【AM】含砷黄铁矿不同赋存状态金之间的成因联系获揭示

含砷黄铁矿(Fe(S,As)₂)是热液型金矿床中重要的载金矿物之一。根据金的粒径大小，金被划分为“可见金”(> 1000 Å) 和“不可见金”(< 1000 Å)。其中，“不可见金”包括了机械混入的纳米金(Au⁰)，和以类质同像置换方式嵌入矿物结构中的“晶格金”(Au¹⁺)。目前，常规分析测试技术在空间/能量分辨率上的局限性限制了人们对“不可见金”赋存状态的认识，使得传统的冶炼技术常常导致金的大量损失。尽管前人研究已经针对含砷黄铁矿的载金机制取得了突破性的认识，但是在含砷黄铁矿中“不可见金”主要的赋存形态、金与砷潜在的作用机理以及不同赋存状态金之间的成因联系等方面仍然缺乏清晰的认识。

针对上述问题，南京大学蔡元峰教授团队选取福建邱村浅成低温热液型金矿床为研究对象，综合运用LA-ICP-MS、TEM、同步辐射X射线荧光光谱分析(SXRF)和原子探针等原位微区技术手段，对邱村金矿开展了精细显微-纳米尺度的矿物学研究，获得以下主要认识：

(1) 邱村金矿黄铁矿(Py)普遍发育富砷环带，银金矿(Elc)优先赋存于黄铁矿贫砷-富砷界面上，或者充填于黄铁矿颗粒内部微裂隙中 (图1)，或者赋存于黄铁矿颗粒之间的晶界位置 (图2)，指示银金矿的形成与富砷流体密切相关。

图1  含砷黄铁矿背散射(BSE)照片：白色虚线代表黄铁矿贫砷-富砷界面

(2) “不可见金”是以“晶格金”形式赋存于富砷黄铁矿中(图3和图4)，“不可见金”和砷之间呈现耦合分布，“砷代硫”诱导的晶胞扩张、堆垛层错、位错等晶格缺陷很可能是“砷金”关系的纽带(图4)。

图2  含砷黄铁矿电子背散射衍射(EBSD)面扫描照片：多数颗粒之间取向差 > 5o，一些颗粒之间取向差 > 2o (绿色虚线位置)

 

图3  邱村金矿矿石样品中SXRF K–Au–As元素分布图：(a–c)  对应位置的Au元素分布图；(c-2)对应位置的BSE照片；(d)对应位置的特写

 

图4  含砷黄铁矿HAADF-STEM照片：(a–b)堆垛层错和纳米颗粒的分布；(c) 局部位置(200)面网中发育面缺陷(箭头位置)；(d–e)  富砷区域面网间距增大，插图为对应区域的快速傅里叶变换

(3) 邱村金矿含砷黄铁矿中不同赋存状态金沉淀富集的概念模型 (图5)：(a)早期热液流体沉淀贫砷黄铁矿；(2)构造作用、流体混合和水岩反应等导致热液流体的温度、pH、硫逸度等物化性质发生改变，使得热液流体中Au(HS)₂^–或者AuHS⁰解络合，游离态Au¹⁺离子沿着早期贫砷黄铁矿的表面或者内部发育的微裂隙或者晶界位置结晶形成银金矿，此过程同时伴随着富砷黄铁矿的形成；(3)随着“流体-黄铁矿”反应的持续进行，Au¹⁺离子浓度逐渐消耗，后期Au主要以“晶格金”形式赋存于不断形成的富砷黄铁矿中。

 

图5  邱村金矿含砷黄铁矿中不同赋存状态金的成因示意图。浅灰色区域指示早期形成的贫砷黄铁矿，深灰色区域指示晚期富As、Au热液流体与早期贫砷黄铁矿相互作用所产生的富砷黄铁矿，黑线指示晶界，橙色的椭圆指示银金矿颗粒，橙色的“+”指示Au离子

 

相关成果受国家自然科学基金(41830426, 41672037, 41272055)、国家重点研发计划(2016YFC0600205)、中国地质调查局项目(12120115034601)以及国家留学基金的资助，论文发表于国际矿物学主流学术期刊American Mineralogist上。

相关论文：

Zhang, H., Cai, Y.F.,Sha, G., Brugger, J., Pring, A., Ni, P., Qian, G.J., Luo, Z,J., Zhang, Y., and Tan,W. (2022) Effects of arsenic on the distribution and mode of occurrence of goldduring fluid-pyrite interaction: A case study of pyrite from the Qiucun golddeposit, China. American Mineralogist, 107(5), 914–929. https:///10.2138/am-2021-7675.