黃金在自然界如何形成？中國科學家首次揭示納米尺度動態過程

作為稀有金屬和貴金屬，也是全球金融儲備的硬通貨，黃金在古今中外廣受追捧，其在自然界中是如何形成的？相關機制研究則備受學界關注。

金礦成因全新視角

中國科學家最近利用原位液相透射電子顯微鏡技術，在國際上首次從納米尺度揭示原位液相環境中金納米顆粒在黃鐵礦表面形成的動態過程，並提出一種黃鐵礦誘導金沉澱的新機制。

他們研究發現，在黃鐵礦與水界面處存在一種特殊的「緻密液體層」，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、生長與富集，為理解金礦成因提供了全新視角。同時，這也是礦物表界面科學研究的一個重要新進展。

這項自然界中黃金形成機制研究的重要突破成果，由中國科學院廣州地球化學研究所(廣州地化所)團隊聯合江西省科學院、廈門大學、東華理工大學等機構的合作夥伴共同完成，相關論文已被國際學術期刊接收，本周內將在線發表。

形成過程關鍵依據

論文通訊作者、中國科學院廣州地化所鮮海洋研究員介紹說，黃鐵礦誘導金沉澱是形成高品位金礦的關鍵環節，但其界面動態機制尚不明確。以往研究多依賴反應後的離線分析，既無法捕捉金沉澱的瞬時過程，也難以深入闡明其形成機制。

此次研究在排除溶解氧和電子束干擾的前提下，研究團隊通過原位液相透射電子顯微鏡等多尺度、多手段聯用技術，實時觀測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過程。

這一從「靜態分析」到「動態直播」的結果顯示，在兩者接觸約13分鐘後，黃鐵礦周圍出現「緻密液體層」；約20分鐘後，該層內開始出現黃金納米顆粒，並隨時間推移逐漸增多、長大。

本項研究實現了在納米尺度下對黃鐵礦-水界面中液相原位反應過程的清晰捕捉，也為揭示金在黃鐵礦表面的形成過程提供了關鍵依據。

挑戰傳統拓展認知

這次研究顯示，黃金納米顆粒並非在溶液中憑空產生，而是在緊貼黃鐵礦表面的「緻密液體層」中誕生，該緻密液體層是黃鐵礦表面溶解所形成的，會顯著降低層內的「氧逸度」(一種衡量氧化性強弱的指標)，從而改變局部化學環境，這個液體層就像一個高效的「納米工廠」，促使金離子迅速達到過飽和並沉澱為固體顆粒。

尤為特別的是，即使外部溶液中金濃度極低，該「納米工廠」機制仍能持續驅動金向界面遷移並實現富集沉澱。

研究團隊負責人、中國科學院廣州地化所朱建喜研究員指出，「納米工廠」機制同時適用於熱液型金礦床(如造山型、卡林型、淺成低溫熱液型)和表生金(如砂金等)的富集過程。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後可導致金沉澱；後者中，天然水可淋濾並富集形成低濃度(ppb級)含金流體，同樣在與黃鐵礦反應時觸發金沉澱。

研究團隊表示，本次研究結果挑戰了「金主要源自深部熱液流體」的傳統金礦形成理論，並拓展了成礦機制認知，不僅為理解熱液型金礦床和表生環境中金的超常富集提供微觀動力學觀察，也為闡釋自然界中納米顆粒驅動的礦化過程開闢新路徑。此外，從應用角度看，對綠色浸金工藝中的界面調控也具有重要指導意義。

（來源：中新網）