DOI: https://doi.org/10.19111/bulletinofmre.1682894
تاريخ النشر: 2025-05-26
المؤلف: Medet Junussov وآخرون
الموضوع الرئيسي: التحليل الجيولوجي والجيوكيميائي
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة وجود الذهب غير المرئي والعناصر النادرة في البيريت من تشكيل رمل كوفاجوسزولوس من العصر البرمي المتأخر داخل رواسب اليورانيوم في غرب ميسك. من خلال مزيج من المجهر الضوئي، وتحليل المجهر الإلكتروني (EMPA)، وتحليل الطيف الكتلي بالليزر (LA-ICP-MS)، والاستخراج المتسلسل باستخدام التحليل الطيفي للانبعاث الضوئي بالتحليل الطيفي للبلاتين (ICP-OES)، حدد الباحثون ثلاثة أشكال مميزة من البيريت: الفرامبوي، الأسمنت، واليوهيدرا. يتم العثور على البيريت الفرامبوي، ذو الأصل البكتيري، داخل المادة العضوية، بينما يرتبط البيريت الأسمنت واليوهيدرا بالكوارتز والفلسبار. ومن الجدير بالذكر أن LA-ICP-MS اكتشف تركيزًا متوسطًا من الذهب يبلغ 0.33 جزء في المليون في حبيبات البيريت، مع تأكيد الاستخراج المتسلسل لمتوسط أعلى قليلاً يبلغ 0.42 جزء في المليون. كما كشفت الدراسة عن تركيزات مرتفعة من الزرنيخ (As) والزنك (Zn) والنحاس (Cu)، إلى جانب العناصر النادرة مثل التنجستن (W) والباريوم (Ba) والنيكل (Ni).
تسلط النتائج الضوء على الكيمياء الجيولوجية المعقدة للبيريت، حيث يحدث الذهب بشكل أساسي كحل صلب داخل شبكة البيريت، ومن المحتمل أن توجد العناصر النادرة الأخرى كجزيئات معدنية نانوية على أو داخل الحبيبات. تؤكد الأبحاث على الحاجة إلى مزيد من الدراسات، بما في ذلك تحليل نظائر الكبريت، لفهم أفضل لعمليات تشكيل الخام وآليات ترسيب الذهب. يقترح نموذج التكوين المقترح أن الذهب والعناصر النادرة تهاجر وتترسب في البيريت الغني بالزرنيخ، متأثرة بالسوائل الحاملة لليورانيوم، ويؤكد على الانتقال التطوري من البيريت الفرامبوي إلى اليوهيدرا. تسهم هذه التحليلات الشاملة لأشكال البيريت وتوقيعاتها الجيولوجية المرتبطة بها في تقديم رؤى قيمة حول عمليات التمعدن داخل هذه الرواسب اليورانية.
مقدمة
تتناول مقدمة ورقة البحث ظاهرة “الذهب غير المرئي” ذو الحبيبات الدقيقة، والذي يوجد بشكل أساسي داخل البيريت الغني بالزرنيخ في رواسب خام متنوعة، بما في ذلك الأنواع الأوروجينية والمستضافة في الرواسب. يشمل مصطلح “الذهب غير المرئي” كلاً من الجزيئات تحت الميكرونية (0.1 إلى 0.01 ميكرون) والجزيئات النانوية (1 إلى 10 نانومتر)، بالإضافة إلى الذهب المدمج في الهيكل المعدني للبيريت، إما في حل صلب أو من خلال الاستبدال المتشابه. التحديات المرتبطة باستخراج هذا الذهب المقاوم، الذي يعد أكثر تكلفة في المعالجة من الذهب الحر، تسلط الضوء على أهمية التقنيات التحليلية المتقدمة التي حسنت من فهم تركيزات الذهب وتوزيعها في البيريت.
تسلط الورقة الضوء على الدراسات السابقة، وخاصة تلك التي تركزت على رواسب اليورانيوم في غرب ميسك في المجر، والتي وثقت وجود الذهب إلى جانب اليورانيوم. ومن الجدير بالذكر أن كاداس (1983) أبلغ عن تركيزات الذهب التي تصل إلى 2 جزء في المليون في هذه المنطقة، مع الإشارة إلى أن الذهب يتزايد في تشكيل رمل كوفاجوسزولوس من العصر البرمي المتأخر، الذي يتميز بمستويات عالية من اليورانيوم ومحتوى عضوي كبير. على الرغم من هذه النتائج، لا يزال هناك فجوة في الأدبيات المتعلقة بالشكل، والكيمياء الجيولوجية، ووجود الذهب في البيريت داخل هذه الرواسب. تهدف الدراسة الحالية إلى سد هذه الفجوة من خلال إجراء تحقيقات ميدانية منهجية وتحليلات مفصلة لملمس البيريت وتركيباته العنصرية، مما يسهم في تحسين نماذج الاستكشاف وإمكانية اكتشاف موارد ذهب إضافية في المنطقة.
