黄铁矿与石英含金机理探讨(李国华,王大伟,王国富,黄志良,《地质找矿论丛》2001.3)

发布于:2021-11-30 17:03:48

第 16 卷 第 3 期 V ol. 16 N o. 3                  地 质 找 矿 论 丛                 2001 年 9 月 Sep. 2001

黄 铁矿 与石 英 含金 机理 探讨
李国华, 王大伟, 王国富, 黄志良
( 中南大学 资源环境与建 筑工程学院, 湖南 长沙 410083) 摘  要:  从晶体结 构化学角 度出发, 分析了金 的电子结构 及性质、 黄铁矿晶 体结构特 点、 二氧 化 硅 的电子结 构特点和石 英晶体表 面特征; 探讨了金 以 A u+ 和 Au - 离子 形式分别替 代 F e2+ 离子 和 S 2- 离子的 形成机理以 及以可见 金方式在黄 铁矿中的赋 存机制; 认为金在 黄铁矿中 的富集主要 与 其 晶体结构有关, 特别是与黄铁 矿中 Fe - S-S, A u- 和 Fe-Au 键的电子结 构特点有关; 应用 稳定 S, S 配 合物的 18 电子规则和晶体 生长的界面相模型 探讨了石英含金机理 ; 研究表明, 石英含金 不仅与 石 英表面的结构、 内部缺陷和 表面特征有关, 还与石英生长的 环境有关, 尤其是与石英表面 键的电 子 结构特点有关, 并主要受石英晶体生长过程中的界面 相的控制。 关 键词:  金; 黄铁矿; 石英; 键; 电子结构; 表面结构; 结构化学; 赋存机理 中 图分类号:   P 595; P 573  文献标识码:   A   文章编号: 10011412( 2001) 030149-06

1 引言
黄铁矿 是各类金矿床中 分布广 泛的硫化 物矿 物, 也是金的最主要载体矿物。 分析金在黄铁矿中赋 存状态, 探讨其含金机理对金矿的寻找具有理论和 实际指导意义。 在这方面前人做过不少工作。 比较有 代 表 性 的 是: Bancrof t G M and Hyland M M [ 1] ( 1990) 提出, 吸附作用可能在金的富集作用方面扮 演了重要角色; 张世柏等[ 2] ( 1996) 认为, 晶体表面缺 陷是黄铁矿与 Au [ HS ]
2

移, SiO 2 的沉淀( 硅化) 则导致金的析出, 硅化和金矿 化具有内在联系。 ring to n R J 和 Wilkinson J J [ 5] Her ( 1994) 认为, 在深成( 10 km 左右) 中温热液脉的封 闭体系中, 二氧化硅溶胶可迅速地聚集形成凝胶, 金 溶胶可在凝胶内呈浸染状固定下来。后来的凝胶结 晶伴随着脱水作用( 圈闭溶剂的排出) , 这将使金以 微粒分散或溶解状态作进一步的迁移。在二氧化硅 冷却形成他形石英期间, 被圈闭的金溶胶可以发生 扩散作用和聚集作用, 结果导致粗粒金的形成。 经过 实验研究后, 杨异和曾贻善 [ 6] ( 1992) 得出 了以下两 点结论: 20~200℃范围内含金氯化物溶液与石英相 互作用均可在石英表面析出金, 升高温度和溶液中 存在 NaCl 都使得金从溶液转移到石英表面; 石英表 面的性质对金从溶液中转移到石英表面的过程有一 定影响, 金比较容易在石英( 0001) 面上析出并长成 形状规则的晶体。曾贻善和杨异[ 7] ( 1995) 通过金在 石英表面沉淀的实验证实, 无论是石英与金同时形 成, 还是石英与含金溶液相互作用导致金在石英表 面结晶, 金的结晶部位或金的不均匀分布都主要受 石英晶体结构、 内部缺陷和表面特征等因素控制。 本 文应用稳定配合物的 18 价电子规则和晶体生长的 界面相模型来认识和分析石英含金的机理, 并认为 石英含金不仅受石英晶体内部因素的制约, 而且与

作用, 并将金吸附于其表面

的阶梯面和扭折位的根本原因; 李九岭等[ 3] ( 1995) 认为, 硫化物的晶体结构中往往存在电价不*衡、 缺 位等, 这为金取代一个硫而与另一个硫呈共用电子 状态进入黄铁矿型结构提供了可能性。本文从黄铁 矿的晶体结构入手, 从微观角度出发, 分析和探讨了 黄铁矿的含金机理, 并提出金的富集与黄铁矿中 FeS, S-S, Au- 和 F e-Au 键的电子结构特点有关。 S 金矿床 中石英是仅次于 黄铁矿 的重要载 金矿 物。关于石英与金矿化的关系, 前人做过不少工作, 并获得了一些认识。王声远和樊文苓 ( 1994) 指出, 富含 SiO 2 的水溶液可使 Au 以 Au 3SiO0 形式活化迁 4
[ 4]

