The possibilities of instrumental neutron activation analysis with the radionuclide source Cf-252 for the determination of strategic metals in mineral raw materials

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The review examines the prospects for involvement in the processing of gold-bearing and rare earthmetal ores that are considered to bestrategic mineralresources.Itprovides information about the mineral resource base of goldand describes themineral formations and associations of gold intheseores.The article also provides informationon the state of the mineral resource baseforrare earth metals,includingscandium,based ondatafrom published sources such asthe journals “Mining Industry” and “Gold and Technology”. Due to the complexnatureoftheseores andtheirlow content of valuable components,obtainingaccurate analytical datacan be challenging. However, thereviewdiscussesmodern analytical methods thatcan helpaccurately determine theconcentrationof strategic metals intheseore objects. The method of instrumental neutron activation analysis(INAA), which belongs to the group of non-destructive methods, provides the analysis of representative samples and is characterized by high accuracy (correctness) of definitions, is considered in detail. The article presents the nuclear physical characteristics of the elements often determined by this method. Examples of the determination of Au, Sc, andrare earth elements (REE)in ore samples andwaste materials usingthe INAAtechniquewith a Californium neutron sourceare given.

About the authors

S. I. Ivannikov

Institute of Chemistry, FEB RAS

Email: fyajkfqn@mail.ru
Vladivostok, Russia

N. S. Markin

Institute of Chemistry, FEB RAS

Email: markkin.ns@gmail.com
Vladivostok, Russia

L. A. Zemskova

Institute of Chemistry, FEB RAS

Email: zemskova@ich.dvo.ru
Vladivostok, Russia

References

  1. Laznicka P. Giant Metallic Deposits: Future Sources of Industrial Metals. New York: Springer; 2010. 949 p. doi: 10.1007/978-3-642-12405-1.
  2. Vind J., Tamm K. Review of the extraction of key metallic values from black shales in relation to their geological and mineralogical properties.Min. Eng.2021;174. 107271. doi: 10.1016/j.mineng.2021.107271.
  3. Hu Y., You M., Liu G., Dong Z., Jiao F., Meng Y. The potential utilizing of critical element from coal and combustion residues.Energies. 2021;14:4710. doi: 10.3390/en14154710.
  4. Problemy rossypnoj zolotodobychi = [Problems of alluvial gold mining].Dobyvayushchaya Promyshlennost’. 2024;(48):40–42. (In Russ.). URL:https://dprom.online/wp-content/uploads/2024/12/DP_6_2024.pdf(date of access: April 25, 2025).
  5. MSB zolota v Rossii: zapasy est’, no GRR neobhodimy = [Gold mining in Russia: there are reserves, but exploration is necessary].Dobyvayushchaya Promyshlennost’. 2024;(46):138–143. (In Russ.). URL:https://dprom.online/wp-content/uploads/2024/08/DP_42024.pdf(date of access: April 20, 2025).
  6. Zaharov B.A. Meretukov M.A. Zoloto: upornye rudy = [Gold: refractory ores]. Мoscow: Ore and Metals Publishing House;2013. 452 p. (In Russ.).
  7. Byhovskij L.Z., Potanin S.D., Kotel’nikov E.I. O perspektive i ocherednosti osvoeniya mineral’no-syr’evogo potenciala redkozemel’nogo i skandievogo syr’ya Rossii = [On the prospects and priorities for the development of the mineral resource potential of rare earth and scandium raw materials in Russia].Prosp. and Protect. of Min. Res. 2016;(8):3–8. (In Russ.).
  8. Smagunov N.V. Issledovanie form i predelov vhozhdeniya zolota v mineraly i neorganicheskie kristally = [Study of forms and limits of gold in minerals and inorganic crystals: autoref. diss. Candidate of Chemical Sciences.]. Irkutsk; 2007. 20 p. (In Russ.).
