XIV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2022

Введение

Сернистые соединения, пентландиты ((Ni,Fe)₉S₈ и (Ni,Fe,Co)₉S₈ ) и пирротины ( (Ni,Fe,Co)S и (Ni,Fe)S ) встречаются в месторождениях медно-никелевых сульфидных руд, связанных с ультраосновными породами. . Из зарубежных наиболее крупными являются месторождения Канады (Санбери) [1].

В виде изоморфных примесей в состав сульфидов входят целый ряд редких и рассеянных элементов, которые не образуют самостоятельных минералов и могут быть получены лишь при переработке сульфидных руд [2].

Актуальность исследования обусловлена тем, что пентландит и пирротин являются типичными концентраторами металлов платиновой группы (ЭПГ) в рудах медно-никелевых месторождений. Кроме того, состав этих минералов связан с условиями их образования и может быть использован для определения физико-химических параметров рудообразования.

Комбинация методов РСМА и ЛА-ИСП-МС позволит более точно исследовать примесный состав синтетических кристаллов пентландитов и пирротинов. РСМА и ЛА-ИСП-МС хорошо согласуются между собой. Метод РСМА в основном используется для определения «макросостава» анализируемого образца [3]. ЛА-ИСП-МС – для определения уровня содержания и равномерности распределения примесных компонентов в образце [4].

Оборудование

Химический состав полученных кристаллов определялся на сканирующем электронном микроскопе (СЭМ) TESCAN Vega II XMU (Tescan, Чехия), с энергодисперсионной системой микроанализа INCA Energy 450/XT (20 kV).

Для определения концентраций примесных компонентов и их распределение образцы были исследованы методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой с использованием масс-спектрометров Thermo XSeries2 и лазерной приставки New Wave 213 (ИГЕМ РАН). Обработка данных происходила в программном пакете Igor pro (Paton et al., 2011).

Синтез кристаллов

Сульфиды Fe (пентландит, пирротин), легированные металлами (Pt, Pd) были синтезированы методом газового транспорта.

Шихту получили заранее из элементов, взятых в требуемых соотношениях, твердофазными реакциями методом сухого синтеза при температуре равной температуре синтеза кристаллов. Иногда ее не готовили заранее, а помещали смесь элементов или некоторых бинарных фаз, предполагая, что она придет в равновесие в первые дни эксперимента.

Перетертую шихту помещали на дно ампулы из кварцевого стекла (длина 10-11 см, диаметр 7-12 мм). В качестве транспортного реагента использовали AlCl₃ + KBr.

Рис. 1. Кристаллы пентландита синтезированные методом газового транспорта, сделанные на СЭМ

После ампулы были вакуумированы до давления 10^-4 атм., запаяны в пламени кислородной горелки и помещены в двухзонную градиентную печь. Печи медленно нагревали до требуемой температуры. Температура горячего конца составляла 620 °С. Температура холодного конца 550°С. Синтез длился ~143 дня.

Результаты и обсуждения

Кристаллы Pt-содержащих пентландитов и пирротинов размером 0.1 – 5.0 мм синтезированы методом газового транспорта при температурах 620\550°С (на горячем и холодном конце ампулы соответственно).

Изображения, полученные методом оптической и сканирующей электронной

микроскопии, не выявляют видимой неоднородности

Рис. 2-3. Полученные изображения образца 2653 с помощью сканирующего электронного микроскопа.

Химические составы кристаллов по результатам РСМА и ЛА-ИСП-МС исследования приведены в Табл. 1.

Диапазон концентраций составляет 0.0002 – 0.004 мас. % для Pt. Наибольшая насыщаемость платиной по результатам анализа в пентландите (0.004±0.0002%). В образцах, состоящих из двух фаз, пирротина и пентландита количество платины меньше.

Обр.

РСМА

Pt (ЛА-ИСП-МС)

Фаза

Fe

Ni

S

Cu

Pt

Pd

Шихта и добавочный компонент

2653

24.6±0.3

43.4±0.2

32.0±0.2

-

0.021±0.027

-

Fe4.5Ni4.5S7 +PtS2+Pt (проволока во всю длину)

0.0002±0.002

смесь пир. и пент.

27.2±0.8

37.4±1.1

35.4±0.4

-

0.017±0.016

-

0.0004±0.001

2663

18.1±0.6

41.2±0.9

33.8±0.3

-

0.000±0.003

0.000±0.007

Fe3.5Ni5.5S7 +CoS+Pt

0.004±0.0002

пент.

2665

18.8±0.4

42.7±1.1

33.5±0.8

-

0.000

0.010±0.012

Fe4Ni5S8 +CoS+PtS2+Ni

-

смесь пир. и пент.

16.2

43.7

37

-

0.000

0.01

0.0012±0.00009

Табл. 1. Химический состав образцов по результатам РСМА и ЛА-ИСП-МС исследования. Концентрации приведены в мас.% .

Кристаллы, синтезированные при температуре 620/550°С (температура на горячем и холодном конце ампулы), содержат от 213 ppm до 10519 ppm Pd.

Изображения, полученные методом оптической и сканирующей электронной

микроскопии, не выявляют видимой неоднородности.

Рис. 15-16. Полученные изображения образца 2885 и 2656 с помощью сканирующего электронного микроскопа.

