Способ исследования природных полупроводниковых минералов и устройство для его осуществления

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (1iI 567II53 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 21.03.75 (21) 2115943/25 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 30.07.77. Бюллетень № 28

Дата опубликования описания 28.11.77 (51) М. Кл.з G 01Ч 9/00

Государственный комитет

Совета Министров СССР по дела(и изобретений н открытий (53) УДК 550.839(088.8) Ф

) . ." . т

Ф

В. И. Красников, А. С. Гурьевич, В. С, Сычугов и В. A.I Мворов, ", т.=,;т„.

Забайкальский комплексный научно-исследовательский институт

Министерства геологии СССР (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРИРОДНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МИНЕРАЛОВ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

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 TBK?Kc определяет и условия рудообразования некоторых драгоценных и цветных металлов, например, золота, вольфрама, олова и др., что позволяет представить зональность месторо?кдений, 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 полупроводника с металлом от природы металла пе зависит.

Для исследования термо-ЭДС в природных полупроводниках минерала«использустся тот

?кс способ измерений, что н прп нсслсдова10 ниях искусственных полупроводников, «отя цели этих исследований сущсствснно отличаются. В то время как искусствспныс полупроводники весьма однородны и для исследования в них величины тсрмо-ЭДС достаточно

15 одного пли нескольких измерений, в природных минералах в предела«объсма одного минерального агрегата, а так ке прп перс«оде от одного минерала к другому, взятому из одного и того же места, значения тсрмо-ЭДС

20 изменяются в широки«пределах. Поэтому в природны.; полупроводнпковы«мипсрала«измеряют и pcI èñòðnpóþò на отобранных н имеющих геологическую привязку образцах распределение тсрмо-ЭДС по поверхности

25 каждого мпнсрала в ограпичсшюм числе точек (10 — 20), выбранных случайным образом, с noc;Icдующей статистической обработкой, в результате которой получают некоторые усредненные электрофизические характеристики

30 минера IOB. Обы шо в качестве таких характс567153 ристик 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 пр длагасмого 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 на выдвижном основании 10, вдвигаемом в пазы подвижного столика 2. Подвижной столик передвигается по цилиндрическим направляющим 11, укрепленным на станине 12.

Подвижной столик служит для первоначаль5

25 зо

65 пой установки положения минерала относительно горячего электрода 13. С целью выбора точки подключения 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. За 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, 5

Сопоставление зарегистрированных диаграмм распределения термо-ЭДС с визуально наблюдаемыми на травленном аншлифе зонамицентрами 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.

567153

Формула изобретения

1. Способ исследования природных полупроводниковых минералов, заключающийся в том, что изготовляют из минерала аншлиф подвергают поверхность аншлифа электролитическому травлению и определяют зоны роста кристаллов, их центры, периферию и границы, отличающийся тем, что, с целью

10 излучения закономерностей влияния генезиса минералов на изменение электрофизических свойств в пределах отдельных кристаллов, а также решения обратной задачи определения генезиса минералов путем исследова15 ния 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, обеспечива«зо ющим 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.

567153

Составитель 3. Терехова

Редактор Н. Коляда

Техред М. Семенов

Корректор E. Хмелева

Заказ 2582/21 Изд. № 640

Тираж 725 Подписное

НПО Государственного комитета Совета Министров

СССР по дслам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2