收稿日期: 2001-03-23;   修订日期: 2001-06-27 基金项目: 教育部博士点基金( 98053301) 资助。 作者简介: 李国华( 1966-) , 男, 江西南康人, 博士, 高级工程师, 研究方向为矿物及相关材料。

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地 质 找 矿 论 丛              2001 年 的形式存在时, 金的沉淀主要受二种机制所控制: 一 是热液物理化学性质的变化导致含金配合物的不稳 定, 即通过溶解度控制而产生金的沉淀; 另一个是热 液中已成核矿物对金的吸附或金与硫化物矿物等的 共沉淀作用, 即通过矿物表面作用而产生金的富集。 其中, 金在矿物表面的吸附/ 还原要经过下列二个步 骤: 一为物理吸附, 即带电含金配合物通过静电作用 被吸附到矿物表面电荷密度高的地方; 二为化学吸 附, 主要通过还原机制, 氧化态的金被表面含硫基团 所还原, 同时硫化物被氧化成硫酸盐。

石英晶体生长外部因素—— 环境相有关, 尤其是与 石英表面键的电子结构特点有关, 主要受石英晶体 生长过程中界面相的性质所控制。

2 金原子特征
金的原子序数为 79, 属第一副族元素; 根据其电 10 1 子构型 32-18-1 及价电子分布 5d 6s , 金原子有价 电子数目多, 易呈复杂变价的特点, 并倾向于形成金 属键; 当金呈金属或合金状态时, 有自由电子分布; 金的电负性为 2. 3, 在金属中是最高的。元素的电负 性是根据第一电离能和电子亲和能的测量值而得出 的一种相对度量值, 它标示着某一种元素的原子与 其他原子作用时从后者接受电子的能力。金的共价 半径为 1. 34~ 。

5 金在黄铁矿和石英中的赋存状态
金在黄铁矿中主要有两种赋存形式: 可见金和 不可见金。 其中可见金有包裹金、 裂隙金和晶间金等 形式; 不可见金又可分为超显微金和晶格金两种。 其 中超显微的形态为不规则粒状、 长条状, 在黄铁矿中 呈链 状排列; 晶格金 既可以 Au 代 替 F e 进入 晶 格, 也可以 Au 代替 S 进入晶格。黄铁矿的分步溶 解实验表明[ 14] , 黄铁矿中存在离子晶格金, 它占黄铁 矿含金总量的 12. 96% 。 石英中的金以裂隙金为主, 其次为包裹体金和 晶隙金。此外, 也可以结构孔道金的形式存在。王玉 明和陈小明 [ 15] ( 1996) 指出, 由于石英晶体结构中存 在结构孔道, 大半径的 Au 及 Au 可和碱( 土) 金属 离子等一起作为 Al , F e 类质同像取代 Si 的电 荷补偿剂离子而 存在于石英的 结构孔道中是 可能 的; 同时, 他们指出, 石英的微裂隙中普遍存在小圆 球状或球链状微包裹体金颗粒; 石英中{ 1011} 面上 也存在有微包裹体金颗粒。 李纪良 [ 16] ( 1992) 认为, 次 显微金在石英中的赋存主要与 Al , Si 和 Au 的地球 化学性质有关。当石英中含有含量较高的 Al 2O 3, 从 而使石英中的 Al3+ 替代 Si4+ 而形成铝氧四面体, 破 坏了石英的电荷*衡。因此金可以作为补偿电荷进 入石英的构造中, 这种 Au 不稳定, 在后期的地质作 用过程中, 归并成小圆球状的次显微金, 沿石英的微 裂隙分布。
3+ 3+ 4+ + 3+ 2+ 2+

3 金的迁移形式
金的存在形式除了宏观可见的固态金外, 还可 有可溶性络合金、 胶体金、 高温下的液态金、 气化形 成的单原子气态金, 以及*年来发现的纳米金 。 上述金的存在形式也是金的迁移形式。金的迁 移形式除了这些之外, 还有其他形式。 在成矿热液系 统中, Au 与 Cl , HS , S 的配合物是最重要的。而 在 25~250℃温度范围内, pH= 5~9, 总硫量的浓度 ≈0. 01 mol / L 的条件下, Au( HS) - 是 A u 的最重要 2 [ 2] [ 9] 迁移态 。王铁军 ( 1998) 指出了金迁移的一种可 能机理——羰基络合物。樊文苓等[ 10] ( 1993) 的实验 0 表明, 在 含硅溶液中 AuH 3SiO 4 的作用将远远 超过 [ 4] AuCl 2 。王声远和樊文苓 ( 1994) 指出, 对于 Au 的 活化迁移, AuH 3SiO 0 比 AuCl- 重要得多。在含硫和 4 2 含 SiO2 的 热液 体系 中, 随 着溶 液中 SiO 2 的增 高, AuH 3SiO 0 亦将逐渐取代 Au( H S) - , 成为 Au 活化迁 4 2 移的主要形式。 金在化合物中通常表现为 Au 3+ 和 Au + 两种价 3+ 态, Au 化合物较稳定。但*年来也报道过碱金属金金属间化合物在低温下熔解于液氨形成穴状络合 12] 物时, 金呈 Au- [ 11 、 。
2[ 8]

