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中國科學(xué)家利用原位液相透射電子顯微鏡技術(shù)，首次從納米尺度原位“直播”了液相環(huán)境中的黃金納米顆粒在黃鐵礦表面形成的動態(tài)過程，提出黃鐵礦誘導(dǎo)金沉淀的新機(jī)制。他們發(fā)現(xiàn)，在黃鐵礦與水界面處存在一種特殊的“致密液體層”，如同一座“納米工廠”，可在極低濃度含金流體中催化金的成核、生長與富集，為理解金礦成因提供了全新視角。該成果將于本周在國際學(xué)術(shù)期刊《美國國家科學(xué)院院刊》正式上線。

黃鐵礦誘導(dǎo)金沉淀是形成高品位金礦的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，但其界面動態(tài)機(jī)制尚不明確。以往研究多依賴反應(yīng)后的離線分析，既無法捕捉金沉淀的瞬時(shí)過程，也難以深入闡明其形成機(jī)制。

由中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所研究員朱建喜和鮮海洋牽頭的科研團(tuán)隊(duì)，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(shù)，實(shí)時(shí)觀測了黃鐵礦與濃度為10ppb（即十億分之十）的極低濃度含金溶液的反應(yīng)過程。

“我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)兩者接觸約13分鐘后，黃鐵礦周圍形成了‘致密液體層’。約20分鐘后，該層內(nèi)開始出現(xiàn)黃金納米顆粒，并隨時(shí)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(guān)鍵依據(jù)?！敝旖ㄏ舱f。

經(jīng)進(jìn)一步研究，他們發(fā)現(xiàn)黃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?！斑@層液體猶如‘納米工廠’：黃鐵礦溶解會顯著降低層內(nèi)的‘氧逸度’，這是一種衡量氧化性強(qiáng)弱的指標(biāo)，從而改變局部化學(xué)環(huán)境促使金離子迅速達(dá)到過飽和并沉淀為固體顆粒。”鮮海洋介紹，即使外部溶液中金濃度極低，該機(jī)制仍能持續(xù)驅(qū)動金向界面遷移并實(shí)現(xiàn)富集沉淀。

該機(jī)制同時(shí)適用于熱液型金礦床和表生金富集過程。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(dǎo)致金沉淀。在表生過程中，天然水可淋濾并富集形成低濃度含金流體，同樣在與黃鐵礦反應(yīng)時(shí)觸發(fā)金沉淀。

本次研究結(jié)果挑戰(zhàn)了“金主要源自深部熱液流體”的傳統(tǒng)觀點(diǎn)，不僅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(xué)觀察，還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。該發(fā)現(xiàn)對綠色浸金工藝中的界面調(diào)控也具有重要指導(dǎo)意義。