  9. Fayyaz A., Baig M.A., Waqas M., Liaqat U. Analytical Techniques for Detecting Rare Earth Elements in Geological Ores: Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS), MFA-LIBS, Thermal LIBS, Laser Ablation Time-of-Flight Mass Spectrometry, Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy, Energy-Dispersive X-ray Fluorescence Spectrometer, and Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectroscopy.Minerals. 2024;14:1004. doi: 10.3390/min14101004.
  10. Balaram V. Advances in analytical techniques and applications in exploration, mining, extraction, and metallurgical studies of rare earth elements.Minerals. 2023;13:1031.
  11. Pinto F.G., Junior R.E., Saint’Pierre T.D. Sample preparation for determination of rare earth elements in geological samples by ICP-MS: a critical review.Anal. Lett. 2012;45:1537–1556. doi: 10.1080/00032719.2012.677778.
  12. Silachyov I., Glagolev V.A., Kokkuzova M.N. Gold content determination in small core-samples by instrumental neutron activation analysis.International Journal of Biology and Chemistry. 2024;(17):78–88. doi: 10.26577/IJBCh2024v17i1-a9.
  13. Balaram V., Subramanyam K.S.V. Sample preparation for geochemical analysis: Strategies and significance.Advances in Sample Preparation. 2022;(1):100010. doi: 10.1016/j.sampre.2022.100010.
  14. Balaram V. Analytical methods for gold and other precious metals in exploration studies.J. Appl. Geochem. 2008;10:545–562.
  15. Das D.D., Sharma N., Chawla P.A. Neutron activation analysis: An excellent nondestructive analytical technique for trace metal analysis.Critical Reviews in Analytical Chemistry. 2024;54:2450–2466. doi: 10.1080/10408347.2023.2178841.
  16. Cui T., Yu M., Yang Y. The epithermal neutron activation analysis of mineral ores driven by an electron linear accelerator-based photoneutron source.Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 2023;(1048):167878. doi: 10.1016/j.nima.2022.167878.
  17. Muzafarov A.M., Mustafoev M.A., Kulmatov R.A., Sharafutdinov U.Z. Analiz zolota i soputstvuyushchih elementov v ionoobmennyh smolah s pomoshch’yu instrumental’nogo nejtronno-aktivacionnogo metoda = [Analysis of gold and related elements in ion-exchange resins using the instrumental neutron activation method].Mining Inform. and Analyt. Bull.2021;(3-1):110–118. (In Russ.). doi: 10.25018/0236_1493_2021_31_0_110.
  18. Chambhare N.M., Ghaywat S.D., Lohiya J. Recent basic advances of neutron activation analysis.Journal of Global Trends in Pharmaceutical Sci. 2021;(12):9873–9887.
  19. Sarin S.A., Ivanenko V.V. Yaderno-fizicheskij analiz zolotosoderzhashchego mineral’nogo syr’ya = [Nuclear and physical analysis of gold-bearing mineral raw materials].Vestnik of the FEB RAS. 2009;(2):129–133. (In Russ.).
  20. Dalvi A.A., Swain K.K., Verma R. Comparison and statistical evaluation of neutron activation methodologies for the determination of gold in copper concentrate //Analytical Methods. 2015;(7):3833–3840. doi: 10.1039/C4AY03054K.
  21. Rodríguez N., Yoho M., Landsberger S. Determination of Ag, Au, Cu and Zn in ore samples from two Mexican mines by various thermal and epithermal NAA techniques.J. of Radioanal. and Nuc. Chem.2016;(307):955–961. doi: 10.1007/s10967-015-4277-0.
  22. Volkov A.V. Bogatstvo Arkticheskih nedr = [The richness of the Arctic subsoil].Gold and Technology. 2019;(43):46–55. (In Russ.).
  23. Antonov A.E. Sverhkrupnye mestorozhdeniya zolota Rossii i Uzbekistana: perspektivy novyh otkrytij = [Ultra-large gold deposits in Russia and Uzbekistan: prospects for new discoveries].Gold and Technology. 2020;50:30–38. (In Russ.).