6 含金机理探讨 4 金的沉淀机制
6. 1 黄铁矿含金机理 毛华海和张哲儒
[ 13]

( 1997) 提出, 当金以配合物

6. 1. 1 金矿床中黄铁矿的成分

第 16 卷 第 3 期         李国华等: 黄铁矿与石英含金机理探讨 在 金矿 床的 黄铁 矿中, 查 明有 下列 杂 质元 素 Zn, Cd, Ga, Pb, Bi, T e, Hg , Au, Ag , Sn, As, Sb, Cu, Co , Ni, M o , Ba , Y , Yb , Zr , T i, V , W , Nb , Cr , M n , Sr , U , T h[ 17] 。即说明黄铁矿中除了有[ S 2 ] 2- 之外, 还有 [ AsS] 3- , [ SbS] 3- 等配合物存在。 6. 1. 2 黄铁矿的晶体结构 黄铁矿为二硫化合物, 其成分为 F eS 2 , 它的晶体 结构属 Pa - 空间群[ 18] 。 3 结构中 Fe 的配位数为 6, 由 6 个 S 离子包围构成八面体形状的 F eS 2 配位多面体; S 的配位数为 4, 它与 3 个 F e 和 1 个 S 相联, 构成四 面体状的多面体。 结构中的各个 F eS 6 配位多面体相 互共顶联结, 形成黄铁矿型的晶体结构。 6. 1. 3 黄铁矿含金机理 6. 1. 3. 1 晶格金的赋存机制 硫的原子序数为 16, 属第六主族元素, 其电子构型 2-8-6, 价电子分布为 3s 23p 4, 有两个不成对的 p 电子。硫的电负性为 2. 5。 在黄铁矿晶格中, 两个硫原子共用两个电子形成哑 铃状对硫[ S 2 ] 2- 。[ S 2 ] 2- 内 S -S 为共价键结合。硫的 共价半径为 1. 04~ 。 铁的原子序数为 26, 属过 渡元素, 其电子 构型 2-8-10-6, 价电子分布 3 d6 4s2 , 6 个外层电子中有两个 成对, 其余 4 个为不成对电子。 金在什 么条件下才可能 进入黄 铁矿型晶 格的 [ S2 ] 呢? 这与含不等量砷和锑的黄铁矿的结构有 关, 在这种结构中存在硫和砷或锑共用电子形成的 As- Sb-S 共 价 键, 即 [ S 2 ] S,
3322+

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而当 Au 以 Au 的状态代替 Fe 原子进入黄铁矿晶 格时, Au 中的没有 6S 电子, 其价电子为 5d 6s 。 当 其与 晶格中的 S 2- 结合 时, S 2- 的 价电子 为 3s2 3p6 , + 2Au 与 S 的价电子之和为 18, 正好也符合 18 电子 规则。 故可形成稳定的配合物。 Au 原子以 Au 形 当 式代替 S 进入黄铁矿晶格时, Au 的价电子为 5d 6s 2, 而黄铁矿晶格中的 F e 2+ 的价电子为 3d4 4s2 , 两者 的价电子之和也为 18, 正好符合 18 电子规则。也可 形成稳定的配合物。 但是, 由于金的电负性和共价半 径与硫较接*, 而与铁相差较大。因此, 金容易替代 硫而进入黄铁矿的晶格。 金离子替代铁和硫离子后, 从配合物的角度来 说, 因其符合 18 价电子规则, 黄铁矿的晶体结构是 稳定的。 局部产生的电荷不*衡, 由于黄铁矿晶体中 存在[ AsS ] 3- , [ SbS ] 3- 而被中和。 因此, 从总体来看, 黄铁矿晶体的电荷是*衡的。也正是这种局部电荷 的不*衡使金能够进入黄铁矿晶格中。 6. 1. 3. 2 包裹金、 晶间金赋存机制 黄铁矿在成矿 溶液中的生长是一种外延生长。 因此, 在其生长过程 中总是有一定的表面与成矿流体接触。黄铁矿的表 面结构研究表明[ 2] , 其表面是不均匀的, 存在着数种 不同配位数的表面位, 即有*台、 阶梯、 扭折、 *台空 位或吸附原子等等。 上述几种表面位中, 阶梯和扭折 的吸附能力相对较强。在黄铁矿晶格中, 2 个硫原子 共用 2 个电子形成哑铃状对[ S 2] 2- 。 S2 ] 2- 内 S -S 为 [ 共价键结合, 并有一定的金属键成分; 黄铁矿中 F e-S 之间的化学键为键性强的共价键, 其中有金属键性 质 。当富含 Au( HS) 2 成矿流体流经黄铁矿表面 时, 易被吸附在黄铁矿表面的阶梯和扭折中, 而络合 物 Au( HS) - 受黄铁矿表面荷电的作用而变得不稳 2 定, 致使 Au 从其中分离出来, 被黄铁矿表面的 S-S 和 Fe -S 金属键吸附而赋存于黄铁矿中, 并组成新的 S-Au 或 Fe-Au 金属键。 S-Au 或 F e-Au 金属键的形 成有利于后续 Au 的吸附和富集, 其富集规模的大小 取决于成矿流体中成矿物质的浓度及其他物理化学 条件。 若成矿流体中的成矿物质浓度高, 且其物理化 条件有利, 则往往在黄铁矿中形成包裹金; 若成矿流 体中的成矿物质浓度不高, 物理化学条件也不是十 分有利, 则以晶间金或超显微的形式赋存于黄铁矿 中。 由于黄铁矿中 S-Au 或 Fe-Au 金属键的存在不 仅要占据一定的空间, 同时还会给黄铁矿晶体的 Fe S 八面体和 S -F e 四面体完整性和连续性形态带来影 响, 从而破坏黄铁矿晶体的形态。在黄铁矿结构中,
[ 20] 210 + 10 0

