Sintesi plasmochimica ad alta frequenza ed estrazione di metalli preziosi dai minerali solfurei refrattari della regione del Kyzylkum
Introduzione e impostazione del problema
La lavorazione dei minerali refrattari oro-arsenicali della regione del Kyzylkum centrale con i metodi metallurgici tradizionali (biossidazione, ossidazione in autoclave) comporta un notevole dispendio energetico e seri rischi ambientali. Nelle arsenopiriti (FeAsS) l'oro si trova prevalentemente in uno stato isomorfo finemente disperso («invisibile»), bloccato all'interno del reticolo cristallino.
Lo scopo del presente studio era valutare un metodo fisico-chimico radicalmente nuovo per l'apertura della matrice solfurea e l'estrazione dei metalli incapsulati mediante un'azione mirata, risonante e ad alta frequenza in un ambiente privo di ossigeno e isotopicamente modificato.
[AGGIUNTO] In precedenza l'autore ha pubblicato una metodica di disintegrazione AF risonante dei minerali refrattari: «Metodo di disintegrazione dei componenti minerali e di apertura dell'oro da minerali e concentrati solfurei oro-arsenicali particolarmente refrattari mediante l'azione risonante di onde elettromagnetiche AF» (Gornyj vestnik Uzbekistana, n. 2(89), 2022, pp. 85–91). Il presente lavoro sviluppa tale metodica e riferisce di un ulteriore effetto osservato: la composizione isotopica anomala dell'oro sintetizzato.
Metodica sperimentale e materiali
Oggetto dello studio sono stati campioni di arsenopirite refrattaria (in totale sono stati esaminati 27 campioni distinti di minerale) provenienti dai giacimenti di Kokpatas e Daugyztau. Il tempo di irraggiamento di ciascun campione andava da 1 a 3 ore.
Architettura dell'apparato sperimentale
- Zona di reazione Il campione di minerale veniva collocato all'interno di una cella ermetica priva di ossigeno, direttamente sopra un recipiente contenente la fase liquida.
- Modificatore isotopico dell'ambiente La fase liquida era costituita da un condensato di acqua pesante (deuterio), ottenuto per separazione cinetica degli isotopi durante l'evaporazione controllata, per effetto dell'energia solare, di un bacino d'acqua naturale nell'arco di 2–3 giorni.
- Sorgente del campo ed emettitore L'azione elettromagnetica veniva esercitata tramite una speciale antenna tubolare di rame della gamma AF, collegata a un generatore ad alta frequenza.
Protocollo sperimentale: all'accensione del sistema CEM AF, il circuito oscillante veniva portato in uno stato di netta risonanza ondulatoria. A causa dell'intenso effetto pelle e dell'elevata densità di corrente superficiale, la temperatura dell'antenna di rame superava il punto di fusione del rame (1085°C). Contemporaneamente avveniva un'evaporazione violenta del liquido deuterato sottostante. Raggiunta la superficie incandescente dell'antenna, i vapori di deuterio subivano la ionizzazione, formando una densa torcia di plasma ad alta frequenza non in equilibrio, che fungeva da catalizzatore del processo.
Risultati e discussione
Trasformazioni macroscopiche e analisi per saggio
Sotto l'azione del plasma AF di deuterio si verificava una distruzione sia termica sia elettrodinamica della struttura cristallina dell'arsenopirite. Gli ioni del metallo liberato (o neosintetizzato) venivano trasportati dalle forze elettromagnetiche nella zona di massimo gradiente del campo, depositandosi sulla superficie del tubo di rame in fusione. Sulla superficie dell'antenna di rame si osservava macroscopicamente un netto effetto di «doratura», dovuto a una profonda diffusione termica. Gli elementi fusi dell'antenna sono stati consegnati al laboratorio CNIL. L'analisi standard per saggio (metodo della coppellazione) ha confermato inequivocabilmente la presenza di oro elementare nella lega di rame.
Verifica fisico-nucleare e spettro isotopico
Per escludere l'influenza della matrice, gli elementi dell'antenna di rame, insieme a tutti i 27 campioni, sono stati inviati al Laboratorio centrale di analisi per attivazione gamma (CL GAA) di Zarafšan. Tutti i campioni sono stati sottoposti all'irraggiamento con un intenso flusso di radiazione gamma di frenamento ad alta energia, generata da un acceleratore lineare di elettroni per impatto su un bersaglio refrattario (di tungsteno). Il complesso spettrometrico automatizzato ha registrato un picco netto a 409 keV, corrispondente all'isomero Au-197m (tempo di dimezzamento 7.7 s), che conferma la presenza del nuclide stabile Au-197. Tuttavia, oltre alla fase stabile, lo spettrometro ha identificato una catena isotopica anomala dell'oro: Au-196, Au-198, Au-199, nonché linee correlate dell'argento (Ag) e dell'uranio (U).
Interpretazione fisica e conclusioni geofisiche
La rilevazione degli isotopi a vita breve Au-198 e Au-199 dimostra che nel corso dell'esperimento i nuclei d'oro sono stati esposti a un denso flusso di neutroni liberi. La dinamica di formazione di questo spettro isotopico indica lo svolgersi di processi nucleari a bassa energia (trasmutazione o scambio isotopico) direttamente all'interno del plasma AF di deuterio non in equilibrio, all'interfaccia «rame–arsenopirite».
Ipotesi geofisica
I dati empirici ottenuti nel corso di questa modellazione di laboratorio possono essere estrapolati all'interpretazione di processi endogeni su larga scala nella litosfera terrestre. L'architettura sotterranea dei giacimenti del Kyzylkum funziona efficacemente come un insieme di reattori ondulatori naturali. Gli spostamenti tettonici lungo le zone di faglia profonda generano pressioni locali altissime, correnti sismogeniche e campi piezoelettrici capaci di riscaldare istantaneamente microvolumi dello strato oltre i 1000°C, portando i solfuri semiconduttori (FeAsS) allo stato di plasma. In presenza di fluidi profondi naturalmente arricchiti di deuterio, si innesca un processo continuo di nucleosintesi endogena («nascita») dell'oro e degli elementi associati. Ciò rende necessaria una revisione radicale dei modelli cosmogonici classici della formazione dei giacimenti minerari.
[AGGIUNTO] L'ipotesi geofisica esposta in questa sezione non è stata sottoposta a revisione indipendente e richiede ulteriori verifiche, a differenza della metodica di disintegrazione AF risonante del minerale pubblicata in precedenza sul «Gornyj vestnik Uzbekistana».