Гиганты, карлики и невидимки

"Золотой песок", "самородок" - эти понятия встречаются во всех книгах, касающихся поисков и добычи золота,- будь то романы Д. Н. Мамина-Сибиряка, рассказы Джека Лондона или повести наших современников.

Тем самым уже стихийно определяется возможная величина золотин - от песчинок до глыб. Но в каких именно пределах меняются размеры и масса отдельных выделений самородного золота?

Сведения о самородках-гигантах хранятся не только в людской памяти, но и в научной литературе. Правда, не всегда по давним описаниям можно установить, идет ли речь о колоссальной цельной "золотине" (без кавычек невозможно отнести это слово к массе в десятки и даже сотни килограммов) или о нескольких сближенных, но не сросшихся между собой выделениях самородного золота, цементирующих жильные минералы, чаще всего - кварц.

Так, самым большим скоплением самородного золота считается найденная в Австралии "Плита Холтермана". Она представляла собой крупный обломок кварцевой жилы, достигающий в длину более 140 см и толщиной в 10 см и более. Вся эта каменная плита пронизана тесно сросшимися и примыкающими друг к другу частицами самородного золота. Масса плиты превышала 280 кг, а заключенного в ней золота - 90 кг.

Скопления, самородков или легко распадающиеся на отдельные куски самородки добывались из "кустов" в золотоносных жилах. "Кусты" обычно располагались сравнительно неглубоко от земной поверхности. Длина их измерялась первыми десятками метров, а общая масса извлеченных самородков достигала десятков килограммов. Величина отдельных самородков изменялась при этом от граммов до килограммов.

Рис. 1. Самородок из россыпи. Увел. 0,25

В подавляющем большинстве случаев самородки представляют собой слитное образование, своего рода гигантскую "золотину". Размеры их колеблются от нескольких миллиметров до десятков сантиметров (рис. 1,2).

Рис. 2. Самородок комковидной формы (из россыпи). Увел. 3

До настоящего времени существуют различные мнения о том, с какой же собственно величины частица золота получает почетное право называться самородком?

На практике устанавливается своя граница для каждого золотоносного района. Там, где самородки массой сотни граммов и килограммы представляют обычное явление, самородок, весящий 50-100 граммов, назовут мелким, а двадцатиграммовый, скорее всего, - просто золотиной. Но в местах преимущественного распространения мелкого золота даже полуграммовую частицу величают приличным самородком. Недаром Ю. А. Билибин относил к самородкам "частицы, резко выделяющиеся по своей крупности из общей массы металла" и считал, что минимальная масса самородков для каждого участка россыпи должна устанавливаться отдельно.

Н. В. Петровской предложена классификация самородного золота по размерам его частиц и скоплений. В этой классификации к мелким отнесены самородки массой 5-10 г, средним - десятки граммов, крупным - сотни, весьма крупным - килограммы и к гигантским - десятки килограммов.

Таким образом, минимальная масса золотых самородков не является четко зафиксированной величиной. Среди гигантских самородков, кроме "Плиты Холтермана", известностью пользуются австралийские самородки "Блестящий Барклай" (54,2 кг) и "Желанный незнакомец" (70,9 кг). Близкие по массе к другим австралийским самородкам "Канадец-1" и "Канадец-2" (50,2 и 40,0 кг) найдены в последние годы в Бразилии. Такого же порядка был и самый крупный из самородков, найденных в нашей стране на Южном Урале, - "Большой треугольник" (36,0 кг). Гигантские самородки известны в США и Канаде.

Значительная часть крупных скоплений самородного золота не сохранилась. Они переплавлены, а иногда золотодобытчики делили самородки на части. Сохранилось предание, что самый большой самородок, найденный в прошлом веке на Ленских приисках, старатели разрубили при дележе топором. Отдельные обломки известных самородков, например, "Малого Тыелгинского", находятся в различных коллекциях. Невредим "Большой треугольник", а также ряд гигантских и крупных самородков, демонстрировавшихся в Оружейной палате Кремля (см. рис. 1).

Чем крупнее самородки, тем реже они встречаются в природе. Можно думать, что вероятность находок гигантских самородков весьма невелика.

Но ведь и "золотой песок" очень неоднороден по размерам.

Когда при геологических работах берут пробы рыхлых песчано-глинистых пород, залегающих на плотных коренных породах в золотоносных районах, встречают золотинки различной величины.

