Предложен подход, позволяющий оценить основной состав тонкодисперсных включений самородного золота (размером менее 3 мкм) в сульфидных минералах. Процедура предполагает измерения по центру включения и на различном расстоянии от него. Содержание Au и Ag во включении определяется путём экстраполяции тренда зависимости содержаний элементов включения в сравнении с содержаниями элементов матрицы.

Ключевые слова: рентгеноспектральный электронно-зондовый микроанализ, РСМА, самородное золото, пробность, сульфиды, пирит, арсенопирит.

An approach is proposed that makes it possible to estimate the main composition of fine dispersed native gold (less than 3 мm) in sulfide minerals. The analysis procedure involves measuring the center of the inclusion and at a different distance from it. The content of Au and Ag in the inclusion is determined by extrapolating the trend of the dependence of the contents of the inclusion elements in comparison with the contents of the elements of the matrix.

Keywords: Electron probe X-ray microanalysis, EPMA, native gold, fineness, sulphides, pyrite, arsenopyrite.

Введение

Рис. 1. Включение самородного золота в арсенопирите Наталкинского месторождения. Изображение дано в обратно-рассеянных электронах

Среди методов локального анализа метод рентгеноспектрального электронно-зондового микроанализа (РСМА) наиболее широко распространён для диагностики и количественного определения состава тонкодисперсных включений, поскольку обладает рядом преимуществ, в частности обеспечивает локальность анализа на уровне 1 мкм, позволяет получать карты распределения интенсивности сигнала в обратно-рассеянных электронах и рентгеновских лучах характеристического излучения элементов, обеспечивая высокую точность определения содержания основных компонентов 1-5 отн. % и сравнительно небольшое время измерений (экспозиция 5-30 с). Таким образом, РСМА на сегодняшний день является наиболее информативным методом локального анализа.

В литературе описаны попытки анализа микронных частиц размером, сопоставимым с областью генерации рентгеновского излучения (до 3-5 мкм) [7-10]. Эти исследования обычно касались частиц, собранных на поверхность фильтров, проводящего скотча, металлической подложки или запрессованных в шайбу из эпоксидной смолы. В основу этих исследований были положены аппроксимированные модели функции распределения рентгеновского излучения по объему исследуемой частицы. Однако упомянутые работы, как правило, не затрагивали проблему определения состава микровключений в матрицах, при котором необходимо проводить разделение аналитического сигнала элементов матрицы и элементов включения.

Для оценки влияния гомогенной матрицы на интенсивность аналитического сигнала в данной работе был использован метод Монте-Карло, который применяется для описания явлений генерации рентгеновского излучения при РСМА начиная с 70-х годов прошлого столетия [11, 12] и позволяет оценить зависимость интенсивности рентгеновского излучения, как от состава, так и от размера включений.

тонкодисперсное включение сульфидный минерал самородное золото

1. Моделирование траекторий электронов методом Монте-Карло

Рис.2. Расчётные интенсивности аналитического сигнала элемента включения (Au) в сравнении с интенсивностями сигнала элемента матрицы (Fe) для кубической частицы и слоя золота в арсенопирите

Измерения проводили с использованием микроаналитического комплекса Superprobe JXA-8200 (Jeol ltd., Япония), оснащённого кристалл-дифракционными спектрометрами с волновой дисперсией и энергодисперсионным спектрометром EX-84055MU (Jeol ltd., Япония). Угол отбора рентгеновского излучения равен 40°.

Время измерений составляло 5-30 с. На спектрометрах с волновой дисперсией фон измеряли с обеих сторон от пика. Измерения выполняли при ускоряющем напряжении 20 кВ и токе зонда 10 нА. Каналы оснащены отпаянными ксеноновыми и проточными аргон-метановыми счётчиками. Для измерения интенсивности аналитических линий Au L_б, Fe K_б и As K_б использовался кристалл LiF (200), а для измерения аналитических линий Ag L_б и S K_б использовался кристалл PET. Для расчёта поправок на матричные эффекты использовали метод ZAF-коррекции, который имеется в программном обеспечении используемого микроанализатора.

Рис. 3. Тренд содержаний Au-Fe, полученный при проведении серии измерений

Образцы готовили в виде полированных шайб (монтированных брикетных форм диаметром 18 мм и высотой 10 мм) с запрессованными в них с помощью эпоксидной смолы минеральными зёрнами и аншлифов из цельных кусков породы. Образцы напыляли проводящим углеродным покрытием на установке QR150R ES (Quarum Technologies Ltd., Великобритания). Толщина покрытия составляла приблизительно 20 нм. В качестве стандартных образцов использовались пирит и арсенопирит, а также образцы чистого золота и сплавов золота с серебром.

3. Результаты и их обсуждение

Зёрна арсенопирита с включениями самородного золота были отобраны из руд золото-кварцевого месторождения Наталкинское (Магаданская область, Россия). Анализ золотин размером более 3 мкм показал, что их пробность в зёрнах арсенопирита, в основном, составляет 760-860‰. В свою очередь, анализ тонкодисперсных включений золота микронных и субмикронных размеров (< 3 мкм) практически невозможен без захвата матрицы областью генерации рентгеновского излучения, так как часть электронов возбуждает не только элементы включения, но и элементы окружающей его матрицы. Пробность золота в таких случаях можно оценить только путём исключения из результатов анализа элементов матрицы и последующим нормированием содержаний элементов субмикронных включений для приведения их суммы к 100%. Однако неопределённость оценки содержаний в этом случае неизвестна. Поэтому нами был разработан способ, позволяющий оценить погрешность определения основного состава таких включений в гомогенной матрице.