Более высокое содержания палладия показывают кристаллы, состоящие из двух фаз, пирротина и пентландита, с добавкой Pd в виде проволоки во всю длину, на часть длины и в виде петли. Данные кристаллы содержат Pd c концентрацией: 10519±501.7 ppm, 4982±151 ppm и 2281.7±99.7 ppm.

Кристаллы пирротина содержат Pt от 734 ppm до 1167 ppm. Кристаллы пентландита 1046 ppm до 8058 ppm.

Обр.	РСМА								Pd (ЛА-ИСП-МС)		Фаза
	Fe	Ni	S	Cu	Pt	Pd	Эмпирическая формула
2653	24.6±0.3	43.4±0.2	32.0±0.2	-	0.021±0.027	-	Fe4.5Ni4.5S7	0.11±0.003		смесь пир. и пент.
2654	22.6±0.1	44.6±0.02	31.8±0.2	-	-	0.986±0.041	Fe4.5Ni4.5S7	0.1± 0.006		пент.
	21.6±0.2	43.3±0.6	35.0±0.5	-	-	0.036±0.010		0.81±0.016
2655	25.5±0.8	42.4±0.9	32.0±0.4	-	-	0.080±0.215	Fe4.5Ni4.5S7	0.17±0.004		пент.
2656	23.6±0.3	43.8±0.6	32.0±0.3	-	-	0.619±0.016	Fe4.5Ni4.5S7	0.23±0.01		смесь пир. и пент.
	23.8±1.0	44.2±1.5	31.9±0.4	-	-	0.114±0.098		0.23±0.01
2659	20.1±0.1	47.9±0.1	31.9±0.3	-	-	0.150±0.044	Fe3.5Ni5.5S7	1.05±0.05		смесь пир. и пент.
2660	10.6	57.4	31.6	-	-	0.426	Fe3.5Ni5.5S7	0.13±0.005		пир.
2662	16.2±0.5	42.1±0.9	33.5±0.5	-	0.010±0.028	0.410±0.315	Fe3.5Ni5.5S7	0.5± 0.01		смесь пир. и пент.
	16.5±0.9	42.2±0.9	33.5±0.3	-	0.000	0.830±0.105		0.5± 0.01
	13.0±0.3	44.3±1.0	37.0±0.1	-	0.010±0.024	0.050±0.031		0.15±0.01
2885	43.6±0.5	18.8±0.2	36.9±0.7	-	0.316±0.733	0.104±0.176	Fe5.5Ni3.5S7	0.09±0.06		пир.

Табл. 2. Химический состав образцов по результатам РСМА и ЛА-ИСП-МС исследования. Концентрации приведены в мас.% .

Химические составы кристаллов по результатам РСМА и ЛА-ИСП-МС исследования приведены в Табл. 2.

Выводы

Полученные данные позволяют утверждать, что в природных рудах возможно

образование сульфидов, обогащённых Pd и Pt.

Исследование Pt-содержащих образцов пентландита и пирротина, синтезированных в температурном интервале 620/550 (температура на горячем/ холодном конце

ампулы) показало максимальную концентрацию микропримеси 0.004 мас. % в пентландите.

Исследование Pd-содержащих образцов пентландита и пирротина, синтезированных в температурном интервале 620/550 (температура на горячем/ холодном конце ампулы) показало максимальные концентрации микропримеси 1.05 мас. %, 0.5 мас. % в смеси пентландита и пирротина.

Комбинация спектроскопических методов рентгеноспектрального микроанализа (РСМА) и масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой и лазерным пробоотбором (ЛА-ИСП-МС смогла позволить определить состав кристаллов как на макроуровне, так и на микроуровне.

Проведенный анализ комбинацией методов позволил определить пределы вхождения металлов платиновой группы в важнейшие сульфидные минералы руд медно-никелевых месторождений – пентландит ((Ni,Fe)₉S₈ и (Ni,Fe,Co)₉S₈ ) и пирротин ( (Ni,Fe,Co)S и (Ni,Fe)S ) в зависимости от состава этих минералов.

Список литературы:

[1] В.Г. Музафаров Определитель минералов, горных пород и окаменелостей. Справочное пособие [Книга]. - [б.м.] : M . : Недра.

[2] Суриков В.Т. Хронология начального периода ІСР-MS, эффективного метода аналитического контроля Матер, и тез. докл. регион, научн. конф. «Методыаналитического контроля материалов и объектовокружающей среды». Пермь. 2001. С. 165.

[3] М. Отто. Современные методы аналитической химии (в 2-х томах). Перевод с немецкого под редакцией А.В. Гармаша; ТЕХНОСФЕРА, Москва, 2003

[4] S. A. Svetov, A. V. Stepanova, S. Y. Chazhengina, E. N. Svetova, Z. P. Rybnikova, A. I. Mikhailova, A. S. Paramonov, V. L. Utitsyna,M. V. Ekhova, B. S. Kolodey. PRECISION GEOCHEMICAL (ICP-MS, LA-ICP-MS) ANALYSIS OF ROCK AND MINERAL COMPOSITION: THE METHOD AND ACCURACY ESTIMATION IN THE CASE STUDY OF EARLY PRECAMBRIAN MAFIC COMPLEXES.

Код для цитирования: Скопировать