А если золото в шлихе и кусочках пород не обнаружено даже с помощью бинокулярного микроскопа, значит ли это, что оно действительно отсутствует? Существует целый ряд аналитических способов, обнаруживающих золото, невидимое глазом, - атомно-абсорбционный, нейтронно-активационный, пробирный... И вот оказывается, что порой золотинок не видно, а в отдельных минералах, входящих в состав шлиха, чаще всего в пирите, содержания золота высокие.

То же самое случается и при изучении коренных пород - кварцевых жил, черных углистых сланцев, рассеченных кварц-пиритовыми прожилками и других, часто несущих золотое оруденение.

Куски породы дробят, получая "протолочечную" пробу, и извлекают из нее тяжелый концентрат с золотом. В экспедиционных полевых условиях эта процедура сводится к той же отмывке шлиха и изучению с лупой (а если возможно - с помощью бинокуляра) отдельных образцов (штуфов) породы.

В дальнейшем извлечение мелкого золота из шлиха или концентрата, полученного из тонкораздробленной породы, может производиться целым рядом технологических приемов. Этим уже занимаются не геологи, а специалисты по обогащению руд и технологии извлечения из них полезных компонентов.

А минералоги изучают с помощью специального рудного микроскопа в отраженном свете непрозрачные отполированные кусочки породы - аншлифы. Оказывается, что наряду с весьма мелкими золотинками, которые еще можно различить при больших (1000-1500 раз) увеличениях, часто присутствует и невидимое золото. Его удается, например, обнаружить путем традиционного пробирного анализа, когда "пустая" на вид порода переплавляется, и содержащееся в ней золото образует маленький шарик - королек. Золото порой извлекается из лишенных всяких микроскопических включений кварца, минерала, состоящего из двуокиси кремния, и сульфидов, природных сернистых соединений с металлами. Значит ли это, что невидимое золото тоже имеет самородную форму и представлено золотинками?

Ведь кроме самородного золота известно более 20 минералов, в состав которых оно входит. Только соединения его с теллуром играют заметную роль как источник добычи золота в некоторых месторождениях. Эти минералы легко отличить от самородного золота, но когда речь идет о практически невидимых частицах, требуются очень тонкие исследования, чтобы не допустить ошибки.

Вопрос о форме нахождения "невидимого" золота долгое время оставался предметом дискуссии. Он имеет не просто познавательное значение, не только дает возможность более точно представить себе процесс формирования золоторудных месторождений. Выяснение формы нахождения золота непосредственно связано и с разработкой технологических процессов получения этого элемента из руд.

В классификации выделений золота по размерам к видимому золоту относят частицы 0,1 мм и крупнее, а более мелкие считаются тонкодисперсными. В этой группе частицы размером 0,5-100 мкм называют микроскопическими, менее 0,5 мкм - субмикроскопическими. Последние, в свою очередь, разделяют на ультратонкодисперсные (0,1-0,5 мкм) и коллоиднодисперсные (менее 0,1 мкм) выделения.

Долгое время продолжался спор между сторонниками гипотезы о том, что ультратонкодисперсное золото входит в кристаллическую структуру других минералов (В. Н. Войцеховский, И. М. Коробушкин, В. А. Нарсеев, М. М. Старова и др.), и теми, кто утверждал, что эти невидимки в основной своей массе являются золотинками - субмикроскопическими выделениями самородного золота (А. М. Гаврилов, Н. В. Петровская и др.). Спор решался в процессе изучения золотых руд, содержащих невидимое золото, с помощью комплекса новейших методов исследования вещества - рентгеноструктурного анализа, рентгеноспектрального, растровой электронной микроскопии, парамагнитного резонанса, нейтронно-активационного и ряда других. Некоторые вопросы пытались выяснить путем постановки экспериментов. К сожалению, почти все эти методы давали приверженцам различных точек зрения только косвенные, далеко не однозначные подтверждения их представлений. Наиболее определенные результаты были получены при электронно-микроскопических исследованиях с применением микродифракции и избирательного растворения. А. М. Гаврилову с соавторами удалось установить присутствие в сульфидах ультратонкодисперсных и коллоиднодисперсных (до сотых долей микрометра) золотинок. Рассматривая сульфиды с высокими содержаниями невидимого золота при увеличениях более чем в 1100 раз, только в некоторых кристаллах удалось заметить отдельные включения самородного золота. Размеры их - несколько микрометров (тысячных долей миллиметра). Кристаллы сульфидов были расколоты, на поверхности сколов с помощью микрозондирования исследователи выявили скопления золотинок, величина которых варьировала от сотых до десятых долей микрометра. Более мелкие золотинки встречались достаточно редко. Чтобы не допустить ошибки, проверяли, нет ли в скоплениях субмикроскопических золотинок сурьмы и теллура, наиболее часто образующих с золотом природные соединения. Но кроме золота и серебра, присущих выделениям самородного золота, ничего не обнаружили A. M. Гаврилову удалось также показать, что и с теоретических позиций возможность вхождения атомов золота в кристаллическую структуру сульфидов железа (пирита) и мышьяка (арсенопирита), широко распространенных в золотых рудах и нередко концентрирующих невидимое золото, крайне мала.

