【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】作為重要的載金礦物，黃鐵礦對(duì)金的富集成礦機(jī)制一直備受關(guān)注。金離子在黃鐵礦表面的吸附還原可形成納米金，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)金的高效沉淀。前人對(duì)黃鐵礦與納米金之間的關(guān)系開(kāi)展了大量研究，提出納米金在黃鐵礦內(nèi)部或表面沉淀的三種常見(jiàn)途徑：①黃鐵礦內(nèi)部的晶格金轉(zhuǎn)變?yōu)榧{米金；②含金黃鐵礦風(fēng)化過(guò)程中釋放金進(jìn)而形成納米金；③納米金在黃鐵礦與含金溶液界面處成核。然而，由于缺乏納米尺度的原位液相觀測(cè)，納米金在黃鐵礦-水界面的成核機(jī)制與生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)過(guò)程仍不清楚。
 

　　為了闡明納米金在黃鐵礦-水界面沉淀的微觀動(dòng)力學(xué)和反應(yīng)機(jī)制，中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所與合作團(tuán)隊(duì)，采用原位液相透射電子顯微鏡和熱力學(xué)模擬等方法，系統(tǒng)研究了亞微米級(jí)黃鐵礦顆粒在氯金酸溶液中的界面反應(yīng)過(guò)程。研究發(fā)現(xiàn)，在10 ppb(十億分比濃度)的低濃度含金溶液中，黃鐵礦-水界面可形成一種致密液體層，該液體層與黃鐵礦的等效半徑之間呈負(fù)相關(guān)，故致密液體層的形成依賴于黃鐵礦的溶解(圖1)。黃鐵礦-水界面形成的致密液體層具有復(fù)雜的內(nèi)部化學(xué)成分(包括AuOH(aq)、FeOH2+、FeO+、Cl-、H+、SO42-、Fe2+、Sn2-、ROS和Fe3+等)，這一獨(dú)特的微環(huán)境為多種化學(xué)反應(yīng)提供了關(guān)鍵場(chǎng)所，包括納米金的成核與生長(zhǎng)以及鐵氧化物的相轉(zhuǎn)變等過(guò)程(圖1)。進(jìn)一步對(duì)致密液體層和體相溶液進(jìn)行熱力學(xué)模擬發(fā)現(xiàn)，在致密液體層中，當(dāng)-65<氧逸度(logfO2(g))<-26時(shí)，體系滿足納米金的成核條件；而體相溶液中的logfO2(g)條件則無(wú)法實(shí)現(xiàn)納米金的成核(圖2)。金的溶解度與logfO2(g)呈顯著正相關(guān)，故黃鐵礦溶解導(dǎo)致致密液體層中l(wèi)ogfO2(g)降低是驅(qū)動(dòng)納米金沉淀的主要原因。
 

　　該研究從納米尺度揭示了黃鐵礦從欠飽和流體中富集金的新機(jī)制，提出黃鐵礦-水界面的致密液體層能夠萃取體相溶液中的金，形成適宜于納米金成核與生長(zhǎng)的飽和微環(huán)境。這種與致密液體層相關(guān)的金富集機(jī)制可同時(shí)適用于熱液型金礦床(如造山型、卡林型及淺成低溫?zé)嵋盒?和表生金富集過(guò)程，從而為黃鐵礦富集金提供新視角。
 

　　圖1. 黃鐵礦-水界面致密液體層中AuNPs的沉淀過(guò)程。(A-M)原位液相透射電鏡觀測(cè)黃鐵礦與10 ppb HAuCl4溶液(pH=3.5)反應(yīng)的時(shí)間演化序列；黃色箭頭指示致密液體層的形成，紅色圓圈標(biāo)記AuNPs的沉淀位置；(N-O)原位液相透射電鏡拍攝的AuNPs高分辨透射電鏡圖像及對(duì)應(yīng)快速傅里葉變換圖譜；(P)黃鐵礦與致密液體層的等效半徑變化趨勢(shì)；(Q)AuNPs顆粒數(shù)量與粒徑隨時(shí)間的變化
 

　　圖2. (A)體相溶液與(B)致密液體層中金的溶解度相圖；(C)致密液體層中鐵的溶解度相圖；(D)致密液體層中的主要含鐵物種
 

　　該研究由中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所研究員朱建喜和鮮海洋、江西省科學(xué)院副研究員唐紅梅、廈門大學(xué)教授廖洪鋼及東華理工大學(xué)副教授鄧騰等合作完成。相關(guān)成果發(fā)表于國(guó)際期刊Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America。本文第一作者為國(guó)科大博士畢業(yè)生唐紅梅(培養(yǎng)單位：中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所)，通訊作者為國(guó)科大碩士生導(dǎo)師、中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所研究員鮮海洋。該研究由國(guó)家自然科學(xué)基金(42202041)、江西省自然科學(xué)基金(20242BAB20136)、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金杰出青年項(xiàng)目(2022B1515020007)及江西省科學(xué)院研究項(xiàng)目(2022YSBG22017和2023YJC2010)聯(lián)合資助。