之 外 还 有 [ AsS]

3-

,

[ SbS] 。[ AsS] 和[ SbS] 由于砷、 锑和硫之间电 负性的差异, 带较强的极性。 在这种结构中往往存在 电价不*衡、 缺位等, 为金取代一个硫而与另一个硫 呈 共用 电 子状 态 进 入黄 铁 矿 型结 构 提 供了 可 能 性 。 如上所述, 金原子的价电子分布为 5d10 6s1 , 硫的 价电子分布为 3s2 3p4 , 铁的价电子分布 3 d6 4s2 。黄铁 矿晶体的化学计量比为 F eS 2 , Fe 与 S 结合时, 两个 S 原子与一个 Fe 原子相结合, 其价电子数为 20。铁为 过渡金属元素, 其原子价电子层为 F e[ Ar ] 3d 4s , 要 使 FeS 2 形成稳 定的配合物, 其价电子 必须符合 18 电子规则 。 S 的价电子数为 6, F e 的价电子数为 而 8。因此, 要符合 18 价电子规则 S -S 各提供一个电子 而形成一对共用电子对, 这样正好使 F eS2 的价电子 数为 18, 从而形成稳定的配合物。 Au 原子进入晶 当 格后, 情况发生了改变。一个 S 原子和一个 Au 原子 的价电子数总和仅为 17, 不符合 18 电子规则, 不能 形成稳定的配合物, 也不能形成电荷饱和的共价键。
[ 19] 6 2 [ 3]

3-

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地 质 找 矿 论 丛              2001 年 道在成键时也有键性差别, 因此, Au 和 Au
4+ + 3+

M 阳离子占据着特殊位置, 成分变化时它的对称和 坐标都不会改变, X 阴离子则不同, 在成分变化时它 会沿 3 轴移动, u 值便发生变化, 从而导致 M X6 反三 方柱和 X( M 6X) 三方锥的不同反应, 产生结构的变 化[ 19 ] 。这是含金黄铁矿多呈他形或半自形产出的主 要因素。 6. 2 石英含金机理 6. 2. 1 二氧化硅的电子结构特点 王玉明和陈小明 ( 1996) 认为, 石英中的 Si 是 以 sp3 杂 化 轨 道 与 O 的 2p 轨 道 成 键 的。 在 Si ( 3s 23p 2 ) 的 3s 轨道和 3p 轨道组合成杂化轨道的过 程中, 有一个 3s 电子须先激发至 3p 空轨道上使组 态变为 3s 3p , 然后这四个单电子轨道 再结合成杂 化轨道。 金的电子结构 79Au[ Xe] 4f 5d 6s , 当金呈正 1 价离子时, 其电子结构为 79Au[ Xe] 4f 5d 6s , 外电 子结构为 5d10 6s0 ; 当金呈正 3 价离子时, 其电子结构 为 79A u[ Xe] 4f 5d 6s 。Au 和 Au 的离子半径分 别为 1. 37~ 和 0. 85~ 。由于金的 6s 轨道一起形成 最外层的价键轨道, 这时金又具有类似于卤族元素 的电子组态, 因此金的某些化学性质与卤族元素相 似
[ 17 ] 14 5 2 + 3+ 14 10 0 14 10 1 1 3 [ 5]