  24. Volkov A.V. Perspektivy osvoeniya mestorozhdenij strategicheskih metallov v Arkticheskoj zone Respubliki Saha (Yakutiya) = [Prospects for the development of strategic metal deposits in the Arctic zone of the Republic of Sakha (Yakutia)].Gold and Technology. 2020;47:50–58. (In Russ.).
  25. Large R.R., Maslennikov V.V. Invisible gold paragenesis and geochemistry in pyrite from orogenic and sediment-hosted gold deposits.Minerals. 2020;10:339. doi: 10.3390/min10040339.
  26. Gas’kov I.V. Major impurity elements in native gold and their association with gold mineralization settings in deposits of Asian folded areas.Russian Geology and Geophysics. 2017;58:1080–1092. doi: 10.1016/j.rgg.2017.08.004.
  27. Sanakulov K., Ergashev U. A., Hamroev I.O., Fuzajlov O.U. Novyj podhod k voprosu klassifikacii upornyh zolotosoderzhashchih rud na primere mestorozhdenij = [A new approach to the classification of stubborn gold-bearing ores using the example of the Kyzylkum deposits].Non-ferrous Metals. 2023;(9). (In Russ.). doi: 10.17580/tsm.2023.09.02.
  28. Kuznecova I.V., Dementienko A.I. O mikro i nanorazmernom zolote v korah vyvetrivaniya zolotonosnyh territorij (na primere uchastka mineralizacii v bassejne r. Adamiha, Priamur’e) = [On micro and nanoscale gold in the weathering crusts of gold-bearing territories (on the example of a mineralization site in the Adamikha River basin, Amur region)].Georesursy.2023;(25):191–197. (In Russ.). doi: 10.18599/grs.2023.3.22.
  29. Vysockij I.V., Kovalev S.G. Problema dostovernosti opredelenij blagorodnyh metallov = [The problem of the reliability of definitions of precious metals].Geological Collection. 2009;(8):145–153. (In Russ.).
  30. Hvan A.B. K voprosu o krupnosti zolota v zolotosoderzhashchih rudah = [To the question of gold coarseness in gold-bearing ores].Mining Bulletin of Uzbekistan. 2017;69):33–38. (In Russ.).
  31. Vikentyev I.V. Invisible and microscopic gold in pyrite: Methods and new data for massive sulfide ores of the Urals.Geology of Ore Deposits. 2015;57:237–265.
  32. Shilo N.A., Ippolitov E.G., Ivanenko V.V., Kustov B.N., Zheleznov V.V., Aristov G.N., Kondrat’ev N.B. Instrumental neutron activation determination of gold in mineral raw materials using a californium neutron source.Journal of Radioanalytical Chemistry. 1983;79:309–316. doi: 10.1007/BF02518941.
  33. Liu Y., Wan B., Xue D. Sample digestion and combined preconcentration methods for the determination of ultra-low gold levels in rocks.Molecules. 2019;24:1778. doi: 10.3390/molecules24091778.
  34. Ivannikov S.I., Ivanov V.V., Markin N.S., Ruslan A.V., Zemskova L.A. Determination of Strategic Metals in Graphitic Formations by the Methods of Neutron Activation Analysis with a Californium Source.Inorganic Materials. 2024;60:317–327. doi: 10.1134/S0020168524700390.
  35. Ivannikov S., Markin N., Golub A., Zheleznov V. Determination of uranium-238 in solid materials of various compositions by instrumental neutron activation analysis with a radionuclide neutron source based on Cf-252.Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. 2023;332:3753–3761. doi: 10.1007/s10967-023-09076-z.
  36. Kurbanov B., Jurakulov A., Khushvaktov N., Khaydarov A. Improvement of instrumental neutron activation technique of elemental composition analysis.AIP Conference Proceedings. 2025;3268:020034. doi: 10.1063/5.0260556.
  37. Ageev O.A., Medkov M.A., Ivannikov S.I., Yudakov A.A. Prospects of gold mining from technogenic objects deposit “Nagima”.Non-ferrous Metals. 2015;(3):78–84. (In Russ.). doi: 10.17580/tsm.2015.03.16.
