Молчанов В.П.  

Золотые наноструктуры на поверхности ильменитов россыпей юга Дальнего Востока

ЗОЛОТЫЕ НАНОСТРУКТУРЫ НА ПОВЕРХНОСТИ ИЛЬМЕНИТОВ РОССЫПЕЙ ЮГА ДАЛЬНЕГО ВОСТОКА

Молчанов В.П.
ДВГИ ДВО РАН, Владивосток

Ильменит является одним из главных минералов, определяющих промышленную значимость многих россыпей Приморья, пространственно и генетически связанных с интрузиями ультрабазитов. Применение методов электронной микроскопии позволило выявить на поверхности отдельных зерен этого минерала присутствие примазок наноразмерных обособлений золота. Доминирующую роль в их кристаллизации играет пленка, фрагментарно покрывающая поверхности  кристаллов. Размеры фрагментов достигают 60-80 мкм при толщине 100-200 нм. Элементный состав пленочных наноматериалов довольно необычен: помимо Au (85-88 мас.%) и Hg (1-5 мас.%), определяющих видовой состав индивидов, в них присутствует N, C, O, Ti и Fe в количествах, не превышающих первые мас.%. На поверхности металлических  пленок фиксируется два типа наноиндивидов: трубки и спирали. Наиболее широкое развитие получили трубчатые формы длиной до 6-7 мкм при внешнем  диаметре до 0,8 – 1,0 мкм. Толщина стенок трубчатых образований не превышает 100 нм. Главным компонентом нанотрубок является Au (80-89 мас.%), в меньших количествах присутствует Hg (2-5 мас.%). Набор основных примесей нанотрубок тот же, что и у нанопленок: C, O, N, Ti, и Fe (0,5-2,0 мас.%). Реже встречаются Al, Rb, Br (до 2 мас.%). Примечателен факт снижения содержаний Ti и Fe в нанотрубках по мере удаления от минеральной матрицы – ильменита (FeTiO3), что, вероятно, можно объяснить особенностями их сингенетического происхождения. Золотым нанотрубкам, кроме того, свойственна обратная зависимость между содержаниями N и O.
Длина наноспиралей достигает 3-4 мкм при диаметре 100-200 нм. Приурочены они в основном к фрагментам нанопленок, обедненным ртутью (не более 1-2 мас.%).  В распределении этого элемента в пределах спирализирующихся наноиндивидов прослеживается четкая тенденция к росту концентраций до 7-8 мас.% в направлении от основания к верхней части. Налицо вынос ртути из матрицы, т.е. пленки. Как известно из справочных данных, переход паров золота и ртути в жидкую фазу наступает при 4200С. Другие температурные максимумы (4020С и 3100С) отвечают точкам роста ртути и падения золота по мере остывания расплава, что и наблюдается в нашем случае. Возможно, это явление, в числе прочих (наличие винтовых осей в кристаллизующемся веществе, структурных дефектов и т.д.), послужили причиной свертывания наноструктур в спирали.
Возникновение наноструктур золота на поверхности ильменитов может быть связано с влиянием локальных электромагнитных полей, возникающих в процессе их совместной транспортировки. Ильменит, как и нанозолото, относится к числу  ферромагнетиков, что ведет к образованию гальванической пары – источника электродвижущей силы, достаточной для появления на поверхности граней минерала микро-нанообособлений золота.
Появление необычных наноструктур в приморских россыпях, вероятно, обусловлено глубинной природой ассоциации ильменита с золотом. Так, мантийный флюид весьма насыщен летучими углеродистыми соединениями, водородом, азотом – практически тот же спектр элементов, как и у изученных наноструктур и т.д. В транспортировке ильменита с примазками золота к поверхности могли принимать участие интрузии ультраосновных пород.
Разработка методов производства нанотрубок золота является одним из ведущих направлений в химии наноматериалов. При создании технологий синтеза искусственных золотых нанотрубок могут быть полезны материалы по образованию природных нанообъектов.

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ № 20-05-00525.