离子

不能替代 Si 离子进入二氧化硅的晶格中。只能以 电荷补偿离子的方式存在于石英的结构孔道中。这 方面王玉明和陈小明[ 6] ( 1996) 已作过详细的论述。 虽然 Au 离子不能替代 Si 离子的方式进入二 氧化硅的晶格中。但可以替代氧离子的方式进入二 氧化硅晶格中。 当金为正 1 价离子时, 其电子结构为 79Au [ Xe] 4f 5d 6s , 外电子结构为 5d 6s , 则其价 电 子 数 为 10。 Si4+ 离 子的 电 子 结 构 为 16Si [ Ne ] 3s 03p 0, 价电子数为 0。而 O 2- 的电子结构为 8O [ He ] 2s 22p 6。可见, O - -Au 组成的配合物符合价电子数 Si 18 的规则, 可形成稳定的配合物。Au 离子为 1. 37 ~ , O 2- 为 1. 32~ 。两者的离子半径仅仅相差 0. 05 ~ , 它们的半径比为 1. 04∶1, 符合类质同像规律对 离子半径相对差的要求( 15% ) 。 因此, 理论上 Au 离 子可以替代氧离子的进入二氧化硅晶格中。 这说明金不仅能以电荷补偿的方式存在于石英 的结构孔道中, 也可以替代 O 的方式进入石英的 晶格中。Au + 离子替代 O 2- 所产生的电荷不*衡, 则 由 Al3+ , Fe 3+ 等离子类质同像取代 Si4+ 来补偿。 6. 2. 3 石英表面含金机理 中温热液矿脉中所观察到的他形集合体石英的 结构类型是由非晶质二氧化硅凝胶结晶而成[ 2] 。 6. 2. 3. 1 石英的表面 张生 ( 1997) 通过实验表 明, 在不含有机质的稀溶液中, 石英表面存在电荷不 同 的三 种 配合 物, 通常 以 ≡ SiOH + , ≡ SiOH 和 ≡ 2 SiO - ( ≡SiO 指一个表面硅氧位置) 表示; 石英的三 层表面配合模型( T LM ) 认为, 石英表面由 3 个静电 层组成, 每层均具相应的电势和表面电荷, 并分别以 , ? B, d *面来标识。 6. 2. 3. 2   石 英 表 面 的 吸 附   曾 贻 善 和 杨 异
[ 7] [ 21] 2+ + 14 10 0 10 0 + 4+


[ 19]

江元生

指出, 要形成稳定的配合物, 其价电子

必须符合 18 电子规则。即组成配合物的原子的价电 子总数必须正好是 18 个。从上述可知, 配合物 SiO 2 的电子结构是由 2 个 O 的 2p 轨道和一个 Si 的 sp 3 杂化轨道组成的。 其中, 氧的价电子数为 6, 硅的价电 子数为 4。那么, 2 个氧原子和 1 个硅原子的总价电 子数只为 16。 满足不了 18 电子规则。 为了达到总价 电子数 18, SiO 2 中的每个氧原子必须与相邻氧原子 共用一对电子。正如两个氧原子形成 O 2 时, 它们之 间有两对共用电子, 以使每个氧的外层电子数均为 8 个。当与 Si 结合时, 其中的一对共用电子被拆开, 每 个氧原子只用一个 2p 电子与硅原子 sp 杂化轨道上 的电子结合形成 Si- 键, 另一对氧的共用电子则保 O 留下来。从而使配合物 SiO 2 的价电子数正好是 18 个。由于相邻 SiO 2 单元中的 2 个氧原子共用一对电 子, 这不仅影响了 Si-O 键的性质, 使 Si-O 键具有共 价健的性质; 也使这一对共用电子具有金属键的性 质。正如 A . S. 马尔福宁 [ 20] ( 1984) 指出, 二氧化硅中 的 O-O 键具有金属键的性质。 6. 2. 2 金进入石英晶格的机理 由于金的离子半径( 1. 37~ 和 0. 85~ ) 与 Si4+ 的 离子半径 0. 42~ 相差较大, 而且两者的 sp 杂化轨
3 3

( 1995) 指出, 在不同的二氧化硅表面上存在着两种 吸附金, 一种是呈分子键合的均匀分布在二氧化硅 ( 如硅胶) 的表面上的金; 另一种是金的显微包裹金, 主要在天然石英颗粒的表面出现。石英的溶解反应 机制认为, 石英表面存在吸附 H 4SiO4 层 [ 21] 。 6. 2. 4 石英含金机理 前文已提到, 石英表面也即晶体生长过程中的 界面层中存在电荷不同的 3 种配合物: ≡SiOH + , ≡ 2
SiOH 和≡ SiO 。这说明石英的表面存在电荷不饱 和, 它 能 从 环 境 相 中 吸 附 一 些 离 子。当 金 以

AuH 3SiO0 方式迁移, 并流经石英表面时, 具有卤族 4 元素性质的金离子能从具有金属键性质的 O -O 键 中获得电子, 并沉淀在石英的表面上。 正是由于石英

