Способ кристаллизации соединений, содержащихся в газообразном состоянии в составе высокотемпературных фумарольных вулканических газов, включающих в себя рений, индий, германий и платиновую группу металлов, на медных элементах
METHOD OF CRYSTALLIZATION OF COMPOUNDS CONTAINED IN GASEOUS STATE IN COMPOSITION OF HIGH-TEMPERATURE FUMAROLE VOLCANIC GASES, INCLUDING RHENIUM, INDIUM, GERMANIUM AND PLATINUM GROUP OF METALS, ON COPPER ELEMENTS

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к процессам выращивания на медных элементах, химический состав которых соответствует катодной меди или литой меди [1] (далее - Подложка/Шихта), кристаллов, включающих в себя соединения рения, индия, германия и платиновой группы металлов, содержащиеся в газообразном состоянии в высокотемпературной фумарольной среде вулканических газов (далее - Кристаллический нарост).
Изобретение может быть использовано для получения Кристаллического нароста, с последующей его переработкой и получения редкометалльного сырья с целью выделения из него рения и других редких и благородных металлов.
Уровень техники
Публичные сведения об известных заявителю аналогах изобретения с выделением из них аналога, наиболее близкого к изобретению (прототипа) по сфере его применения, по совокупности заявленных в настоящем изобретении функциональных возможностей, по назначению заявляемого изобретения, совпадающие с назначением аналогов, не выявлены.
Сущность изобретения
Способ получения Кристаллического нароста на Подложке осуществляется в условиях высокотемпературной фумарольной деятельности активных вулканов, основывается на химических газотранспортных реакциях [2].
Осуществление способа
Осуществление способа проходило в условиях вулкана Кудрявый, расположенного на острове Итуруп Курильской островодужной дуги, активность которого представлена высокотемпературной фумарольной деятельностью. Фумарольная деятельность - это процесс выхода на дневную поверхность отделившегося газового флюида от магматического источника сквозь ослабленные участки земной коры. Температуры фумарольных газов выходящих на дневную поверхность достигают значений 950°С [3, 4]
2
2
2
2
4
2
2
2
2
Состав выходящих газов разнообразен: HО, СО, HS, SO, HCL, СО, СH, H, О, Ar, F, S[3,]. Так же установлено, что газовые флюиды, выходящие на поверхность вулкана, содержат в себе редкометалльные соединения [3], которые могут быть, или сульфидными или оксидным [5].
Для осуществления способа на фумарольных полях выбраны площадки, имеющие дебетный режим фумарольных газов 1-15 м/сек, со следующим диапазоном температур фумарольных газов выходящих на дневную поверхность:
- Диапазон №1 от +200° до 400°С,
- Диапазон №2 от 400° до 700°С,
- Диапазон №3 от 700° до 950°С, далее, все вместе именуемые как Диапазоны. Основанием и критерием выбора различных Диапазонов имеющих разные температуры являются факторы, отражающие рудно-геохимическую специализацию отложений фумарольного поля [6].
На участки, соответствующие требованиям Диапазонов, устанавливались специализированные керамические газосборные огнеупорные камеры в форме трубы, выполненные из огнеупорного шамотного материала (Фиг. 1, элемент 3) соответствующего установленному стандарту [7], высотой 30 см, внутренним диаметром 10 см и толщиной стенки 3 см (далее - Камера).
Камеры помещались на поверхности фумарольного поля (Фиг. 1, элемент 1), на площадках, температуры поверхности которых соответствовали заданным Диапазонам. На каждую площадку с заданным температурным диапазоном устанавливалось по 50 штук Камер с одним типом используемой Подложки цилиндрической формы диаметром 1 см высотой 5 см. Помимо основной формы Подложки, использовались Подложки иной произвольной формы, однако приоритетной формой была признана цилиндрическая форма по критериям величины кристаллического нароста и минимизации издержек пробоподготовки.
Вовнутрь каждой Камеры устанавливалось не менее 5 однотипных Подложек (Фиг. 1, элемент 4), которые фиксировались на специальной подвесной системе, состоящей из кремнеземных огнеупорных шнуров, таким образом, чтобы Подложка не имела соприкосновения, ни со стенками камеры, ни с горячей поверхностью выбранного участка площадки, ни друг с другом, но находились под постоянным воздействием дебетовой фумарольной газовой среды (Фиг. 1, элемент 2).
В целях предотвращения попадания атмосферной воды и воздуха внутрь Камеры, последняя сверху закрывается крышкой выполненной из огнеупорного шамотного материала соответствующего установленному стандарту [7] (Фиг. 1, элемент 5), оснащенной клапаном, предназначенным для выхода фумарольного газа прошедшего через внутреннюю полость Камеры. Таким образом, в камере обеспечивается постоянный транспорт газа, давление и температура.
Далее производились изъятия Подложки из Камеры с дискретностью 15 минут - 2 часа - 24 часа - 48 часов - 72 часа и оценивалось среднее время осаждения Кристаллического нароста на Подложку в привязке к Диапазонам, с последующим осуществлением его очищения с Подложки и взвешивания на лабораторных весах MercuryM-ER 326AFU-3.01 LCDPostll с точностью взвешивания +/- 0,1 гр. - результаты оценки представлены в фиг. 2, 3, 4.
