鮮海洋等-CEE:黃鐵礦中金的固相遷移與超常富集機(jī)制
在礦床尺度金的品位一般在克/噸級(jí)變化,但在礦體局部可出現(xiàn)高達(dá)百分之幾的超常富集,傳統(tǒng)的熱液成礦理論無法解釋這種客觀事實(shí)。上世紀(jì)90年代起人們分別用膠體遷移富集、礦物溶解再平衡和奧斯瓦爾德熟化理論成功解釋了開放體系流體介質(zhì)中金超常富集現(xiàn)象,但仍無法解釋無明顯熱液活動(dòng)痕跡黃鐵礦中金的超常富集現(xiàn)象。
為了探究黃鐵礦內(nèi)金超常富集機(jī)制,中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所鮮海洋副研究員、何宏平研究員和朱建喜研究員等人對(duì)膠東大開頭金礦的載金黃鐵礦開展了精細(xì)礦物學(xué)研究。研究者利用同步輻射納米X射線斷層掃描(SR-nanoXCT)和透射電子顯微鏡(TEM)技術(shù),并結(jié)合密度泛函理論(DFT)計(jì)算,發(fā)現(xiàn)了金在黃鐵礦中固相遷移的關(guān)鍵證據(jù),揭示了金在黃鐵礦中超常富集的新機(jī)制。

圖1 黃鐵礦中裂隙金的三維空間展布情況(三維盒子尺寸:35 μm × 20 μm × 35 μm)

圖2 黃鐵礦中裂隙金的納米尺度賦存狀態(tài)
SR-nanoXCT實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,裂隙金在黃鐵礦內(nèi)呈箔片狀產(chǎn)出,根據(jù)組成可以分為富金和貧金富碲兩類,前者為單晶銀金礦,后者則為多晶的一種未知碲硫化物礦物(化學(xué)式為Ag8Fe0.94Te4.83S3.99);而TEM研究則表明,在黃鐵礦基體中存在著大量貧金富碲的納米顆粒,在黃鐵礦裂隙同樣也能觀察到銀金礦的納米顆粒(圖2)?;谏鲜龅刭|(zhì)現(xiàn)象,研究團(tuán)隊(duì)推測(cè)黃鐵礦基體中貧金富碲的納米顆??赡転榱严督鸬男纬商峁┝宋镔|(zhì)來源。金、銀等元素在黃鐵礦中呈雜質(zhì)存在,因此可以將金向裂隙中遷移與聚集過程實(shí)際上是雜質(zhì)元素或納米團(tuán)簇在黃鐵礦晶格中發(fā)生的移動(dòng)與擴(kuò)散的過程,這一個(gè)過程受構(gòu)造應(yīng)力和物理化學(xué)條件變化的驅(qū)動(dòng)。這種固相擴(kuò)散使得雜質(zhì)相逐步遷移至各類晶格缺陷、晶格點(diǎn)陣截止面(晶體表面)等低晶格能區(qū)域匯聚,最終體現(xiàn)為晶體的“自凈化”和成礦元素超常富集現(xiàn)象;DFT計(jì)算充分證實(shí)這一個(gè)過程可以自發(fā)進(jìn)行。
研究團(tuán)隊(duì)將黃鐵礦中金的“自凈化”固相遷移與超常富集過程分為兩個(gè)階段:(1)黃鐵礦生長(zhǎng)過程中將富金的納米顆粒包裹進(jìn)黃鐵礦內(nèi)部;(2)在構(gòu)造應(yīng)力和(或)物理化學(xué)條件變化的驅(qū)動(dòng)下,黃鐵礦晶體發(fā)生形變和破裂,內(nèi)部納米顆粒通過固相的“管道擴(kuò)散”方式在裂隙中富集(圖3)。本研究不但成功地解釋了黃鐵礦裂隙中箔片狀金的形成過程、揭示了高品位金礦床(礦體)的形成機(jī)制,而且對(duì)黃鐵礦型金礦石的選冶也一定的啟示。

圖3 金在黃鐵礦中超常富集的“自凈化”固相遷移模型
該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“面向礦床學(xué)研究的變革性原位分析新技術(shù)”(2018YFA0702600)等項(xiàng)目的資助。研究成果于12月6日在線發(fā)表于《通訊地球與環(huán)境》(Communications Earth & Environment)。
論文信息:Haiyang Xian(鮮海洋), Hongping He(何宏平)*, Jianxi Zhu(朱建喜), Kunfeng Qiu(邱昆峰), Yang Li(李揚(yáng)), Yiping Yang(楊宜坪), Jieqi Xing(邢介奇), Akira Tsuchiyama, Masahiro Yastake, Satomi Enju, Akira Miyake, Runliang Zhu(朱潤(rùn)良), 2022. Hyperenrichment of gold in pyrite induced by solid-state transportation. Comunications Earth & Environment, 3, 1-6.

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