  38. Ivannikov S.I. Izvlechenie, koncentrirovanie i nejtronno-aktivacionnoe opredelenie zolota primenitel’no k tekhnogennym ob”ektam Dal’nevostochnogo regiona = [Extraction, concentration and neutron activation determination of gold in relation to man-made objects in the Far Eastern region]. Vladivostok; 2013. 138 p. (In Russ.).
  39. Ivannikov S., Markin N., Polyakova N., Shashina J., Shlyk D., Zemskova L. Determination of scandium in ash and slag wastes and products of their processing by instrumental neutron activation analysis.Radiochimica Acta. 2023;111:283–289. doi: 10.1515/ract-2022-0078.
  40. Redkie metally i redkozemel’nye metally: vremya perekhodit’ ot slov k dejstviyam = [Rare metals and rare earths: it’s time to move from words to actions].Extractive Industry. 2024;47:64–72. (In Russ.). URL: https://dprom.online/wp-content/uploads/2024/ 10/DP_5_2024.pdf(accessed on 25.04.2025).
  41. Volkov A.V. Aktual’nye problemy razvitiya mineral’no-syr’evoj bazy Arkticheskoj zony Rossii = [Actual problems of the development of the mineral resource base of the Arctic zone of Russia].Gold and Technology. 2024;63:20–29. (In Russ.).
  42. Redkozemel’e: zven’ya v cepochke = [Rare Earths: links in the chain].Extractive Industry. 2024;45:52–56. (In Russ.). URL:https://dprom.online/wp-content/uploads/2024/06/dp32024.pdf(date of access: April 25, 2025).
  43. Afrikanda: zdes’ budet zharko = [Afrikanda: it’s going to be hot here].Extractive Industry. 2024;43:58–62. (In Russ.). URL:https://dprom.online/wp-content/uploads/2024/02/dp12024.pdf(date of access: April 25, 2025).
  44. Sporykhina L.V., Bykhovsky L.Z., Chernova A.D. Syr’evaya baza rasseyannyh elementov Rossii: sostoyanie i ispol’zovanie = [The raw material base of Russia’s dispersed elements: condition and usage].Mineral Resources of Russia. Economics and Management. 2020;(2):23–34. (In Russ.).
  45. Arhipov G.I. Mineral’nye resursy gornorudnoj promyshlennosti Dal’nego Vostoka. Strategicheskaya ocenka vozmozhnostej osvoeniya = [Mineral resources of the mining industry of the Far East. Strategic assessment of development opportunities]. Khabarovsk:Institute of Mining Engineering FEB RAS; 2017. 820 p. (In Russ.).
  46. Bykhovsky L.Z., Arkhangelskaya V.V., Tigunov L.P., Anufrieva S.I. Perspektivy osvoeniya mineral’no-syr’evoj bazy i razvitiya proizvodstva skandiya v Rossii i drugih stranah SRG = [Prospects for the development of the mineral resource base and the development of scandium production in Russia and other CIS countries].Mineral Resources of Russia. Economics and Management. 2007;(5):27–32. (In Russ.).
  47. Yanin E.P. Skandij v okruzhayushchej srede (rasprostranennost’, tekhnogennye istochniki, vtorichnye resursy) = [Scandium in the environment (prevalence, man-made sources, secondary resources)].Environm. and Natural Res. Issues. 2007;(8):70–90. (In Russ.).
  48. El-Taher A. Nuclear analytical techniques for detection of rare earth elements.Journal of Radiation and Nuclear Applications. 2018:(3):53–64. doi: 10.18576/jrna/030107.
  49. Ivannikov S.I., Ivanov V.V., Markin N.S., Zemskova L.A. Assessment of the content of valuable trace elements in black shales by the INAA method with a California neutron source.Almaty: Kazatomprom: KBTU; 2024. P. 91–93. (In Russ.).
  50. Ivannikov S.I., Markin N.S., Zvereva V.P., Frolov K.R., Zemskova L.A. Scandium in Mining Enrichment Waste (Russian Far East).Russian Journal of General Chemistry. 2023;(93):3304–3310. doi: 10.1134/S1070363223130054.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».