Фиксировалась практически линейная зависимость времени выдержки Подложки в Камере от значения привеса с достоверностью аппроксимации лини тренда от 0,94 до 0,98 по всем трем Диапазонам.
Оценка содержаний рения, индия, германия и платиновой группы металлов в отобранных Кристаллических наростах с Подложек, изъятых из Камер, производилась путем применения рентгенофлуоресцентного анализа через 72 часа с момента установки
Подложки в Камеру. Рентгенофлуоресцентный анализ осуществлялся на Кристаллических наростах, подготовленных в соответствии с установленными производителем оборудования - фирмой Olympus (Япония) правилами пробоподготовки (далее - Пробы). Непосредственно рентгенофлуоресцентный анализ проводился с помощью портативного XRF анализатора с Rh анодной трубкой OlympusDELTADP-2000-СС в соответствии с установленным производителем регламентом.
Обобщенные средние значения концентраций искомых элементов в Кристаллическом наросте, полученные по группе Камер в привязке к Диапазонам приведены в таблице 1.
Оценивались значения концентрации элементов: Pd, Pt, Re, Ge, In, в Пробах (см. табл. 1), которая достигает промышленных значений [8].
Также заявителем выявлена неописанная в известной литературе закономерность в виде линейной зависимости роста концентрации Pd, Pt,Re, In, Ge в Кристаллическом наросте от увеличения температуры фумарольных газов в Камере (фиг. 5).
Кристаллические наросты, образующиеся на Подложках, имеют структуру, либо дендрическую, либо почковидную, цвет которых может быть от черного до светло серого, редко желтого, с характерным металлическим блеском. Размер некоторых кристаллов может достигать до 2 см. Твердость по шкале Мооса 5, черта черная - фиг. 6, 7, 8.
Среднее время осаждения Кристаллического нароста на Подложке в пересчете на суточный интервал составляет: по Диапазону №1 = 4,85 г/сутки, Диапазону №2 = 12,225 грамм/сутки, по Диапазону №3 = 18,975 г/сутки
Технический результат.
Техническим результатом заявленного способа является получение на медных подложках, химический состав которых соответствует катодной меди или литой меди [1] кристаллического нароста содержащего в себе редкометалльные и благородные включения, такие как Re, In, Ge, Pd, Pt, концентрация которых не уступает промышленным значениям.
Краткое описание чертежей:
Фиг. 1 - Принципиальная схема выполнения способа, где 1 - поверхность фумарольного поля, на поверхности которой помещена Камера, 2  - поток высокотемпературного фумарольного газа исходящего из фумарольного поля, 3 - огнеупорная камера в форме трубы, выполненная из огнеупорного шамотного материала, 4 - однотипные Подложки, фиксируемые на специальной подвесной системе, состоящей из кремнеземных огнеупорных шнуров, 5 - крышка оснащенная клапаном, предназначенным для выхода фумарольного газа прошедшего через внутреннюю полость Камеры.
Фиг. 2 - График зависимости привеса на Подложке от времени выдержки на выбранном Диапазоне №1.
Фиг. 3 - График зависимости привеса на Подложке от времени выдержки на выбранном Диапазоне №2.
Фиг. 4 - График зависимости привеса на Подложке от времени выдержки на выбранном Диапазоне №3.
Фиг. 5 - График зависимости содержания In, Ge, Re, Pt, Pd компонентов в Пробе от Диапазонов 1, 2, 3.
Фиг. 6 - Фотопример Подложки, на котором наросли массивные дендрические Кристаллические наросты после выдержки в Диапазоне №2 в течение72 часов.
Фиг. 7 - Фотопример Подложки, на котором наросли массивные дендрические кристаллические наросты в Диапазоне №3 в - в течение72 часов.
Фиг. 8 - Фотопример Подложки, на котором наросли массивные дендрические кристаллические наросты в Диапазоне №1 - в течение 72 часов.
Библиография
1. ГОСТ 859-2014 Медь. Марки.
2. Шефер Г. Химические транспортные реакции. - М.: Мир. 1964.189 с.
3. Рудная минерализация высокотемпературных фумарол Вулкана Кудрявый (О. Итуруп, Курильские О-ВА) 2009 г. Чаплыгин И.В.
4. Предварительный отчет о проведении литогеохимической и тепловой съемки на месторождении рения и редких металлов в вулканических газах «Вулкан Кудрявый» ООО «Теллур С-В» (Фонды ООО «ИВ»).
5. Отчет о научно-исследовательской работе «Обоснование проведения испытаний по извлечению из фумарольных газов вулкана Кудрявый коллективного концентрата рения и сопутствующих элементов» по теме: «Разработка процесса улавливания сульфида рения и сопутствующих ценных элементов из фумарольных газов вулкана Кудрявый» АО ВНИИХТ 2015 г. (Фонды ООО «ИВ»).
6. ОТЧЕТ о выполнении исследовательской работы: «Обработка, картографирование и интерпретация геохимических данных по Молибденовому фумарольному полю вулкана Кудрявый и участку Амеба» (о. Итуруп, Курильский район Сахалинской области)» ООО «Теллур С-В» 2019 (Фонды ООО «ИВ»).
7. ГОСТ 11586-2005 Изделия огнеупорные для сифонной разливки стали. Технические условия.
8. Промышленные типы рудных месторождений. Учебное пособие для вузов. Недра, Москва, 1986 г., 358 стр.