Способ исследования природных полупроводниковых минералов и устройство для его осуществления

Союз Советских Социалистических Республик(23) П тет Государственный комите Совета Министров СССата опубликования описания 28.11.7 ф(72) Авторы изобретен А, Фата И. Красников, А. С. Гурьевич, В, С, Сычугов и 71) Заявитель аикальскии комплексныи научно-исследоват Министерства геологии ССС(54) СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРИРО ПРОВОДНИКОВЫХ МИНЕРАЛОВ И У ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИ 2 Изобретение относится к области исследований природных полупроводниковых минералов, например, сульфидов. Эти исследования стимулируются выявленными закономерностями изменсния физических свойств минералов в зависимости от генезиса их образования, который также определяет и условия рудообразования некоторых драгоценных и цветных металлов, например, золота, вольфрама, олова и др., что позволяет представить зональность месторождений, находить связь с условиями рудообразования. Это дает возможность выявить новые рудные участки на действующих горнорудных предприятиях, а также прогнозировать перспективность новых рудных месторождений,Одним из наиболее информативных способов исследования природных полупроводниковых минералов является измерение термо-ЭДС, коорое успешно применяется как к поликристаллическим минеральным агрегатам, так и к монокристаллам.Известен способ исследования искусственных полупроводников, например германия или кремния, путем измерения их термо-ЭДС. Определение знака и величины тсрмо-ЭДС в этом случае производится путем включения исследуемого образца полупроводника в цепь, образованную холодным металлическим электродом, измерительным прибором, например гальваномстром, илп электронным усплпгслсм и горячим металлическим электродом, Так как величина тсрмо-ЭДС для полупроводника во много раз больше, чем для металлов, то 5 знак тсрмо-ЭДС на грашще полупроводникас металлом от природы металла пе зависит.Для исследования термо-ЭДС в природныхполупроводниках минералах использустся тот жс способ измерений, что н прп нсслсдова циях искусственных полупроводников, отяцели этих исследований сущсствсццо отличаются. В то время как искусствсццыс полупроводники весьма однородны и для исследования в них величины тсрмо-ЭДС достаточно 15 одного пли нескольких измерений, в природных минералах в пределаобъсма одного минерального агрегата, а также прп персоде от одного минерала к другому, взятому из одного ц того же места, значения тсрмо-ЭДС 20 изменяются в широкипределах, Поэтому вприродных полупроводцпковыминералаизмеряют и рсгистрируют на отобранных н имеющих геологическую привязку образцах распределение тсрмо-ЭДС по повс рхпости 25 каждого мцнсрала в ограцичсшюм числе точек (1 О - 20), выбранных случайным образом, с последующей статистической обработкой, в результате которой получают некоторые ус.реднсцные электрофизические характеристики 30 минералов. Ооычно в качестве таких характсристик используют следующие величины: относительное количество измерений, в которых термо-ЭДС была положительна (отрицательна), среднее значение измеренных положительных термо-ЭДС, среднес значение измеренных отрицательных термо-ЭДС, общее среднее значение всех измеренных термо-ЭДС.Целью изобретения является изучение закономерностей влияния генезиса минералов на изменение электрофизических свойств в пределах отдельных кристаллов, а также решение обратной задачи - определение генезиса минералов путем исследования их электрофизических свойств.Цель достигается тем, что в способе, заключающемся в том, что изготовляют из минерала аншлиф, подвергают его поверхность элсктролитическому травлению и определяют зоны роста кристаллов, их центры, периферию и границы, осуществляют сканирование поверхности аншлифа термоэлектродами по прямым параллельным линиям, регистрируют получающееся распределение термо-ЭДС и сопоставляют его с визуально наблюдаемыми на протравленном аншлифе зонами - центрами роста кристаллов, псриферией, границами роста.Для реализации предлагаемого способа предназначено устройство, отличающееся от известного устройства, содержащего горячий и холодный электроды, усилитель, вычислитель регистрирующий прибор, например самописец, тем, что для автоматизации исследования минералов электроды связаны с электромеханическим приводом, обеспечивающим продольное прямолинейное перемещение по плоскости аншлифа, и ручным механическим приводом, обеспечивающим поперечное смещение электродов, При исследовании отдельных минералов, с электромеханическим приводом связан горячий электрод, а второй электрод установлен неподвижно.На фиг, 1 изображена структурная схема предлагасмого устройства; на фиг. 2 - схема измерительного датчика; на фиг. 3 - график распределения термо-ЭДС в некоторых монокристаллах арсенопирита,Апшлиф образца 1 укреплен на столике 2. По поверхности аншлифа движутся измерительные электроды 3 - горячий и холодный, Привод электродной системы осуществляется мотором 4 через редуктор 5. Сигнал с измерительных электродов после усилителя 6 поступает на самописец 7 и в вычислительное устройство 8.На фиг, 2 представлен вариант с неподвижным холодным электродом и движущимся горячим электродом. Образец 1 (аншлиф), вдавленный в пластичную мастику 9 укреплен а выдвижном основании 10, вдвигаемом в пазы подвижного столика 2. Подвижной столик передвигается по цилиндрическим направляющим 11, укрепленным на станине 12. Подвижной столик служит для первоначаль 5 о 15 20 25 зо 35 40 45 50 55 во 65 пой установки положения минерала относительно горячего электрода 13. С целью выбора точки подключспия холодный электрод 14 может перемещаться в поперечном относительно направления движения горячего электрода направлении с помощью микрометрического винта 15. Подвижная часть устройства 16, вместе с горячим электродом 13 движется по салазкам 17. Привод осуществляется от электромотора 18 через редуктор 19. Для удобства наблюдения за поверхностью аншлифа, по которой движется горячий электрод, использован микроскоп 20.