Для этого были проведены серии замеров тонкодисперсных включений золота, причём измерения выполнялись как по центру микровключений, так и на различном расстоянии от него вплоть до нулевых значений концентрации элементов микровключения. Экстраполяция трендов, аппроксимирующих зависимость интенсивности элементов микровключения и интенсивности элементов матрицы, в область нулевых содержаний матрицы соответствуют значениям, полученным при измерении массивных образцов. В частности, экстраполяция тренда Au-Fe (рис.3) по проведённым замерам в область нулевых содержаний Fe показала, что содержание Au в тонкодисперсном включении составляет 79.5 ± 1.1 мас. %. В свою очередь, исключение элементов матрицы и нормировка содержаний для набора данных (табл.1), по которым построен тренд на рис.3, приводит к оценке среднего содержания золота 76.59 ± 5 мас. %. Таким образом, определение содержания Au во включении с помощью построенных трендов приводит к более достоверной оценке с меньшей неопределённостью.

Предложен подход, позволяющий провести оценку основного состава тонкодисперсных включений самородного золота микронных и субмикронных размеров в матрице сульфидного минерала на примере пирита и арсенопирита для случая, когда область генерации рентгеновского излучения больше, чем размер включений. Метод основан на экстраполяции трендов содержаний элементов включения и элементов матрицы в область, где содержание элементов матрицы стремится к нулю. Обоснование способа выполнено с помощью расчётов интенсивности рентгеновского излучения путём моделирования траекторий электронов в образце методом Монте-Карло.

Применение предложенного способа было продемонстрировано на примере РСМА тонкодисперсных включений (1-3 мкм) природного самородного золота в зернах арсенопирита, отобранного из руд золото-кварцевого месторождения Наталкинское, что позволило более достоверно оценить его пробность.

Библиографический список

1. Cook N.J. Concentrations of invisible gold in the common sulfides / N. J. Cook, S. L. Chryssoulis // The Canadian Mineralogist. - 1990. - V.28. - № 1. - С.1-16.

2. “Invisible„ gold revealed: Direct imaging of gold nanoparticles in a Carlin-type deposit / Palenik C. S. [et al.] // American Mineralogist. - 2004. - V.89. - № 10. - P.1359-1366.

3. Solubility of gold in arsenian pyrite / M. Reich [et al.] // Geochimica et Cosmochimica Acta. - 2005. - V.69. - № 11. - P.2781-2796.

4. Таусон В.Л. Количественное определение форм нахождения золота в минералах методом анализа статистических выборок аналитических данных / В.Л. Таусон, Э.Е. Лустенберг // Геохимия. - 2008. - № 4. - С.459-464.

5. Структурное и поверхностно-связанное золото в пиритах месторождений разных генетических типов / В.Л. Таусон [и др.] // Геология и геофизика. - 2014. - Т.55 - № 2. - С.350-369.

6. Кравцова Р.Г. Формы нахождения золота, платины и палладия в арсенопиритах золоторудного месторождения Наталкинское (Северо-Восток России) / Р.Г. Кравцова, В.Л. Таусон, Е.М. Никитенко // Геохимия. - 2015. - № 11. - С.991-999.

7. EDXRS study of aerosol composition variations in air masses crossing the North Sea / J. Injuk [et al.] // X-Ray Spectrometry. - 1993. - V.22. - № 4. - P.220-228.

8. Jambers W. Single Particle Characterization of Inorganic Suspension in Lake Baikal, Siberia / W. Jambers, R. Van Grieken // Environmental science & technology. - 1997. - V.31 - № 5. - P.1525-1533.

9. Учет размера частиц при рентгеноспектральном микроанализе твердых осадков снегового покрова / О.Ю. Белозерова [и др.] // Журнал аналитической химии. - 1999. - Т.54 - № 1. - С.29-33.

10. Belozerova O. Yu. Electron-probe X-ray microanalysis of individual particles of solid snow sediment with size factor correction / O. Yu. Belozerova, A. L. Finkelshtein, L. A. Pavlova // Micron. - 2003. - V.34. - № 1. - P.49-55.

11. Use of Monte Carlo calculations in electron probe microanalysis and scanning electron microscopy: NBS Special publication / US Dept. of Commerce, National Bureau of Standards; Heinrich K. F. J., Newbury D. E., Yakowitz H. (ed.). - Washington, 1976. - № 460. - 164 p.

12. Love G. A simple Monte Carlo method for simulating electron-solid interactions and its application to electron probe microanalysis / G. Love, M. G. C. Cox, V. D. Scott // Journal of Physics D: Applied Physics. - 1977. - V.10. - № 1. - P.7-23.

13. Определение состава микровключений самородного золота в матрице сульфидного минерала при рентгеноспектральном электронно-зондовом микроанализе / В.В. Татаринов [и др.] // Аналитика и контроль. - 2017. - Т.21 - № 3. - С. 208-215.

14. Salvat F. PENELOPE-2014: A code system for Monte Carlo simulation of electron and photon transport / F. Salvat, J. M. Fernбndez-Varea, J. Sempau // Workshop Barcelona, Spain 29 June - 3 July 2015, OECD Nuclear Energy Agency. - Barcelona, 2015. - 387 p.

Размещено на Allbest.ru