzschmar, Schafer, 2005). Большое внимание исследователей к наноразмерной форме нахождения элементов в природе не случайно, так как этот класс "соединений" оказался наименее изученным. Достоверно установлено, что практически все вещества резко меняют свои свойства при переходе к наноразмерному состоянию. Так, хорошо известно, что температура плавления золота 1064° С, но при нахождении того же золота в виде частиц, размером 4 нм в диаметре, точка плавления соответствует 427°С (Buf-far, Borel, 1976; Borel, 1981). Кроме того, золото в состоянии наноразмерных частиц резко меняет свои химические свойства и легко окисляется на воздухе (Mulvaney, 2001; Hochella, 2002).
Наночастицы и "нанопроцессы" играют значительную роль в различных геологических сферах, в том числе и в зоне гипергенеза. Связано это со специфическими условиями самой экзогенной зоны, где максимальны биологическая активность и взаимодействие микробиоты с водой, почвой, горными породами и атмосферой; физическое и химическое выветривание — разложение горных пород, приводящие к появлению дисперсных минеральных фаз; дальнейший флюидный и механический транспорт вещества; неотектонические процессы и т.д. (Hochella, 2002; Hochella, Madden, 2005; Наноминералогия, 2005). В последние годы наиболее активно обсуждаются проблемы существования наночастиц в различных геологических обстановках: 1) наночастицы в тропосфере и их влияние на глобальные климатические изменения; 2) наночастицы в воздушном пространстве, условия формирования и роста; 3) углеродистые наночастицы и нанопленки в различных типах горных пород; 4) органические нанопленки в вулканических породах; 5) наночастицы на поверхности различных материалов, взаимодействие вода — минерал, процессы образования и отложения; 6) формирование кластеров в результате комплексообразования в растворах; 7) сорбция металлов на наночастицах; 8) характеристика и природа магнитных наночастиц; 9) наномолекулярное взаимодействие между на-номинералами и микробактериями; 10) высоко-
температурные и высокобарические процессы диспергации. Ряд зарубежных публикаций, характеризующих природные процессы, посвящен исследованию наночастиц в связи с экологией и охраной окружающей среды.
В области физических и химических наук значительные усилия направлены на исследования, связанные с определением и созданием условий и процессов, при которых образуются и стабильно существуют наночастицы благородных металлов. Применяются различные методы получения на-норазмерных частиц благородных металлов: 1) восстановление металлов в растворах с использованием органических соединений; 2) выпаривание растворов; 3) нагревание металлов до высоких температур в атмосфере СО; 4) сорбционные процессы на неорганических или биоорганических материалах; 5) перевод элемента в газовую фазу из расплава или твердого состояния с осаждением в зоне перепада давлений; 6) селективное растворение бинарных соединений и другие (Gardes-Tэrresdey г1 а1., 1999; Втпз, 2001; В1еНп8ка
а1., 2002; Foos а1, 2002; Нанотехнология...., 2002).
В последние годы активно обсуждаются вопросы, касающиеся выявления условий возникновения и стабилизации наночастиц в различных геологических процессах. Природа и процессы, формирующие наночастицы (в том числе и благородных металлов) в геологических объектах, значительно различаются в зависимости от условий их формирования. Показано, что образование на-норазмерных частиц и минералов происходит при аэрозольном и водном переносе вещества в атмосфере и гидросфере (НосИеНа, 2002), в процессе выветривания и в гидротермальных растворах, особенно в присутствии микроорганизмов (Веп2егага г1 а1, 2005; Ке^сИшаг, Schafer, 2005). В публикациях большое внимание уделено формам вхождения благородных металлов в сульфидные, оксидные и гидроксидные минералы, а также рассеянному углеродистому веществу органической и неорганической природы, в связи с обнаружением в них высоких концентраций золота, серебра и ЭПГ.
Значительные результаты в области наноми-нералогии получены российскими исследователями, прежде всего, в результате выполнения программ РАН "Наночастицы и нанопростран-ство в геосферах Земли" (2003—2005 гг.) и "Нано-минералы в природных и техногенных объектах". В Сибирском отделении РАН исследования наночастиц благородных металлов и нанопростран-ства, вмещающего их, ведутся по нескольким направлениям: 1) определение факторов, контролирующих формирование и существование микро-
и нанодисперсного состояния минерального вещества в геологических процессах; 2) изучение особенностей кристаллографии и кристаллохимии фазовых образований на поверхности минеральных кристаллов, выявленных на основании исследования методами сканирующей микроскопии и спектроскопии поверхности; 3) изучение наноразмерных компонентов рудных систем (ти-поморфизм и типохимизм); 4) определение роли нанодисперсного состояния вещества в процессах формирования аномально высоких концентраций благородных металлов; 5) изучение наночастиц в экзогенных и эндогенных процессах концентрации благородных металлов. Кроме того, важным направлением является разработка аналитических методов изучения и определения наноразмерных компонентов в природных объектах и обоснование их применения, а также исследование физико-химических процессов раскрытия и индивидуализации наночастиц благо -родных металлов с целью их выделения в обогащенные продукты. Проблема выявления "невидимой" формы нахождения благородных металлов обсуждается также очень активно. Зависимость результатов анализа частиц Au от этих разм
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.