Предлагаемым способом с помощью разработанного и изготовленного устройства были исследованы ряд минералов и получены ценные результаты, позволяющие по-новому подойти к вопросу описания механизма формирования природных минералов и влияния на процесс основных параметров среды, в которой происходит кристаллизация минералов. Для примера на фиг. 3 показано распределение термо-ЭДС в некоторых монокристаллах арсенопирита.На фиг, 3 а и б в центре кристалла обнаруживается узкая зона арсенопирита дырочной проводимости, в то время как остальной объем минерала имеет электронную проводимость. Эти графики характеризуют разные направления исследования одного и того же образца, пересекающиеся в районе центра кри сталла. Начало и конец записи приходятся на участки диэлектрической породы, в связи с чем термо-ЭДС здесь нулевая. Преимущественно электродный характер проводимости в данном минерале характерен для верхней части месторождения. На глубине же кристаллы минерала характеризуются преимущественно дырочным характером проводимости.На фиг. Зв, г, д, е показаны результаты исследования нескольких образцов с преимущественно дырочной проводимостью, которые соответствуют глубинным горизонтам месторождения. В кристаллах заметно постепенное увеличение периферийной зоны с электронной проводимостью, нарастающей на арсенопирите дырочной проводимиости (центральная часть кристалла).Исследование термо-ЭДС производится на аншлифе 1 отдельного минерального агрегата либо на аншлифе породы с вкраплениями исследуемых минералов (штуф), плоская поверхность которых подвергается электролитическому травлению так, что становятся визуально различны характерные зоны-центры роста кристаллов исследуемого минерала и периферия, где рост этих кристаллов заканчивался, Измерение термо-ЭДС в предлагаемом способе проводится не в случайных точках поверхности минерала, как в прототипе, а путем сканирования поверхности аншлифа измерительными электродами параллельными линиями, При этом картина распределения термо-ЭДС по каждой из линий на поверхности аншлифа 1 регистрируется самописцем 7,5Сопоставление зарегистрированных диаграмм распределения термо-ЭДС с визуально наблюдаемыми на травленном аншлифе зонами- центрами роста кристаллов, промежуточными и периферийными зонами позволяет выявлять ценные закономерности, сформулированные в качестве цели изобретения,Аншлиф 1 минерала устанавливается на горизонтальном подвижном столике 2 и измеритальные электроды 3 устанавливаются на его поверхности с возможностью равномерного прямолинейного движения. Образующаяся на измерительных электродах термо-ЭДС усиливается усилителем 6 и регистрируется самописцем 7 на диаграммной ленте, Для сопоставления со способом, являющимся прототипом, усиленный сигнал термо-ЭДС может также подаваться в вычислительное устройство 8 которое осуществляет статическую обработку результатов. Для исследования единичных минеральных агрегатов с целью упрощения конструкции предусматривается вариант с неподвижным холодным электродом 14. В этом случае равномерное прямолинейное движение по поверхности аншлифа сообщается только горячему электроду 13. Вместе с электродами на подвижной части установлен микроскп 20, наблюдение через который за поверхностью аншлифа или ее фотографирование облегчает сопоставление с распределением термо-ЭДС.Исследования, проведенные предлагаемым способом, позволили сделать важный с генетической точки зрения вывод о том, что арсенопирит, а также некоторые другие природные минералы из группы сульфидов в пространстве кристаллов и во время обнаруживают единую направленную изменчивость свойств, предопределяемую направленным изменением условий рудообразования. 5 10 15 20 25 Зо 35 6 Формула изобретения1. Способ исследования природных полупроводниковых минералов, заключающийся в том, что изготовляют из минерала аншлиф подвергают поверхность аншлифа электролитическому травлению и определяют зоны ро. ста кристаллов, их центры, периферию и границы, отличающийся тем, что, с целью излучения закономерностей влияния генезиса минералов на изменение электрофизических свойств в пределах отдельных кристаллов, а также решения обратной задачи определения генезиса минералов путем исследования их электрофизических свойств, осуществляют сканирование поверхности аншлифа термоэлектродами по прямым параллельным линиям, регистрируют получающееся распределение термо-ЭДС и сопоставляют его с визуально наблюдаемыми на протравленном аншлифе зонами- центрами роста кристаллов, периферией, границами роста.2, Устройство для осуществления способа по п. 1, содержащее горячий и холодный электроды, усилитель, вычислитель и регистрирующий прибор, например самописец, о т л и ч ающееся тем, что, с целью автоматизации исследования минералов, электроды связаны с электромеханическим приводом, обеспечивающим продольное прямолинейное перемещение по плоскости аншлифа, и ручным механическим приводом, обеспечивающим поперечное смещение электродов.3, Устройство по п. 2, отличающееся тем, что, с целью упрощения конструкции при исследовании отдельных минералов, с электромеханическим приводом связан горячий электрод, а второй электрод установлен неподвижно.оставитель 3, Терехова едактор Н. Колядаехред М Семеноврректор Е. Хмелева Заказ 2582 Тираж 725 НПО комитета СССР по21 Изд.64 Подписно Государственного Совета Министров дслам изобретени открытий Москва, Ж,кая наб д. 4/5