По-видимому, пределом образования мельчайших золотинок служит момент их перехода в самородное состояние из коллоидного, промежуточного состояния между молекулярнодисперсными (истинными) растворами и грубодисперсными взвесями. Известно, что некоторые металлические сплавы представляют собой такие тонкодисперсные, переходные к однородным системам образования, содержащие частицы коллоидных размеров.

Размерам золотинок не напрасно уделяется столько внимания. Дело в том, что определенные размеры обусловливают не только технологию их извлечения. Величина золотинок определяет и многие другие их особенности, например, характер развития некоторых физических и химических процессов, изменяющих золотинки уже после их образования. Так, субмикроскопическое золото по сравнению с крупными золотинками растворяется гораздо энергичнее, благодаря значительно большей, если соотносить ее с величиной золотинок, площади соприкосновения с химически агрессивной средой.

Таким образом, среди золотинок есть невидимки, карлики, гиганты и весь переходный ряд от одних к другим.

Какие же причины способствуют возникновению самородков или мельчайших частиц золота? Что касается последних, то очевидно, они не имели времени и возможности сколько-нибудь вырасти или укрупниться при последующих природных процессах. В.Н.Сорокин предполагает, что они могли возникать при разрушении серно-мышьяковых комплексных соединений золота в рудоносных растворах. Золото при этом, вероятно, выпадало в коллоидной форме на поверхности растущих кристаллов пирита и арсенопирита и захватывалось ими. Впоследствии оно перераспределялось внутри кристаллов сульфидов в результате диффузии и соединялось в мельчайшие кристаллики. Невидимое золото могло также выпадать из морской воды, где оно всегда присутствует в растворенном состоянии, при образовании сульфидов в участках сероводородного заражения. Другие исследователи считают, что быстрое выделение золота из простых золото-сернистых и золото-мышьяковистых соединений, которые легко распадаются, происходит при кристаллизации сульфидов. Согласно последней гипотезе, из растворов сложного состава, содержащих теллур, селен, висмут, сурьму и другие элементы, способствующие появлению устойчивых полимерных соединений, золото выпадает медленно. Происходит постепенный послойный рост золотинок; их размеры увеличиваются.

А вот какой величины могут достичь золотинки, зависит от целого ряда причин. Важное обстоятельство - количество золота, которое транспортируют золоторудные растворы к месту их разгрузки. Оказывают влияние физико-химические условия в процессе образования руд и роста золотинок - скорости изменения температуры, давления, состава растворов, концентрации в них золота. От этого зависит скорость процессов минералообразования, включая отложение самородного золота, их длительность, масса золота, которая могла выделиться из растворов.

Большую роль играет присутствие минералов, способствующих осаждению золота, и высокая степень раздробленности в рудных телах минералов, включающих золото, особенно кварца и сульфидов.

Наконец, золотинки могут увеличиваться и уменьшаться в размерах уже после своего возникновения в результате перегруппировки в процессе продолжающегося формирования руд (внутрирудные преобразования) или после завершения рудообразования (пострудные изменения).

Наблюдения на многих месторождениях показали, что весьма крупное золото и самородки встречаются в участках, где сочетается ряд благоприятных признаков - хрупкие деформации кварца и других минералов, проявления внутрирудного выщелачивания и переотложения минерального вещества, наличие минералов-осадителей золота и легко замещаемых минералов, место которых могут занять золотинки.

Минералог, приступающий к исследованию самородного золота, всегда начинает с определения величины золотинок.

В дальнейшем все признаки, характеризующие золотинки, устанавливаются и описываются отдельно для каждого класса крупности. Мы не будем строго придерживаться этого правила, чтобы избежать возможных повторений, но при специальном изучении самородного золота это правило соблюдается неукоснительно.