طرق
في هذه الدراسة، تم تحليل ثمانية عينات غنية بالبيريت، مأخوذة من رمال رمادية في ثقب الحفر WHEI/2، الواقعة على بعد 15 كم غرب بيكس. تم جمع هذه العينات من أعماق تتراوح بين 831.4 م و907.4 م في منطقة تعدين اليورانيوم في غرب ميسك، حيث تشير الأبحاث السابقة التي أجراها فولتسي (1998) إلى احتمال أعلى لوجود الذهب في التشكيلات الاختزالية. تراوحت محتويات البيريت في هذه العينات بشكل كبير، من 0.6% إلى 33.4%، بمتوسط 9% كما أبلغ عنه جونوسوف وآخرون (2021؛ 2024a).
لأغراض التحليل، تم إعداد نوعين من العينات: كتل مصقولة للتحليل الضوئي والتحليل الطيفي، وعينات مسحوقية مخصصة لطريقة الاستخراج المتسلسل ذات المرحلتين. تهدف هذه الطريقة المنهجية إلى تسهيل التحقيق الشامل لخصائص البيريت وآثاره المحتملة على تمعدن الذهب في التشكيلات المدروسة.
نتائج
كشفت نتائج الدراسة التي استخدمت تحليل الطيف الكتلي بالليزر (LA-ICP-MS) على حبيبات البيريت الأسمنت عن تركيزات كبيرة من الذهب (Au) والفضة (Ag). أظهرت حبيبتان مختارتان تركيزات من Au تتراوح بين 0.20 إلى 0.67 جزء في المليون (متوسط 0.33 جزء في المليون) وتركيزات من Ag تتراوح بين 31 إلى 43 جزء في المليون (متوسط 36 جزء في المليون) للحبيبة الأولى، بينما أظهرت الحبيبة الثانية تركيزات من Au تتراوح بين 0.22 و0.46 جزء في المليون (متوسط 0.32 جزء في المليون) وتركيزات من Ag تتراوح بين 18 إلى 26 جزء في المليون (متوسط 22.6 جزء في المليون). بالإضافة إلى ذلك، تم الكشف عن مستويات عالية من الزرنيخ (As، متوسط 2.3%) والحديد (Fe، متوسط 46.5%)، على الأرجح بسبب الارتباط مع معادن السلفوسالت (As-Cu-Sb-Zn-Fe) داخل مسام البيريت. تشير النتائج إلى أن Ag موجود بتركيزات أعلى بكثير من Au، مما يشير إلى ارتباط قوي مع معادن السلفوسالت.
أكد الاستخراج المتسلسل باستخدام التحليل الطيفي للانبعاث الضوئي بالتحليل الطيفي للبلاتين (ICP-OES) وجود الذهب والفضة في المعادن الكبريتية القابلة للذوبان. في مرحلة الاستخراج الأولى، تم استخراج حد أقصى قدره 0.63 جزء في المليون من الذهب (متوسط 0.42 جزء في المليون) و0.19 جزء في المليون من الفضة (متوسط 0.17 جزء في المليون) من البيريت الغني بالزرنيخ ومعادن السلفوسالت. أسفرت المرحلة الثانية عن تركيزات أعلى من الفضة، مع حد أقصى قدره 1.19 جزء في المليون (متوسط 0.95 جزء في المليون)، بينما لم يتم الكشف عن الذهب. يشير ذلك إلى أن الفضة مرتبطة بشكل أوثق مع معادن السلفوسالت، بينما كانت عملية الاستخراج فعالة في تحريك الذهب من البيريت. تسلط الدراسة الضوء على الروابط المعدنية المعقدة وإمكانية التأثيرات الميكروبية في تشكيل هذه الأنواع من البيريت، كما يتضح من وجود البيريت الفرامبوي واليوهيدرا في العينات.
