RAPORT STIINTIFIC

Institutul de Chimie Fizica "Ilie Murgulescu", Academia Romana - Bucuresti

Grupul “Spectroscopie de electroni - XPS” http://www.icf.ro/groups/xps/index.html

Dr. Petre Osiceanu, fizician, Cercetator stiintific I, conducator Grup, Email: posic@icf.ro

Institutul Geologic al Romaniei, Institut national de cercetare – dezvoltare in domeniul

Geologiei, Geofizicii, Geochimiei si Teledetectiei.

Dr. Inginer Gavril Sabau, Cercetator stiintific I, g_sabau@yahoo.co.uk

Propunere

pentru constituirea unei "Baza de date" actualizate, cu mijloace moderne de investigare din

rocile de interes de pe teritoriul Romaniei, prelevate de Institutul Geologic al Romaniei si

analizate prin metoda Spectroscopiei de electroni (XPS - Premiul Nobel pentru Fizica, 1981) la

Institutul de Chimie Fizica "Ilie Murgulescu", al Academiei Romane.

Institutul dispune de un echipament de ultima generatie PHI Quantera (SUA – Japonia) (Proiect

European INFRANANOCHEM), cu care se face o analiza de mare acuratete a TUTUROR

elementelor din sistemul periodic cu o sensibilitate in domeniul ppb (10-4

dintr-un monostrat), cat

si legaturilor si combinatiilor chimice in care se afla.

Productivitatea este :

-100 esantioane / an pentru o analiza complexa ce presupune curatirea “in situ” a probelor,

achizitia, procesarea si interpretarea rezultatelor experimentale.

Exista atat echipament performant, cat si expertiza la nivel inalt apte sa contribuie la crearea unei

astfel de “baze de date”, care ar putea sa constituie proprietatea Academiei Romane.

In Anexa33 prezentam rezultate obtinute de laboratorul nostru pe probe geologice furnizate de Dr.

Gavril Sabau, Institutul Geologic al Romaniei precum si lista de lucrari recente.

Probele de materiale geologice (minerale și agregate de minerale, în parte minereuri) au fost

selecționate pentru a testa și aplica avantajele principale ale XPS fata de alte metode analitice

nedistructive comparabile, în special analiza cantitativa cu dispersie după lungimea de unda la

microsonda electronica, respectiv pentru a sesiza și compensa eventualele dezavantaje.

Avantajele constau din:

- marea sensibilitate și acuratețe a metodei,

- capacitatea de detectare a elementelor usoare,

- deplasarea chimica a benzilor de emisie (energiilor de legatura) în funcție de starea de oxidare a

elementelor și natura legaturilor chimice.

- prezinta o excelenta complementaritate cu microsonda electronica (EPMA) care are o rezolutie

spatiala superioara fara a putea insa detecta elementele cele mai usoare , sau prezentand

fenomenul de suprapunere a liniilor spectrale.

Probele geologice au fost selecționate pentru a sesiza caracteristici chimice ale mineralizațiilor din

ocurențe cunoscute în vederea constituirii unei baze de date de referinta, astfel:

Proba#1: zacamant Rosia Montana , omogena cu continut ridicat de Au si Ag.

Proba#2: zacamant Musariu, neomogena prezentand faze diferite:(Te,Pb); (Te,Pb,Au,Ag); (Zn,S)

Proba#3: zacamant Costesti- Muntii Capatanii, omogena cu continut majoritar As si Fe.

Toate detaliile cercetarii fizico-chimice sunt prezentate in cele ce urmeaza.

1. Proba geologica din zacamant Rosia Montana (89RM)

33

Proba constă dintr-un agregat de cristale

idiomorfe de aur din zăcământul Rosia

Montană, recoltată din zona filoniană cu aur

liber relativ larg cristalizat.

Fig. 1 Spectrul general XPS al probei “Rosia Montana”, ca atare (fara nicio interventie)

Elemente detectate: Au, Ag, I, Na, S, C, O.

Se observa atat liniile caracteristice ale Au si Ag, cat si cele apartinand altor elemente prezente pe

suprafata. Concentratiile masice calculate sunt: Au - 68%; Ag - 32%, dar putem indeparta

contaminantii suprafetei (C, I, Na, S) si gasim spectrul probei curate (Fig 2), cu concentratiile:

Au-82%; Ag - 18%.

