金纳米颗粒在铁(羟基)氧化物中的吸附与粗化机制驱动高品位金矿形成

本研究针对地壳热液系统中高品位金矿的成因机制难题，通过纳米尺度矿物学分析，揭示了金纳米颗粒在铁(羟基)氧化物（如针铁矿α-FeOOH和赤铁矿α-Fe2O3）中的吸附-释放-再富集动态过程，提出氧化流体作用下的针铁矿向赤铁矿相变驱动金颗粒粗化（Ostwald ripening）的新模型，为铁建造型金矿成矿机制提供关键理论支撑。

　　

【研究背景】
在地壳深处热液系统中，高品位金矿常与富含铁的羟基氧化物（如赤铁矿α-Fe₂O₃和针铁矿α-FeOOH）紧密共生，这些矿石中可见毫米级金颗粒与纳米级金颗粒共存的现象长期困扰着地质学家。传统观点认为此类矿床形成于表生氧化环境，但越来越多的证据显示其可能源自深部热液过程。更令人困惑的是，铁氧化物如何从流体中捕获金纳米颗粒并促使其成长为可见金颗粒的机制尚不明确。

中国锦英矿床发现的金品位高达200克/吨的角砾岩型矿石为破解这一谜题提供了理想样本。国家自然科学基金资助的研究团队通过多尺度分析发现，氧化性流体与含赤铁矿围岩的相互作用触发了金纳米颗粒的级联富集过程。这项发表于《Geochimica et Cosmochimica Acta》的研究首次揭示了铁氧化物相变对金颗粒粗化的控制机制。

【关键技术】
研究采用微区X射线荧光（μ-XRF）绘制元素分布图，激光拉曼光谱鉴定矿物相，聚焦离子束（FIB）制备纳米薄片，结合透射电镜（TEM）和选区电子衍射（SAED）解析矿物转化序列及金颗粒赋存状态。

【主要发现】

1. 矿物起源：
   通过流体包裹体和矿物共生序列分析，证实铁羟基氧化物源自岩浆热液与大气降水混合的氧化流体，而非传统认为的表生氧化作用。针铁矿纳米棒通过取向附生（oriented attachment）聚集生长，随后通过固态相变转化为多孔赤铁矿。

2. 金纳米颗粒吸附：
   TEM观测显示，直径<20nm的金颗粒通过静电作用密集吸附于针铁矿{110}晶面，能谱分析证实界面存在Fe-O-Au化学键。表面电位测量揭示针铁矿在pH=5-7时带正电，与金氯络合物[AuCl₄]^-产生强静电吸引。

3. 相变驱动的金释放：
   针铁矿-赤铁矿相变过程中，晶体体积收缩6.7%形成纳米孔隙，导致吸附金颗粒脱离基质。原子尺度HAADF-STEM成像显示，释放的金原子沿赤铁矿孔隙边缘扩散并重结晶。

4. 金颗粒粗化机制：
   多孔赤铁矿中的纳米金通过两种途径生长：（1）颗粒聚合形成不规则微米级团块；（2）奥斯特瓦尔德熟化（Ostwald ripening）使小颗粒溶解再沉积于大颗粒表面，能谱面扫描显示成熟金颗粒的Ag含量梯度证实该过程。

【理论突破】
该研究建立了"吸附-释放-再富集"动态模型：氧化流体沉淀针铁矿吸附金纳米颗粒→相变产生赤铁矿纳米孔隙→金颗粒脱离并迁移至孔隙→通过界面能驱动粗化形成可见金。这一机制合理解释了铁建造相关金矿中异常高的金品位现象，为勘查高品位金矿提供了新的成因标志。

【应用价值】
发现铁氧化物表面电荷状态控制金吸附效率，暗示通过调控pH值可优化金矿选冶工艺。对纳米颗粒行为的研究也为其他贵金属富集过程研究提供范式。研究强调热液系统氧化还原界面对成矿的关键控制，推动深部找矿理论发展。