مناقشة
يوفر قسم المناقشة في ورقة البحث تحليلاً عميقًا للخصائص الجيولوجية والمعدنية لرواسب اليورانيوم في غرب ميسك، الواقعة في وسط جنوب المجر. تقع الرواسب بشكل أساسي داخل تشكيل رمل كوفاجوسزولوس من العصر البرمي المتأخر، الذي يستضيف موارد يورانيوم كبيرة، تقدر بحوالي 17,946 طنًا بمتوسط تركيز يبلغ 0.117%. تشمل الطبقات الجيولوجية أعضاء رملية متنوعة، حيث يُعزى تراكم اليورانيوم إلى عمليات التجوية للمجمعات الماجماتية. يبرز القسم الأصل المتعدد للمعادن اليورانية، التي توجد بشكل أساسي في عدسات رملية رمادية أو خضراء، ويناقش الظروف الهيدروحرارية التي تحدث فيها التمعدن، مع درجات حرارة تصل إلى 200 درجة مئوية.
تتفاصيل الورقة أيضًا الأشكال المميزة للبيريت التي تم تحديدها في الرواسب: الفرامبوي، اليوهيدرا، والبيريت الأسمنت. كل نوع يظهر قوامًا فريدًا وتوقيعات كيميائية، تعكس مراحل مختلفة من التمعدن والظروف البيئية. يرتبط البيريت الفرامبوي، الذي يدل على ظروف نقص الأكسجين، بالمادة العضوية ويحتوي على حوالي 2.11% زرنيخ. في المقابل، يظهر البيريت اليوهيدرا، الذي يتشكل خلال الدياجينيس المتأخر، محتوى أعلى من الزرنيخ (4.35%) ويرتبط بتحول البيريت الفرامبوي. يعتبر البيريت الأسمنت، الأكثر وفرة، معدنًا يشكل المصفوفة وغني بالزرنيخ والعناصر النادرة، بما في ذلك الذهب، الذي يوجد كحل صلب داخل شبكة البيريت. تؤكد النتائج على البيئة الجيولوجية المعقدة للرواسب وتقترح أن الدراسات الإضافية حول العناصر النادرة ونظائر الكبريت ضرورية لتوضيح مصادر وتطور السوائل المكونة للخامات المرتبطة بتمعدن الذهب في رواسب اليورانيوم في غرب ميسك.
DOI: https://doi.org/10.19111/bulletinofmre.1682894
Publication Date: 2025-05-26
Author(s): Medet Junussov et al.
Primary Topic: Geological and Geochemical Analysis
Overview
This study investigates the presence of invisible gold and trace elements in pyrite from the Late Permian Kővágószőlős Sandstone Formation within the Western Mecsek uranium ore deposit in Hungary. Through a combination of optical microscopy, electron microprobe analysis (EMPA), laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry (LA-ICP-MS), and sequential extraction with inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP-OES), the researchers identified three distinct pyrite morphologies: framboidal, cement, and euhedral. Framboidal pyrite, of bacterial origin, is found within organic matter, while cement and euhedral pyrites are associated with quartz and feldspar. Notably, LA-ICP-MS detected an average gold concentration of 0.33 ppm in pyrite grains, with sequential extraction confirming a slightly higher average of 0.42 ppm. The study also revealed elevated concentrations of arsenic (As), zinc (Zn), and copper (Cu), alongside trace elements such as tungsten (W), barium (Ba), and nickel (Ni).
The findings highlight the complex geochemistry of pyrite, with gold primarily occurring as a solid solution within the pyrite lattice and other trace elements likely existing as metal nanoparticles on or within the grains. The research emphasizes the need for further studies, including sulfur isotope analysis, to better understand the ore-forming processes and mechanisms of gold mineralization. The proposed formation model suggests that gold and trace elements migrate and precipitate into arsenic-rich pyrite, influenced by uranium-rich ore-bearing fluids, and underscores the evolutionary transition from framboidal to euhedral pyrite. This comprehensive analysis of pyrite morphologies and their associated geochemical signatures contributes valuable insights into the mineralization processes within this uranium deposit.
Introduction
The introduction of the research paper addresses the phenomenon of “invisible” fine-grained gold, which is predominantly found within arsenic-rich pyrite in various ore deposits, including orogenic and sediment-hosted types. The term “invisible gold” encompasses both submicron (0.1 to 0.01 microns) and nanoscale (1 to 10 nm) particles, as well as gold that is integrated into the mineral structure of pyrite, either in solid solution or through isomorphic substitution. The challenges associated with extracting this refractory gold, which is more expensive to process than free gold, underscore the importance of advanced analytical techniques that have enhanced the understanding of gold concentrations and distributions in pyrite.
