廣州地化所在黃鐵礦載金的形態標型特徵研究方面取得進展

2021-01-08 中國科學院

　　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徵來反映其成因信息及找礦標誌。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於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徵已被礦產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，但對於黃鐵礦用於指示金礦富集的這一成因礦物學形態標型特徵的認識僅停留在統計、定性描述階段，對其形態標型特徵的結構本質與物理化學原理尚不明晰。

　　近日，中國科學院廣州地球化學研究所博士鮮海洋、研究員何宏平和朱建喜等人統計、分析了黃鐵礦晶體形態與金礦富集之間的相關關係（圖2）；在此基礎上，以其最常見的立方體、八面體和五角十二面體晶面為研究對象，從原子水平揭示了｛100｝、｛210｝、｛111｝等晶面結構和物理化學性質的差異，並成功解譯了黃鐵礦形態標型特徵的物理化學原理。

　　研究結果表明，黃鐵礦不同晶體形態的晶面對金的還原-沉澱反應速率具有顯著差異。相對於立方體｛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-沉澱速率（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-沉澱速率顯著高於其單形晶面（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為切入點，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係（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徵的物理化學原理，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啟示。

　　該研究得到國家重點研發計劃「深地資源勘查開採」重點專項（2016YFC0600103）、國家自然科學基金項目（41573112、41702042）、中國博士後科學基金面上/特別資助項目（2018M643220、2019T120755）等的聯合資助。相關論文近期發表在Geochimica et Cosmochimica Acta，該項研究的更多詳細信息請參考原文。

　　論文連結

圖1 黃鐵礦常見晶體形態

圖2 載金黃鐵礦晶體形態與含金量的相關性

圖3 黃鐵礦{100}、{111}、{210}晶面還原-沉澱金的速率對比

圖4 黃鐵礦{100}和{hk0}單形晶面與對應聚形晶面還原-沉澱金的速率對比

圖5 據黃鐵礦表面反應性預測的黃鐵礦晶體形態對金富集程度指示的演化序列

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