黃金在自然界如何形成？中國(guó)科學(xué)家首次揭示納米尺度動(dòng)態(tài)過(guò)程

作為稀有金屬和貴金屬，也是全球金融儲(chǔ)備的硬通貨，黃金在古今中外廣受追捧，其在自然界中是如何形成的？相關(guān)機(jī)制研究則備受學(xué)界關(guān)注。

金礦成因全新視角

中國(guó)科學(xué)家最近利用原位液相透射電子顯微鏡技術(shù)，在國(guó)際上首次從納米尺度揭示原位液相環(huán)境中金納米顆粒在黃鐵礦表面形成的動(dòng)態(tài)過(guò)程，并提出一種黃鐵礦誘導(dǎo)金沉淀的新機(jī)制。

本項(xiàng)研究成果揭示的相當(dāng)于在納米尺度上“直播”了黃金形成的動(dòng)態(tài)過(guò)程。中國(guó)科學(xué)院廣州地化所 供圖

他們研究發(fā)現(xiàn)，在黃鐵礦與水界面處存在一種特殊的“致密液體層”，其如同一座“納米工廠”，即使在僅十億分之幾的金濃度極低的流體中，也能有效催化金的成核、生長(zhǎng)與富集，為理解金礦成因提供了全新視角。同時(shí)，這也是礦物表界面科學(xué)研究的一個(gè)重要新進(jìn)展。

這項(xiàng)自然界中黃金形成機(jī)制研究的重要突破成果，由中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所（廣州地化所）團(tuán)隊(duì)聯(lián)合江西省科學(xué)院、廈門(mén)大學(xué)、東華理工大學(xué)等機(jī)構(gòu)的合作伙伴共同完成，相關(guān)論文已被國(guó)際學(xué)術(shù)期刊接收，本周內(nèi)將在線發(fā)表。

形成過(guò)程關(guān)鍵依據(jù)

論文通訊作者、中國(guó)科學(xué)院廣州地化所鮮海洋研究員介紹說(shuō)，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(dòng)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(wú)法捕捉金沉淀的瞬時(shí)過(guò)程，也難以深入闡明其形成機(jī)制。

此次研究在排除溶解氧和電子束干擾的前提下，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)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(cè)了黃鐵礦與濃度為十億分之十（10ppb)的極低濃度含金溶液的反應(yīng)過(guò)程。

這一從“靜態(tài)分析”到“動(dòng)態(tài)直播”的結(jié)果顯示，在兩者接觸約13分鐘后，黃鐵礦周?chē)霈F(xiàn)“致密液體層”；約20分鐘后，該層內(nèi)開(kāi)始出現(xiàn)黃金納米顆粒，并隨時(shí)間推移逐漸增多、長(zhǎng)大。

本項(xiàng)研究實(shí)現(xiàn)了在納米尺度下對(duì)黃鐵礦-水界面中液相原位反應(yīng)過(guò)程的清晰捕捉，也為揭示金在黃鐵礦表面的形成過(guò)程提供了關(guān)鍵依據(jù)。

挑戰(zhàn)傳統(tǒng)拓展認(rèn)知

這次研究顯示，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，該致密液體層是黃鐵礦表面溶解所形成的，會(huì)顯著降低層內(nèi)的“氧逸度”(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，這個(gè)液體層就像一個(gè)高效的“納米工廠”，促使金離子迅速達(dá)到過(guò)飽和并沉淀為固體顆粒。

尤為特別的是，即使外部溶液中金濃度極低，該“納米工廠”機(jī)制仍能持續(xù)驅(qū)動(dòng)金向界面遷移并實(shí)現(xiàn)富集沉淀。

本項(xiàng)研究的熱液成礦與表生富集過(guò)程中致密液體層內(nèi)金富集的示意圖。中國(guó)科學(xué)院廣州地化所 供圖

研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人、中國(guó)科學(xué)院廣州地化所朱建喜研究員指出，“納米工廠”機(jī)制同時(shí)適用于熱液型金礦床（如造山型、卡林型、淺成低溫?zé)嵋盒停┖捅砩穑ㄈ缟敖鸬龋┑母患^(guò)程。前者中，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；后者中，天然水可淋濾并富集形成低濃度（ppb級(jí)）含金流體，同樣在與黃鐵礦反應(yīng)時(shí)觸發(fā)金沉淀。

研究團(tuán)隊(duì)表示，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)金礦形成理論，并拓展了成礦機(jī)制認(rèn)知，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微觀動(dòng)力學(xué)觀察，也為闡釋自然界中納米顆粒驅(qū)動(dòng)的礦化過(guò)程開(kāi)辟新路徑。此外，從應(yīng)用角度看，對(duì)綠色浸金工藝中的界面調(diào)控也具有重要指導(dǎo)意義。

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編輯：吳鄭思

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