第 16 卷 第 3 期         李国华等: 黄铁矿与石英含金机理探讨 的界面层的这一特点, 才使金在石英的生长过程能 在石英表面沉淀并长成形态规则的晶体。一旦 Au 从石英表面得到电子, 即还原成为金属原子, 并与石 英表面具有金属键性质的 O-O 键组成规模和强度 更大金属键, 从而改变了石英的界面层的结构特点, 同时也改变了吸附层的结构, 并影响到过渡层的性 质。 这使富含金离子的成矿热流经石英晶体附*时, 更容易与具有金属键性质的石英表面结合。这说明 石英晶体的界面层是石英含金的内在因素。 前文已提到, 石英表面存在吸附 H 4SiO 4 层。也 即界面相模型中的吸附层。 界面相模型[ 22, 23] 认为, 金 由环境相进入到石英的表面层中, 必须通过这一吸 附层, 这在一定程度上增加了金沉淀于石英的表面 的难度。同时, 由于 H 4SiO 4 中的 Si-O 与石英表面的 Si-O 性质基本相似, 也使 H 4 SiO 4 中的 Si-O 比金容 易结合在石英的表面上。这也是石英中的含金量远 远低于黄铁矿等硫化物矿物的主要原因。这反映石 英晶体生长过程中, 吸附层的性质也决定了石英的 含金量。 含硫和含 SiO 2 的成矿热液的组成 成分是十分 复杂的, 即金矿床中石英生长的环境相的化学组成 是十分复杂的, 必然含有各种各样的离子。 这些离子 中必然有一部分离子比金离子更容易进入到石英晶 体的吸附层中, 并更容易与石英表面的≡SiOH + , ≡ 2 SiOH 和≡SiO 结合, 且它们的结合能比金离子在石 英表面的结合能高, 从而使金离子在石英表面的沉 淀量受到影响。 这说明, 成矿热液的组成和性质对石 英含金量有很大的影响, 石英晶体生长过程中的环 境相是石英含金的外部因素。
+

153

是晶体生长的内因; 过渡层是环境相的特殊表面相, 它体现了环境相对晶体生长的影响, 是晶体生长的 外因; 吸附层介于界面层和过渡层之间, 是连接晶体 相与环境相的纽带, 也是联系晶体生长的内部因素 和外部因素的纽带。任何结晶物质要由环境相进入 到晶体相, 必须依次由过渡层→吸附层→界面层; 可 以通过改变界面相的性质来控制和改变晶体的生长 形态和*性。 界面相模型可很好地解释黄铁矿含金机理。金 进入黄铁矿晶格主要受内因—— 黄铁矿晶体结构及 界面层性质控制。首先是金离子与硫离子和铁离子 的半径相*, 满足相互替代的要求, 具备了金离子进 入黄铁矿晶格的必要条件; 其次是成矿流体中成分 复杂, 使在其中生长的黄铁矿会含有许多其他组分, 导致黄铁矿晶体内存在电荷不*衡, 从而使金离子 具备了进入黄铁矿晶格的充分条件。矿物含金上述 两个方面缺一不可。由于黄铁矿具有这两个方面的 特点, 因此, 这是在众多硫化物矿物中金多赋存于黄 铁矿, 而在其他矿物中少见的根本原因。包裹金、 晶 间金的赋存机制由黄铁矿生长过程中的界面层性质 决定。 若黄铁矿的界面层中不存在金属键, 则金难于 在黄铁矿晶体的表面沉淀并富集, 包裹金、 晶间金则 无法形成。综上所述, 金在黄铁矿中赋存机制说明, 成矿液体中金的 沉淀富集不仅 与黄铁矿的成 分有 关, 而且与黄铁矿生长过程中界面相的性质有关。 金 在黄铁矿中的赋存形式也证明了这一点。 因此, 在寻 找以黄铁矿为主要载金矿物的金矿床时, 不仅要分 析研究成矿液体的性质, 更要注意黄铁矿的成分和 晶体结构特征。 石英含金机理也可以用界面相模型来解释。金 进入石英晶格的机制是由其内因决定。 + 与 O 2- 的 Au 离子半径相*和稳定配合物的 18 电子规则使金氧 相互替代具备了必要条件; 但由于没有充分条件, 因 此, 金很难进入石英的晶格中。 这与在金矿床中石英 晶格含金比较少见的实际情况一致。石英表面含金 则与石英晶体生长过程中的界面相性质, 特别是与 界面相的界面层和吸附层的性质密切相关。在石英 脉型金矿床中, 金主要以裂隙金、 包裹金和晶隙金为 主, 也充分说明成矿液体中金的沉淀富集受石英表 面的界面相性质所控制。 因此, 在寻找石英脉型金矿 床、 研究石英含金机理时, 不仅要注意成矿液体的性 质, 还必须重视石英晶体生长过程中的界面相性质。

7 分析讨论
黄铁矿和石英的含金机理与其生长过程中内因 和外因的相互作用有关, 是内因和外因相互作用的 具体体现。黄铁矿和石英在成矿液体中生长是一种 外延生长, 即石英晶体的表面不断由晶体相向环境 相推移的过程。也就是固体相与液体相的界面不断 向液体相推移的过程。 李国华等 [ 22, 23] 认为, 在这种相 的相互作用过程中, 存在着除晶体相和环境相之外 的第三相—— 界面相; 并提出了晶体生长的界面相 模型。该模型认为, 晶体生长过程中, 位于晶体相与 环境相之间的界面相可划分为有机的三部分: 界面 层、 吸附层和过渡层。 其中, 界面层是晶体的表面相,

