西班牙揭納米黃金粒子在地下熔化與搬運過程

【2023年06月20日訊】(大紀元專題部記者吳瑞昌編譯報導)黃金象徵財富,但人們對於它如何被搬運和聚集成礦床的過程並不了解。西班牙一所大學觀察礦床中的金納米顆粒,發現它的熔點低於一般黃金,且能被存於礦物中的熱水溶液流(熱液)熔化,並藉由熱液實現移動和聚集。

這項研究成果由西班牙巴塞羅那大學(Universitat de Barcelona, UB)地球科學學院和納米科學與納米技術研究所(IN2UB)、安達盧西亞地球科學研究所(IACT-CSIC)等共同研究得出,成果在5月底被發表到《自然》雜誌上。

論文中介紹,科學家在化石水熱系統、現代地熱、一些淺層熱液和造山帶(板塊運動擠壓區)金礦床等地區的天然膠體懸浮液中發現Au和Ag的納米粒子(NPs)含量超過6,000ppm。

介紹中提到,新的觀察發現沉澱熱液礦石的流體可能具有更高的運輸和沉積金屬能力,但這些含有納米粒子在熱液礦石系統的形成機制和出現位置以及它們可能被熱液攜帶的距離仍不清楚。

介紹中還講述,天然的納米金粒子在1990年的美國內華達州一處天然、藏量豐富的金礦床中被發現,並與二氧化矽共同沉澱在礦床中。礦床中含有熱液系統,將粒子以流體的方式進行運輸和沉積。

這種金礦床的主要特徵是含有砷的黃鐵礦和含毒砂的沉積物形成。沉積物的黃金通常在微觀礦物內和溶於水中,因此這種溶解的黃金被稱為「隱形黃金」,只能通過化學分析才能找到。

UB礦物學、岩石學和石油學系的教授華金‧A‧普羅恩扎(Joaquín A. Proenza)對巴塞羅那大學新聞室表示,「在全球範圍內,熱液金礦床種類繁多,尤其是那些淺層熱液金礦床、板塊運動造成金礦床和沉積式含金的礦床,都無法用礦化流體的特徵去解釋為何存在大量黃金。」

普羅恩扎補充說,「由於礦化流體溶解金的能力非常低,而這些流體都無法解釋金礦化所需的含金量,尤其是那些富金礦型的礦床。因此,金礦床的形成不可能只依靠輸送溶解金的熱液形成。」

這些金納米粒子的被發現,支持黃金可以作為納米粒子懸浮在流體中而不是溶於礦物才能進行運輸的假設。不過科學家還是無法確定這些納米顆粒是如何在不穩定期間(金納米粒子)存於宿主礦物當中的。

於是,該團隊對古巴夏灣拿-馬坦沙士火山的一處硫化物礦床進行分析,發現二砷化物和硫砷化物中含有Au和Ag的NPs。這些礦物的獨特之處,在於它們保留了溶解和沉澱過程的結構證據,同時揭示金納米顆粒是如何暴露於熱液中,且有能力熔化和生產金納米熔體。

為了分析這些礦石,該團隊動用光學顯微鏡、掃描電子顯微鏡、水分離機、聚焦離子束、高分辨率透射電子顯微鏡(TSM)等技術,將這項可能分析出來。

他們發現,尺寸在5µm到10納米(nm)之間的Au-Ag顆粒,可以存在於二砷化物和硫砷化物的晶粒中。同時發現100nm~350nm的Au-Ag NPs存於鈉鈣閃石(紅閃石)中,而10nm~20nm的Au-Ag NPs存於鈷礦中,還有一些存於紅鋁石和鈷礦的界面處。

儘管這些類型的Au-Ag納米顆粒都表現出均勻性,但經儀器檢測,它們的主體缺乏晶體學的連續性質。

該團隊認為一些最初寄宿在紅鋁石和鈷礦中的Au-Ag NPs在400°C到500°C的熱流中被熔解出(遠低於金和銀的熔點),並存在於熱流當中,且再被分解成更小的納米顆粒,形成Au-Ag NPs熔體。這些Au-Ag NPs熔體被鈷礦沉澱物捕獲後冷卻,讓Au-Ag NPs熔體變回Au-Ag納米粒子結晶狀態(10nm~20nm)。

因此他們得出結論:與熱液產生較多反應的Au-Ag NPs(10nm~100nm),很可能在常見的熱液溫度下熔化,並產生Au-Ag NPs熔體,並隨著熱液被搬運。這些Au-Ag NPs熔體出現再活化的性質,是研究熱液金礦床成因必須考慮的現象。

該文章的第一作者迭戈‧多明格斯-卡雷特羅(Diego Domínguez-Carretero)則表示,「先前在古巴夏灣拿-馬坦沙士富含金的礦床採集樣品中發現大量的金納米顆粒。這次研究揭示,金納米顆粒是如何暴露於熱液中且有能力熔化和生產金納米熔體。」

研究人員解釋,「我們的研究首次描述了金納米粒子的整個形成過程,並更好地理解黃金的起源,有助於建立更現實的礦床模型。」確定礦床成因和影響礦床生成的因素,是礦床地質學家的主要的目標。

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