科學家首次在納米尺度上“直播”黃金形成過程 | 科技前線

黃鐵礦誘導金沉淀是形成高品位金礦的關鍵環(huán)節(jié)，但其界面動態(tài)機制尚不明確。以往研究多依賴反應后的離線分析，難以捕捉金沉淀的瞬時過程。

近日，中國科學院廣州地球化學研究所與合作團隊，利用原位液相透射電子顯微鏡技術，首次從納米尺度原位報道了自然界中金納米顆粒在黃鐵礦表面形成的動態(tài)過程，并提出了一種黃鐵礦誘導金沉淀的新機制。

01

從“靜態(tài)分析”

到“動態(tài)直播”

研究團隊在排除溶解氧和電子束干擾的前提下，通過原位液相透射電子顯微鏡等多尺度、多手段聯(lián)用技術，實時觀測了黃鐵礦與10ppb（十億分之十）的極低濃度含金溶液的反應過程。

結(jié)果顯示，在兩者接觸約13分鐘后，黃鐵礦周圍形成了一層特殊的“致密液體層”。約20分鐘后，該層內(nèi)開始出現(xiàn)金納米顆粒，并隨時間推移逐漸增多、長大。這一發(fā)現(xiàn)為揭示金在黃鐵礦表面的形成過程提供了關鍵依據(jù)。

▲不同反應時間下黃鐵礦在金溶液中的反應動態(tài)過程

研究顯示，金納米顆粒并非在溶液中“憑空”產(chǎn)生，而是在緊貼黃鐵礦表面的“致密液體層”中誕生。這層液體就像一個高效的“納米工廠”，即使在金濃度極低（僅十億分之幾）的流體中，也能有效催化金的成核、生長與富集。

黃鐵礦溶解會顯著降低層內(nèi)的“氧逸度”（一種衡量氧化性強弱的指標），從而改變局部化學環(huán)境，促使金迅速達到過飽和并沉淀為固體顆粒。這為理解金礦成因提供了全新視角。

02

拓展成礦機制認知

本次研究發(fā)現(xiàn)的新機制，同時適用于熱液型金礦床（如造山型、卡林型及淺成低溫熱液型）和表生金富集過程。

在熱液型金礦床中，熱液流體與大氣降水混合可形成氧化的含金流體，它們與成礦前黃鐵礦相互作用后可導致金沉淀。在表生過程中，天然水可淋濾并富集形成低濃度（ppb級）含金流體，同樣在與黃鐵礦反應時觸發(fā)金沉淀。

研究結(jié)果挑戰(zhàn)了“金主要源自深部熱液流體”的傳統(tǒng)觀點，為理解熱液型金礦床和表生環(huán)境中金的超常富集提供了微觀動力學觀察，也為闡釋自然界中納米顆粒驅(qū)動的礦化過程開辟了新路徑。從應用角度看，該機制對綠色浸金工藝中的界面調(diào)控也具有重要指導意義。

▲熱液成礦與表生過程中致密液體層內(nèi)金富集的示意圖

來源：中國科學院廣州地球化學研究所

責任編輯：曹旸