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[ 4]  王声远, 樊文苓. A u 在 S iO 2 -HCl-H 2 O 体 系中 200℃溶解 度测 定 ——硅 化对金矿化的意 义初探[ J] . 矿 物学报, 1994, 14( 1) :

8 结论
从上述分析我们可知, 黄铁矿中金离子替代硫 离子和铁离子的机理与其晶体结构密切相关, 尤其 是与配合物的价电子结构有关; 黄铁矿中金的赋存 机制与黄铁矿在生长过程中的表面结构有关, 特别 是与黄铁矿表面的电荷不*衡有关; 黄铁矿表面的 电荷不*衡是由于黄铁矿晶体结构化学的特殊性造 成的, 即黄铁矿晶体中的 S-Fe 和 S-S 共价键中含有 金属键成分以及黄铁矿晶体中存在 S-Au 和 Au-Fe 键。 金在石英中富集不仅与石英的晶体结构、 内部 缺陷和表面特征有关, 尤其是与二氧化硅的电子结 构特征有关; 同时, 也与石英生长的环境相有关。石 英的含金机制不仅与石英晶体的内因有关, 而且与 石英晶体生长的外因有关, 是外因和内因联合作用 的结果。 即主要受石英生长过程中界面相性质控制。 界面相的性质在石英含金的机制中起着十分重要的 作用。可以通过了解界面相的性质来了解石英的含 金机制, 也可以通过控*缑娌愕男灾世纯刂剖 的含金量。虽然这一问题有待实验来证实。但是, 可 从中获得这样的启示: 在寻找石英脉型金矿床、 研究 石英的含金机理时, 不仅要注意成矿流体的性质, 还 必须重视石英晶体生长过程中的界面相性质。

46-55. [ 5]   Herringt on R J, W ilkins on J J. 中温 热液脉系 中胶态金 和二氧 化硅的关系[ J] . 地质科技情报, 1994, 13( 1) : 81-85. [ 6]   杨异, 曾贻善. 氯化 物溶 液中 金转 移到 石英 表面 的实 验 研究 [ J] . 科学通报, 1992, ( 2) : 1473-1475. [ 7]   曾贻善, 杨异. 金 在石英 表面沉 淀的 实验研 究[ J ] . 地质 论评, 1995, 41( 3) : 277-281 [ 8]  姜泽春, 章振 根. 金的气 相迁移探 索[ J] . 地质地球 化学, 1996, ( 2) : 23-26. [ 9]  王铁军. 金迁移的一种可能机理—— 羰基络合物[ J ] . 地质找矿 论丛, 1998, 13( 2) : 82-84. [ 10] 樊文苓, 王 声远, 吴建 军. 低温热 液中金-硅络 合作用的 实验标 定[ J] . 科学通报, 1993, 38( 10) : 933-935. [ 11] Peer W J, Lagow ski J J. M et al-A mmoni s Sol ut ions. 11. A u - , A solvat ed t radition al met al anion [ J ] . J. A m . C hem . S oc. 1978, 100: 6260. [ 12] Bat ch elor R J , Birch al l T , Bur ns R C . G old-197 M ossb auer amal ysis of alkali-m et al-gold int er -m et al lic and ( 2, 2, 2-crypt -M + ) A u- compoun ds: Exis tence of A u - in t he solid st at e[ J] . Inorg. Chem , 1986, 25: 2009-2019. [ 13] 毛华海, 张哲儒. 热 液中金的沉 淀机理研 究综述[ J] . 地 质地球 化学, 1997, ( 2) : 89-92. [ 14] 廖香俊. 黄铁矿中不可见金存 在形式的实验研 究—— 以冀东金 厂峪金矿为例[ J] . 矿物学报, 1994, 14( 4) : 383-387. [ 15] 王玉明, 陈小 明. 石英中金的赋存状态研究[ J] . 地 质地球化学, 1996, ( 5) : 5-8. [ 16] 李纪良. 次显 微金在黄铁矿和石英中的赋存状态研究[ J ] . 矿物 岩石, 1992, 12( 4) : 44-48. [ 17] ? ??????????? ?? ? ??????? ?? . 金矿床中黄铁矿 的地球化 , ? 学特性[ J] . 地质地球化学, 1986, ( 1) : 37-43. [ 18] 何铸文, 杨 忆. 黄铁 矿型结 构的晶 体化学 [ J] . 矿物 学报, 1996, 16( 4) : 421-430.

