廣州地化所在黃鐵礦載金的形態標型特征研究方面取得進展

  

  根據金礦成因礦物學與找礦礦物學的研究成果,黃鐵礦是具有典型形態標型的礦物,即通過其晶體形態特征來反映其成因信息及找礦標志。黃鐵礦最常見的單形有立方體{100}、八面體{111}、五角十二面體{210};這些單形通過不同程度地聚合可形成多種多樣的聚形(圖1)。前人在大量金礦找礦實踐中發現,在黃鐵礦五角十二面體單形或聚形出現頻率高的礦段,礦體中金的富集程度往往比較高,即黃鐵礦的五角十二面體及聚形晶體形態可用于指示礦體中金的富集程度。雖然載金黃鐵礦的這種形態標型特征已被礦産資源勘察工作者廣泛接受,並在找礦實踐中得到了成功應用,但對于黃鐵礦用于指示金礦富集的這一成因礦物學形態標型特征的認識僅停留在統計、定性描述階段,對其形態標型特征的結構本質與物理化學原理尚不明晰。

  近日,中國科學院广州地球化学研究所鲜海洋博士、何宏平研究員和朱建喜研究員等人统计、分析了黄铁矿晶体形态与金矿富集之间的相关关系(图2);在此基础上,以其最常见的立方体、八面体和五角十二面体晶面为研究对象,从原子水平揭示了{100}、{210}、{111}等晶面结构和物理化学性质的差异,并成功解译了黄铁矿形态标型特征的物理化学原理。

  研究結果表明,黃鐵礦不同晶體形態的晶面對金的還原-沈澱反應速率具有顯著差異。相對于立方體{100}和八面體{111}晶面而言,五角十二面體{210}晶面對溶液中的離子態金具有最快的還原-沈澱速率(圖3);當黃鐵礦的兩種單形聚合形成聚形晶後,晶面反應協同效應導致離子態金在聚形晶面的還原-沈澱速率顯著高于其單形晶面(圖4)。這種晶面反應協同效應對礦物晶體生長、元素循環及相關的地球化學過程可能存在重要影響。

  該研究以礦物表面反應性爲切入點,揭示了黃鐵礦晶面反應性在金富集成礦過程中所起的關鍵作用,從理論角度預測了晶體形態與其載金能力的關系(圖5)。並從晶面原子結構和晶面協同效應視角,成功解譯了黃鐵礦形態標型特征的物理化學原理,對理解、認識礦物晶面反應差異性和礦物各向異性對地質地球化學過程的影響具有重要啓示。

  该研究得到了国家重点研发计划"深地资源勘查开采"重点专项(2016YFC0600103)、国家自然科学基金项目(41573112、41702042)、中国博士后科学基金面上/特别资助项目(2018M643220、2019T120755)等的联合资助。相关論文近期发表在Geochimica et Cosmochimica Acta,该项研究的更多详细信息请参考原文。

  論文信息:Xian H.Y., He H.P.*, Zhu J.X., Du R.X., Wu X., Tang H.M., Tan W., Liang X.L., Zhu R.L. and Teng H. H. (2019) Crystal habit-directed gold deposition on pyrite: Surface chemical interpretation of the pyrite morphology indicative of gold enrichment. Geochimica et Cosmochimica Acta 264, 191–204.

  論文链接:http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016703719305095 

图1 黄铁矿常见晶体形态

图2 载金黄铁矿晶体形态与含金量的相关性

图3 黄铁矿{100}、{111}、{210}晶面还原-沉淀金的速率对比

图4 黄铁矿{100}和{hk0}单形晶面与对应聚形晶面还原-沉淀金的速率对比

图5 据黄铁矿表面反应性预测的黄铁矿晶体形态对金富集程度指示的演化序列
 
中國科學院矿物学与成矿学重点实验室&科技与规划处 供稿
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