Fig. 2 Spectrul general XPS al probei “Rosia Montana” dupa 5.0 min curatire “in situ”

cu fascicul de ioni de argon.

2. Proba zacamant Musariu (4M)

Proba de la Musariu constă din

fragmente din filonase cu telur liber

si telururi, aflate în diverse rapoarte

cantitative, granulatii si grad de

concrestere, asociate cu o gangă

cuartoasă, cu calcit mult subordonat

în roci caolinizate. La examinarea

sumară calcografică s-au identificat

fazele telur nativ (Te), silvanit

(AuAgTe4), hessit (AgTe2), empressit

(AgTe), coloradoit (HgTe) si o

telurură care nu a putut fi identificată

optic, posibil krennerit [(Au,Ag)Te2]. Subordonat, atât în zona de umplutură

filoniană, cât si în masa alterată a rocii gazdă apar sulfuri, în principal pirită

(FeS2), calcopirită (CuFeS2) si blendă (ZnS).

Fig. 3 Spectrul general XPS al probei “zacamant Musariu”, dupa 5.0 min curatire “in situ”

cu fascicul de ioni de argon.

Analizand o alta regiune (aria 26), gasim

numai Te si Pb

Fig. 4 Spectrul XPS de inalta rezolutie al Te3d

corespunzand atat Te metallic, cat si

compusului PbTe

Fig. 5 Spectrul XPS de inalta rezolutie al Pb4f

in PbTe

Intr-o alta regiune a probei

“zacamant Musariu”, s-au gasit in 6

zone diferite Au si Ag pe langa Te

si Pb gasite anterior.

Fig. 6 Spectrele XPS suprapuse al dubletului Au4f in 6 zone ale probei

Fig. 7 Spectrele XPS suprapuse al dubletului Ag3d in 7 zone ale probei din care 6 se

suprapun cu Au4f (vezi Fig.6)

Zona 18 a probei “zacamant Musariu” prezinta numai elementele Zn si S astfel:

Zn metalic (48%) si blenda (ZnS=52%)

Fig. 8 Spectrul XPS de inalta rezolutie al

zincului

Fig. 9 Spectrul XPS de inalta rezolutie al

sulfului

3. Proba zacamant Costesti-Muntii Capatanii (07Cp1)

Proba a fost recoltată dintr-o umplutură

filoniană compusă dominant din

arsenopirită (FeAsS), asociată cu pirită

(FeS2) si calcopirită (CuFeS2)

subordonate, continând si mici cantităti

de aur nativ fin, argint si bismut

neomogen diseminate în masa

mineralizatiei. Mineralul de gangă este

calcitul.

Fig. 10 Spectrul general XPS al probei “zacamant Costesti-Muntii Capatanii”

Elemente detectate: As, Fe, Ag, Ca, S, C, O. Pe spectru sunt trecute concentratiile masice relative

ale cationilor metalici.

Concluzii:

- Romania are resurse stiintifice umane si materiale (cu deosebire din fonduri europene)

apte sa contribuie la crearea unor “Baze de date” aduse la zi privind caracterizarea

zacamintelor in privinta fazelor prezente si a detaliilor lor compozitionale.

Pe langa metoda folosita (XPS) pentru determinarile de mai sus exista si alte metode

complementare disponibile in Romania: microsonda electronica (EPMA), analiza prin

fluorescenta (XRF), difractia de raze X (XRD), microscopia de electroni (SEM, EDX) ,

retroimprastiere Rutherford (RBS), etc., toate in colective cu mare expertiza stiintifica.

- Un colectiv interdisciplinar format din fizicieni, geologi, chimisti si ingineri cu experienta

stiintifica pot sa contribuie la cartografierea tuturor zacamintelor de minerale si nu numai

din Romania. Acesta ar avea competenta de a stabili o strategie si mijloacele concrete

pentru a face din cunoasterea, explorarea si exploatarea acestor resurse o afacere

predominant sau total romaneasca.

Foarte probabil ca la acest demers ar cupla puternice forte stiintifice din diaspora.

- Cercetarile pe probe geologice folosind tehnici de investigare moderne imbina valoarea

economica cu cea stiintifica.

Investitii necesare:

- finantarea cercetarilor geologice

- asigurarea intretinerii echipamentelor stiintifice (deja existente) implicate in Proiect.

Dr. Petre Osiceanu - fizician

Dr. Gavril Sabau - geolog