参考文献:
[ 1 ]   Ban crof t G M , Hyl and M M . Spect roscop ic of ads or ption / r educt ion reduct ions of aqueous met al comp lex es on s ulf ide s urface, in: Hochell s an d Whit e( eds. ) , M ineral-W at er Int erf ace G eoch emis t ry[ J] . Review s in M ineral ogy, 1990, 23: 511-558. [ 2]  张世柏, 谢先德, 吴大清, 等. 黄铁矿表面与 A u( HS ) - 溶液作用 2 的 SM T 研究[ J] . 矿物学报, 1996, 16( 1) : 28-32. [ 3]  李九玲, 冯大明, 亓锋, 等. 金在硫化 物中呈负 价态存在 及其形 成机理初探[ J] . 地质学报, 1995, 69( 1) : 67-76.

[ 19] 江元生. 结构化学[ M ] . 北京: 高等教育出版社, 1997. 236. [ 20] 马尔福宁 A S. 矿物物理 学导论[ M ] . 北京: 地 质出版社, 1984. 227. [ 21] 张生. 石英表面配 合物与溶解 动力学模 型[ J ] . 地质地 球化学, 1997, ( 4) : 33-39. [ 22] 李国华, 王大伟. 晶 体生长的发 展趋势与 界面相模 型[ J ] . 现代 技术陶瓷, 2001, ( 1) : 13-18. [ 23] 李国华, 王大 伟, 黄志良. 晶体生长的界面相研究[ J ] . 人工晶体 学报, 2001, ( 2) : 178-1193.

MECHANISM OF GOLD OCCURRENCE IN PYRITE AND QUARTZ CRYSTALS
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地 质 找 矿 论 丛              2001 年
社, 1990. [ 2]  胡受权. 云南宁 蒗地区喜山期斑 岩带构造控岩 控矿特征 ( 硕士 学位论文) [ D ] . 成都: 成都地质学院, 1991.

参考文献:
[ 1]   云南 省地质 矿产局. 云南省 区域地 质志[ M ] . 北 京: 地质 出版

[ 3]  翟裕生. 矿田构造学概论[ M ] . 北京: 冶金工业出版社, 1984. [ 4]  郑明华. 现代成矿学导论[ M ] . 重庆: 重庆大学出版社, 1988. [ 5]  曾庆丰. 论热液成矿条件[ M ] . 北京: 科学出版社, 1986.

STUDY ON OREBODY? S STRUCTURE-CONTROLLING LAW OF TONGCHANGHE COPPER DEPOSIT IN NINGLANG AREA, YUNNAN PROVINCE
1 1 2 2 GUO Wen-ping , HU Shou-quan , XU Zhan-zhang , ZHANG Shou-ting

( 1. D ep artment of E ar th S ciences , Zhongshan Univ er sity , Guang z hou 510275, China; 2. T echnology U niv er sity of Chengd u, Chengd u 610059, China )

Abstract:   In T ongchang he mining dist rict of Ninglang area , o rebodies ar e cont ro lled by NS - rending t fault system w hich plays rol es of ore canal, or e accom modat ion and or e allo tm ent . Copper or ebodies resided o n low er w all ( sout hern w all) of NWW -trending fault F 1 in mining dist rict . And t he mining dist rict is divided int o t hree diff erent mineralized sect ion by NE - rending f ault F 2 and F 3, and t he east ern and t he midt dle ar e favo rable sect ions f or blind orebody ex plo rat io n. T he co pper depo sit in st udy area possesses m ult iminer ogenet ic st ages and orebo dy spat ial zonation because of t ect onic pulse act ivit y and st ruct ural defo rmatio n zoning . Key words:   Ninglang area ; co pper ore ; or ebody -co nt rol ling st ruct ure ; miner ogenet ic st ages; spat ial zonat io n of or ebody; Yunnan ( 上接第 154 页) LI Guo-hua, WANG Da-wei , WANG Guo-fu, HUANG Zhi-liang
( Centr al South univ er sity , Changsha 410083, China)

Abstract:  On basis o f electr on st ruct ure and proper ty of g old, characteristics o f py rite cryst al st ruct ure, elect ron st ruct ure and charact erist ics o f silica and surf ace feature of quart z cryst al m echanism of g old o c+ 2+ 2currence in pyrit e and quart z is discussed . Au and Au ion replace F e and S and v issible g old can be fo rmed in pyrit e. Go ld concent rat ion in py rit e is m ainly rel at ed t o t he pyr it e cry st al st ruct ure, especial ly t o F - S-S, Au-S and Fe-Au bonds. Accor ding t o 18 el ectr on regulat io n abo ut assor ting met erial and t he inS, terf ace -phase model of crystal gro w th g old occur rence in quart z crystal is not only r elat ed t o surface st ructure, inner def ect of quart z crystal gro ut h but also t o the quart z cryst al gro w th environment , especially t o elect ron str uct ure o f surf ace bonds of quar tz cr yst al. T rap of g old in quart z is m aily cont ro led by int erf ace phase during g row t h. Key words :   Gold ; pyrit e ; quart z ; bond; elect ronic st ruct ur e; surf ace St ruct ure ; crystal st ruct ure ; M echanism


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