The paper highlights previous studies, particularly those focused on the Western Mecsek uranium ore deposit in Hungary, which have documented the presence of gold alongside uranium. Notably, Kádas (1983) reported gold concentrations reaching up to 2 ppm in this region, with further research indicating that gold is enriched in the Late Permian Kővágószőlős Sandstone Formation, characterized by high uranium levels and significant organic matter content. Despite these findings, there remains a gap in the literature regarding the morphology, geochemistry, and gold occurrence in pyrite within this deposit. The current study aims to fill this gap by conducting systematic field investigations and detailed analyses of pyrite textures and elemental compositions, ultimately contributing to improved exploration models and the potential discovery of additional gold resources in the area.
Methods
In this study, eight pyrite-rich samples were analyzed, sourced from grey sandstones in drill hole WHEI/2, situated 15 km west of Pécs. These samples were collected from depths between 831.4 m and 907.4 m in the Western Mecsek uranium mining area, where previous research by Földessy (1998) suggests a higher likelihood of gold occurrence in reductive formations. The pyrite content in these samples varied significantly, ranging from 0.6 wt% to 33.4 wt%, with an average of 9 wt% as reported by Junussov et al. (2021; 2024a).
For analytical purposes, two types of samples were prepared: polished blocks for optical microscopy and spectroscopic analysis, and powdered samples intended for a two-stage sequential extraction method. This methodological approach aims to facilitate a comprehensive investigation of the pyrite’s characteristics and its potential implications for gold mineralization in the studied formations.
Results
The results of the study utilizing Laser Ablation Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (LA-ICP-MS) on cement pyrite grains revealed significant concentrations of gold (Au) and silver (Ag). Two selected grains exhibited Au concentrations ranging from 0.20 to 0.67 ppm (average 0.33 ppm) and Ag concentrations from 31 to 43 ppm (average 36 ppm) for the first grain, while the second grain showed Au concentrations between 0.22 and 0.46 ppm (average 0.32 ppm) and Ag concentrations ranging from 18 to 26 ppm (average 22.6 ppm). Additionally, high levels of arsenic (As, average 2.3%) and iron (Fe, average 46.5%) were detected, likely due to associations with sulfosalt minerals (As-Cu-Sb-Zn-Fe) within the pyrite’s pores. The findings indicate that Ag is present in significantly higher concentrations than Au, suggesting a strong association with the sulfosalt minerals.
Sequential extraction using Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectroscopy (ICP-OES) further confirmed the presence of gold and silver in the soluble sulfide minerals. In the first extraction stage, a maximum of 0.63 ppm of gold (average 0.42 ppm) and 0.19 ppm of silver (average 0.17 ppm) were extracted from arsenic-rich pyrite and sulfosalt minerals. The second stage yielded higher silver concentrations, with a maximum of 1.19 ppm (average 0.95 ppm), while gold was not detected. This suggests that silver is more closely associated with sulfosalt minerals, while the extraction process effectively mobilized gold from pyrite. The study highlights the complex mineral associations and the potential for microbial influences in the formation of these pyrite types, as evidenced by the presence of framboidal and euhedral pyrite in the samples.
Discussion
The discussion section of the research paper provides an in-depth analysis of the geological and mineralogical characteristics of the Western Mecsek uranium deposit, located in south-central Hungary. The deposit is primarily situated within the Late Permian Kővágószőlős Sandstone Formation, which hosts significant uranium resources, estimated at approximately 17,946 tonnes with an average concentration of 0.117%. The stratigraphy includes various sandstone members, with uranium accumulation attributed to weathering processes of magmatic complexes. The section highlights the polygenic origin of uranium ores, which are found predominantly in grey or greenish sandstone lenses, and discusses the hydrothermal conditions under which mineralization occurs, with temperatures reaching up to 200°C.
The paper further details the distinct morphologies of pyrite identified in the deposit: framboidal, euhedral, and cement pyrite. Each type exhibits unique textures and geochemical signatures, reflecting different stages of mineralization and environmental conditions. Framboidal pyrite, indicative of anoxic conditions, is associated with organic matter and contains approximately 2.11 wt% arsenic. In contrast, euhedral pyrite, formed during late diagenesis, shows higher arsenic content (4.35 wt%) and is linked to the transformation of framboidal pyrite. Cement pyrite, the most abundant type, serves as a matrix-forming mineral and is enriched in arsenic and trace elements, including gold, which is present as a solid solution within the pyrite lattice. The findings underscore the complex geochemical environment of the deposit and suggest that further studies on trace elements and sulfur isotopes are necessary to elucidate the sources and evolution of the ore-forming fluids associated with gold mineralization in the Western Mecsek uranium ore deposit.