Hochfrequente plasmachemische Synthese und Gewinnung von Edelmetallen aus refraktären Sulfiderzen der Kysylkum-Region
Einleitung und Problemstellung
Die Verarbeitung refraktärer Gold-Arsen-Erze der zentralen Kysylkum-Region mit traditionellen metallurgischen Methoden (Biooxidation, Autoklavoxidation) ist mit erheblichem Energieaufwand und ernsten ökologischen Risiken verbunden. Das Gold in Arsenopyriten (FeAsS) liegt überwiegend in fein dispergiertem („unsichtbarem“) isomorphem Zustand vor, eingeschlossen im Kristallgitter.
Ziel dieser Untersuchung war die Bewertung einer grundlegend neuen physikalisch-chemischen Methode zum Aufschluss der Sulfidmatrix und zur Gewinnung eingekapselter Metalle durch gezielte resonante Hochfrequenzeinwirkung in einem sauerstofffreien, isotopenmodifizierten Medium.
[ERGÄNZT] Zuvor hatte der Autor die Methode der resonanten HF-Desintegration refraktärer Erze veröffentlicht — „Verfahren zur Desintegration mineralischer Komponenten und zum Aufschluss von Gold aus besonders refraktären sulfidischen Gold-Arsen-Erzen und -Konzentraten durch resonante Einwirkung von HF-EMW“ (Gorny Vestnik Uzbekistana, Nr. 2(89), 2022, S. 85–91). Die vorliegende Arbeit entwickelt diese Methode weiter und berichtet über einen zusätzlich festgestellten Effekt — eine anomale Isotopenzusammensetzung des synthetisierten Goldes.
Experimentelle Methodik und Materialien
Als Untersuchungsobjekt dienten Proben von refraktärem Arsenopyrit (insgesamt wurden 27 einzelne Erzproben untersucht) aus den Lagerstätten Kokpatas und Daugystau. Die Bestrahlungsdauer jeder Probe betrug 1 bis 3 Stunden.
Aufbau der Versuchsanlage
- Reaktionszone Die Mineralprobe wurde in einer hermetisch abgeschlossenen, sauerstofffreien Zelle unmittelbar über einem Gefäß mit der flüssigen Phase platziert.
- Isotopischer Modifikator des Mediums Die flüssige Phase bestand aus einem Kondensat schweren Wassers (Deuterium), das durch kinetische Isotopentrennung bei kontrollierter Verdunstung eines natürlichen Gewässers unter Einwirkung von Sonnenenergie über 2–3 Tage gewonnen wurde.
- Feldquelle und Strahler Die elektromagnetische Einwirkung erfolgte über eine spezielle rohrförmige Kupferantenne des HF-Bereichs, die an einen Hochfrequenzgenerator angeschlossen war.
Versuchsprotokoll: Beim Einschalten der Stromversorgung des HF-EMF-Systems wurde der Schwingkreis in einen Zustand scharfer Wellenresonanz gebracht. Aufgrund des intensiven Skin-Effekts und der hohen Oberflächenstromdichte überstieg die Temperatur der Kupferantenne den Schmelzpunkt von Kupfer (1085°C). Gleichzeitig verdampfte die darunterliegende deuterierte Flüssigkeit heftig. Beim Erreichen der glühenden Antennenoberfläche wurden die Deuteriumdämpfe ionisiert, wobei sich eine dichte Fackel aus Nichtgleichgewichts-Hochfrequenzplasma bildete, die als Katalysator des Prozesses wirkte.
Ergebnisse und Diskussion
Makroskopische Umwandlungen und Probieranalyse
Unter der Wirkung des Deuterium-HF-Plasmas kam es sowohl zu einer thermischen als auch zu einer elektrodynamischen Zerstörung der Kristallstruktur des Arsenopyrits. Ionen des freigesetzten (oder neu synthetisierten) Metalls wurden durch elektromagnetische Kräfte in die Zone des maximalen Feldgradienten transportiert und schlugen sich auf der Oberfläche des schmelzenden Kupferrohrs nieder. Auf der Oberfläche der Kupferantenne war makroskopisch ein deutlicher „Vergoldungseffekt“ infolge tiefer thermischer Diffusion zu beobachten. Die angeschmolzenen Antennenelemente wurden an das Labor ZNIL übergeben. Die Standard-Probieranalyse (Kupellationsverfahren) bestätigte eindeutig das Vorhandensein von elementarem Gold in der Kupferlegierung.
Kernphysikalische Verifizierung und Isotopenspektrum
Um Matrixeinflüsse auszuschließen, wurden die Elemente der Kupferantenne zusammen mit allen 27 Proben an das Zentrallabor für Gamma-Aktivierungsanalyse (ZL GAA) in Sarafschan geschickt. Alle Proben wurden mit einem intensiven Fluss hochenergetischer Gamma-Bremsstrahlung bestrahlt, die von einem Elektronen-Linearbeschleuniger beim Auftreffen auf ein hochschmelzendes (Wolfram-)Target erzeugt wurde. Der automatisierte Spektrometriekomplex registrierte einen deutlichen Peak bei 409 keV, der dem Isomer Au-197m (Halbwertszeit 7.7 s) entspricht, was das Vorhandensein des stabilen Nuklids Au-197 bestätigt. Neben der stabilen Phase identifizierte das Spektrometer jedoch eine anomale Isotopenkette des Goldes: Au-196, Au-198, Au-199 sowie korrelierende Linien von Silber (Ag) und Uran (U).
Physikalische Interpretation und geophysikalische Schlussfolgerungen
Der Nachweis der kurzlebigen Isotope Au-198 und Au-199 belegt, dass die Goldkerne im Verlauf des Experiments einem dichten Fluss freier Neutronen ausgesetzt waren. Die Dynamik der Entstehung dieses Isotopenspektrums deutet auf niederenergetische Kernprozesse (Transmutation oder Isotopenaustausch) hin, die unmittelbar im Nichtgleichgewichts-Deuterium-HF-Plasma an der Phasengrenze „Kupfer–Arsenopyrit“ ablaufen.
Geophysikalische Hypothese
Die im Rahmen dieser Labormodellierung gewonnenen empirischen Daten lassen sich auf die Interpretation großräumiger endogener Prozesse in der Lithosphäre der Erde extrapolieren. Die unterirdische Architektur der Kysylkum-Lagerstätten funktioniert effektiv wie natürliche Wellenreaktoren. Tektonische Verschiebungen entlang tiefer Bruchzonen erzeugen lokale ultrahohe Drücke, seismogene Ströme und piezoelektrische Felder, die Mikrovolumina der Schicht augenblicklich auf über 1000°C erhitzen und halbleitende Sulfide (FeAsS) in den Plasmazustand überführen können. In Gegenwart natürlich mit Deuterium angereicherter Tiefenfluide setzt ein kontinuierlicher Prozess der endogenen Nukleosynthese („Geburt“) von Gold und Begleitelementen ein. Dies erfordert eine grundlegende Revision der klassischen kosmogonischen Modelle der Entstehung von Erzlagerstätten.
[ERGÄNZT] Die in diesem Abschnitt dargelegte geophysikalische Hypothese wurde keiner unabhängigen Begutachtung unterzogen und bedarf weiterer Überprüfung — im Unterschied zur Methode der resonanten HF-Desintegration von Erz, die zuvor im „Gorny Vestnik Uzbekistana“ veröffentlicht wurde.