Kızılkum bölgesinin dirençli sülfürlü cevherlerinden yüksek frekanslı plazma-kimyasal sentez ve değerli metallerin kazanımı
Giriş ve sorunun tanımı
Orta Kızılkum bölgesinin dirençli altın-arsenik cevherlerinin geleneksel metalurjik yöntemlerle (biyooksidasyon, otoklav oksidasyonu) işlenmesi, önemli enerji harcamaları ve ciddi çevresel risklerle bağlantılıdır. Arsenopiritlerdeki (FeAsS) altın ağırlıklı olarak kristal kafesin içinde kilitlenmiş, ince dağılmış (“görünmez”) izomorf hâlde bulunur.
Bu araştırmanın amacı, sülfür matrisinin açılması ve kapsüllenmiş metallerin oksijensiz, izotopça modifiye edilmiş bir ortamda yönlendirilmiş rezonanslı yüksek frekanslı etkiyle kazanılmasına yönelik temelden yeni bir fizikokimyasal yöntemin değerlendirilmesiydi.
[EKLENDİ] Yazar daha önce dirençli cevherlerin rezonanslı YF-parçalanması yöntemini yayımlamıştı — “Özellikle dirençli sülfürlü altın-arsenik cevherleri ve konsantrelerinden mineral bileşenlerin YF EMD rezonanslı etkisiyle parçalanması ve altının açığa çıkarılması yöntemi” (Gornıy Vestnik Uzbekistana, No. 2(89), 2022, s. 85–91). Bu çalışma söz konusu yöntemi geliştirmekte ve ek olarak kaydedilen bir etkiyi — sentezlenen altının anormal izotopik bileşimini — bildirmektedir.
Deneysel yöntem ve malzemeler
Araştırma nesnesi olarak Kokpatas ve Daugıztau yataklarından elde edilen dirençli arsenopirit numuneleri kullanıldı (toplam 27 ayrı cevher numunesi incelendi). Her numunenin ışınlama süresi 1 ile 3 saat arasındaydı.
Deney düzeneğinin mimarisi
- Reaksiyon bölgesi Mineral numunesi, sızdırmaz ve oksijensiz bir hücrenin içinde, sıvı faz içeren kabın hemen üzerine yerleştirildi.
- Ortamın izotopik modifikatörü Sıvı faz, doğal bir su kütlesinin güneş enerjisi etkisiyle 2–3 gün boyunca kontrollü buharlaştırılması sırasında izotopların kinetik ayrışmasıyla elde edilen ağır su (döteryum) kondensatından oluşuyordu.
- Alan kaynağı ve yayıcı Elektromanyetik etki, yüksek frekanslı jeneratöre bağlı özel bir YF bandı bakır boru anten aracılığıyla uygulandı.
Deney protokolü: YF EMA sistemine güç verildiğinde salınım devresi keskin bir dalga rezonansı durumuna getirildi. Yoğun deri (skin) etkisi ve yüksek yüzey akım yoğunluğu nedeniyle bakır antenin sıcaklığı bakırın erime noktasını (1085°C) aştı. Aynı anda alttaki döteryumlu sıvının şiddetli buharlaşması gerçekleşti. Döteryum buharları antenin kızgın yüzeyine ulaştığında iyonlaşmaya uğrayarak, sürecin katalizörü rolünü üstlenen yoğun bir dengesiz yüksek frekanslı plazma meşalesi oluşturdu.
Sonuçlar ve tartışma
Makroskopik dönüşümler ve ateş deneyi analizi
Döteryum YF-plazmasının etkisiyle arsenopiritin kristal yapısında hem termal hem de elektrodinamik bir tahribat meydana geldi. Açığa çıkan (ya da yeniden sentezlenen) metalin iyonları elektromanyetik kuvvetlerle alanın en yüksek gradyan bölgesine taşınarak eriyen bakır borunun yüzeyine çöktü. Bakır antenin yüzeyinde, derin termal difüzyon sayesinde makroskopik olarak belirgin bir “yaldızlanma” etkisi gözlendi. Erimiş anten parçaları MBAL laboratuvarına gönderildi. Standart ateş deneyi analizi (kupelasyon yöntemi), bakır alaşımında elementel altının varlığını kesin olarak doğruladı.
Nükleer-fiziksel doğrulama ve izotop spektrumu
Matris etkisini dışlamak için bakır anten parçaları 27 numunenin tamamıyla birlikte Zarafşan'daki Gama Aktivasyon Analizi Merkez Laboratuvarı'na (GAA ML) gönderildi. Tüm numuneler, doğrusal elektron hızlandırıcısının zor eriyen (tungsten) bir hedefe çarpmasıyla üretilen yüksek enerjili frenleme (bremsstrahlung) gama ışınımının yoğun akısıyla ışınlandı. Otomatik spektrometri kompleksi, Au-197m izomerine (yarı ömrü 7.7 s) karşılık gelen 409 keV'de belirgin bir pik kaydetti; bu da kararlı Au-197 nüklidinin varlığını doğrular. Ancak spektrometre kararlı fazın yanı sıra altının anormal bir izotop zincirini — Au-196, Au-198, Au-199 — ve bunlarla ilişkili gümüş (Ag) ve uranyum (U) çizgilerini de tespit etti.
Fiziksel yorum ve jeofizik sonuçlar
Kısa ömürlü Au-198 ve Au-199 izotoplarının tespiti, deney sırasında altın çekirdeklerinin yoğun bir serbest nötron akısına maruz kaldığını kanıtlamaktadır. Bu izotop spektrumunun oluşum dinamiği, düşük enerjili nükleer süreçlerin (transmütasyon ya da izotop değişimi) doğrudan “bakır–arsenopirit” faz sınırındaki dengesiz döteryum YF-plazmasının içinde gerçekleştiğine işaret etmektedir.
Jeofizik hipotez
Bu laboratuvar modellemesi sırasında elde edilen ampirik veriler, Dünya litosferindeki büyük ölçekli endojen süreçlerin yorumlanmasına ekstrapole edilebilir. Kızılkum yataklarının yeraltı mimarisi etkin biçimde doğal dalga reaktörleri olarak işlev görmektedir. Derin fay zonları boyunca tektonik kaymalar, katmanın mikro hacimlerini anında 1000°C'nin üzerine ısıtabilen ve yarı iletken sülfürleri (FeAsS) plazma hâline geçirebilen yerel süper yüksek basınçlar, sismojenik akımlar ve piezoelektrik alanlar üretir. Doğal olarak döteryumca zenginleşmiş derin akışkanların varlığında, altının ve eşlik eden elementlerin sürekli bir endojen nükleosentez (“doğum”) süreci başlar. Bu, cevher yataklarının oluşumuna ilişkin klasik kozmogonik modellerin temelden gözden geçirilmesini gerektirmektedir.
[EKLENDİ] Bu bölümde ortaya konan jeofizik hipotez bağımsız hakem değerlendirmesinden geçmemiştir ve daha fazla doğrulama gerektirmektedir — daha önce “Gornıy Vestnik Uzbekistana” dergisinde yayımlanan rezonanslı YF cevher parçalama yönteminin aksine.