СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРИНАДЛЕЖНОСТИ ИССЛЕДУЕМОГО ОБРАЗЦА К КОНКРЕТНОЙ ПРИРОДНОЙ МИНЕРАЛЬНОЙ АССОЦИАЦИИ И СПОСОБ АНАЛИЗА ВЕЩЕСТВЕННОГО СОСТАВА ПРИРОДНОЙ МИНЕРАЛЬНОЙ АССОЦИАЦИИ Российский патент 1997 года по МПК G01V9/00 G01V5/00 

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Использование: при поиске и разработке полезных ископаемых, в горнодобывающей промышленности, при разделении искусственных и природных минералов и драгоценных камней. Сущность изобретения: определяют изотопный состав образца минеральной ассоциации, определяют изоморфно-изотонические ряды, характерные для изучаемой минеральной ассоциации и устанавливают по ним полный состав химических элементов в этой ассоциации. Идентификацию исследуемых образцов с конкретным известным месторождением выполняют по изоморфно-изотоническим рядам, в состав которых входят элементы, установленные при изотопном анализе образцов минеральной ассоциации. 2 с. и 3 з.п. ф-лы.

1. Способ определения принадлежности исследуемого образца к конкретной природной минеральной ассоциации, заключающийся в исследовании изотопного состава природной минеральной ассоциации, отличающийся тем, что принадлежность исследуемого образца к конкретной природной минеральной ассоциации известного месторождения устанавливают по результатам сравнения на идентичность полных изоморфно-изотонических рядов элементов исследуемого образца и известного образца, принадлежащего к этой ассоциации. 2. Способ анализа вещественного состава природной минеральной ассоциации по п.1, отличающийся тем, что в качестве исследуемого образца используют самородное золото. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве исследуемого образца используют металлы платиновой группы. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве исследуемого образца используют драгоценные камни. 5. Способ анализа вещественного состава природной минеральной ассоциации, заключающийся в исследовании изотопного состава образцов этой ассоциации, отличающийся тем, что по результатам исследования изотопного состава образцов выделяют основные химические элементы ассоциации, по изотоническим цепочкам, в состав которых входят выделенные основные элементы ассоциации и их изотопы, и с учетом изоморфных связей между этими элементами устанавливают полный изоморфно-изотонический ряд природной минеральной ассоциации, по которому определяют наличие в ней химических элементов, необнаруженных при экспериментальном исследовании образцов этой ассоциации.