Synthèse plasmachimique haute fréquence et extraction des métaux précieux à partir des minerais sulfurés réfractaires de la région du Kyzylkoum
Introduction et position du problème
Le traitement des minerais aurifères arsenicaux réfractaires de la région du Kyzylkoum central par les méthodes métallurgiques traditionnelles (biooxydation, oxydation en autoclave) s'accompagne d'importantes dépenses énergétiques et de sérieux risques écologiques. Dans les arsénopyrites (FeAsS), l'or se trouve principalement à l'état isomorphe finement dispersé (« invisible »), bloqué à l'intérieur du réseau cristallin.
L'objectif de cette étude était d'évaluer une méthode physico-chimique fondamentalement nouvelle d'ouverture de la matrice sulfurée et d'extraction des métaux encapsulés au moyen d'une action haute fréquence résonante et dirigée, dans un milieu dépourvu d'oxygène et isotopiquement modifié.
[AJOUTÉ] L'auteur a publié auparavant une méthode de désintégration HF résonante des minerais réfractaires — « Procédé de désintégration des composants minéraux et de libération de l'or à partir de minerais et concentrés sulfurés auro-arsenicaux particulièrement réfractaires par action résonante d'ondes électromagnétiques HF » (Gorny Vestnik Uzbekistana, n° 2(89), 2022, p. 85–91). Le présent travail développe cette méthode et rend compte d'un effet supplémentaire observé — la composition isotopique anormale de l'or synthétisé.
Méthodologie expérimentale et matériaux
L'objet de l'étude était constitué d'échantillons d'arsénopyrite réfractaire (27 échantillons de minerai distincts ont été étudiés au total) provenant des gisements de Kokpatas et de Daougyztaou. La durée d'irradiation de chaque échantillon allait de 1 à 3 heures.
Architecture du dispositif expérimental
- Zone de réaction L'échantillon de minéral était placé à l'intérieur d'une cellule étanche, dépourvue d'oxygène, directement au-dessus d'un récipient contenant la phase liquide.
- Modificateur isotopique du milieu La phase liquide était constituée d'un condensat d'eau lourde (deutérium) obtenu par séparation cinétique des isotopes lors de l'évaporation contrôlée d'un plan d'eau naturel sous l'effet de l'énergie solaire pendant 2–3 jours.
- Source du champ et émetteur L'action électromagnétique était exercée au moyen d'une antenne tubulaire spéciale en cuivre de la gamme HF, reliée à un générateur haute fréquence.
Protocole expérimental : lors de la mise sous tension du système CEM HF, le circuit oscillant était amené à un état de forte résonance ondulatoire. En raison d'un effet de peau intense et d'une densité de courant superficiel élevée, la température de l'antenne en cuivre dépassait le point de fusion du cuivre (1085°C). Simultanément se produisait une évaporation violente du liquide deutéré sous-jacent. En atteignant la surface incandescente de l'antenne, les vapeurs de deutérium s'ionisaient, formant une torche dense de plasma haute fréquence hors équilibre, qui jouait le rôle de catalyseur du processus.
Résultats et discussion
Transformations macroscopiques et essai au feu
Sous l'action du plasma HF de deutérium se produisait une destruction à la fois thermique et électrodynamique de la structure cristalline de l'arsénopyrite. Les ions du métal libéré (ou nouvellement synthétisé) étaient transportés par les forces électromagnétiques vers la zone de gradient de champ maximal et se déposaient à la surface du tube de cuivre en fusion. Un net effet de « dorure », dû à une diffusion thermique profonde, était observé macroscopiquement à la surface de l'antenne en cuivre. Les éléments fondus de l'antenne ont été remis au laboratoire TsNIL. L'essai au feu standard (méthode de coupellation) a confirmé sans ambiguïté la présence d'or élémentaire dans l'alliage de cuivre.
Vérification physico-nucléaire et spectre isotopique
Pour exclure l'influence de la matrice, les éléments de l'antenne en cuivre ainsi que les 27 échantillons ont été envoyés au Laboratoire central d'analyse par activation gamma (TsL GAA) à Zarafchan. Tous les échantillons ont été irradiés par un flux intense de rayonnement gamma de freinage de haute énergie, généré par un accélérateur linéaire d'électrons frappant une cible réfractaire (en tungstène). Le complexe spectrométrique automatisé a enregistré un pic net à 409 keV, correspondant à l'isomère Au-197m (période de demi-vie 7.7 s), ce qui confirme la présence du nucléide stable Au-197. Cependant, outre la phase stable, le spectromètre a identifié une chaîne isotopique anormale de l'or : Au-196, Au-198, Au-199, ainsi que des raies corrélées de l'argent (Ag) et de l'uranium (U).
Interprétation physique et conclusions géophysiques
La détection des isotopes à vie courte Au-198 et Au-199 prouve qu'au cours de l'expérience, les noyaux d'or ont été soumis à un flux dense de neutrons libres. La dynamique de formation de ce spectre isotopique témoigne du déroulement de processus nucléaires de basse énergie (transmutation ou échange isotopique) directement au sein du plasma HF de deutérium hors équilibre, à l'interface « cuivre–arsénopyrite ».
Hypothèse géophysique
Les données empiriques obtenues au cours de cette modélisation en laboratoire peuvent être extrapolées à l'interprétation des processus endogènes de grande ampleur dans la lithosphère terrestre. L'architecture souterraine des gisements du Kyzylkoum fonctionne efficacement comme un ensemble de réacteurs ondulatoires naturels. Les déplacements tectoniques le long des zones de failles profondes génèrent localement des pressions ultra-élevées, des courants sismogènes et des champs piézoélectriques capables de chauffer instantanément des microvolumes de la couche au-delà de 1000°C, faisant passer les sulfures semi-conducteurs (FeAsS) à l'état de plasma. En présence de fluides profonds naturellement enrichis en deutérium se déclenche un processus continu de nucléosynthèse endogène (de « naissance ») de l'or et des éléments associés. Cela impose une révision fondamentale des modèles cosmogoniques classiques de formation des gisements de minerai.
[AJOUTÉ] L'hypothèse géophysique exposée dans cette section n'a pas fait l'objet d'une évaluation indépendante et nécessite une vérification plus poussée — contrairement à la méthode de désintégration HF résonante du minerai, publiée précédemment dans le « Gorny Vestnik Uzbekistana ».