Если золото всего лишь «вкраплено» в кристалл, но не может оттуда выйти, извлечь его всё равно сложно. Поэтому после того, как мы научились ослаблять связь Au с матрицей, возник следующий вопрос: а может ли атом золота начать перемещаться внутри минерала? И если да, то можно ли этим управлять?
На втором этапе мы применили молекулярную динамику — метод, который позволяет увидеть движение каждого атома во времени. Чтобы расчёты были точными, они использовали потенциалы глубокого обучения (Deep Potential), обученные на квантово-механических данных. Это дало возможность моделировать системы из тысячи атомов на наносекундных интервалах при температурах до 1250 К — то есть в условиях, близких к реальному обжигу.
Корунд (Al₂O₃): роль допантов и дефектов
В корунде добавки серы, азота и особенно углерода резко повышают подвижность золота. Например, при 500 °C коэффициент диффузии возрастает на несколько порядков. Самый сильный эффект даёт углерод, хотя он же требует большей энергии активации — видимо, из-за сильного ослабления связи Au–O.
Важно и то, какие дефекты есть в кристалле. Пустоты на месте кислорода почти не влияют на диффузию. Зато вакансии по алюминию (катионные) увеличивают проводимость золота в разы. А если добавить ещё и допант — особенно азот, — эффект становится синергетическим: подвижность возрастает максимально.
Пирит (FeS₂): похожие механизмы, но свои особенности
В пирите картина схожа, но с нюансами. Наиболее эффективные допанты — кислород и азот. Вакансии по сере (анионные) почти бесполезны, а вот вакансии по железу (катионные) значительно ускоряют перемещение золота. Рекордную проводимость даёт сочетание вакансий по железу с добавкой углерода.
Интересно, что абсолютная подвижность золота в корунде выше — там шире диффузионные каналы. Однако в пирите энергия активации ниже, поэтому при сравнительно низких температурах (500–750 °C) пирит может быть даже более «податливым».
Цифры, которые говорят сами за себя
Коэффициенты диффузии, рассчитанные для разных вариантов, показывают колоссальную разницу. Например, в чистом пирите при 500 °C D ≈ 1,6×10⁻¹³ см²/с, а в пирите с вакансиями по железу и углеродом — уже 7,5×10⁻¹⁰ см²/с. Рост на 7–8 порядков! Это означает, что золото, которое раньше было закреплено, в модифицированной структуре начинает активно двигаться, создавая возможность для последующего извлечения.
Что это значит для технологии?
Моделирование чётко показало: подвижностью дисперсного золота можно управлять. Достаточно создать в кристалле нужные дефекты (катионные вакансии) и ввести подходящие допанты (C, N). Тогда даже при температурах, характерных для пирометаллургии, атомы золота начнут перемещаться, выходить из «ловушки» и становиться доступными для реагентов.