高温高压下水流体-黄铁矿/金相互作用实验研究及其对金成矿作用的启示

The interaction of hydrothermal fluid-pyrite/gold is an electrochemical process in nature, and it seriously affects the activation and enrichment processes of gold. At present, there still exist many problems about pyrite and gold electrochemical behaviors under high temperature and high pressure (HTHP) conditions, for their complex interaction mechanisms and the limited measuring method. In this project, we will select pyrite and gold as samples, and they will made into electrodes and put into autoclave. Electrochemical experiments and dissolution experiments will carry out under in-situ monitor oxygen fugacity, further study the affection of temperature, stress and electrolytic composition (take NaCl for example) to hydrothermal fluid-gold and hydrothermal fluid (with/without gold chloride complex)-pyrite interaction, with an aim to reveal the interaction mechanism of hydrothermal fluid-pyrite/gold under HTHP conditions. The research results will deepen our understanding of the electrochemical behaviors of pyrite and gold under HTHP hydrothermal fluid, and provide direct experimental evidence for the interaction of gold/pyrite under high pressure hydrothermal system. Furthermore, the research results will provide theoretical explanation and experimental basis for the related scientific problems of gold mineralization, such as the activation mechanism of gold in hydrothermal fluid, the key control factors of enrichment on the pyrite surface and deposition mechanism, and the occurrence state of gold in pyrite.

水流体-黄铁矿/金之间的相互作用本质上是一个电化学反应过程，严重影响着金的活化和富集过程。受反应的复杂性和测试手段的影响，人们对高压水热体系下的黄铁矿、金的电化学腐蚀行为认识仍然存在诸多亟待解决的问题。本项目以黄铁矿和金为研究对象，将两者制作成电极装入高压釜中，在原位监测体系氧逸度的基础上开展水流体-黄铁矿/金电化学实验与溶解实验，深入考察温度、压力和溶液介质(以氯化钠为例)对水流体-金、(含/不含金氯络合物)水流体-黄铁矿相互作用的影响，揭示高温高压条件下水流体-黄铁矿/金的电化学反应机制。研究结果将加深人们对高压水热体系下的黄铁矿和金电化学行为的认识，为高压水热体系下的金/黄铁矿相互作用提供直接的实验证据；同时，研究成果将为金在热液体系下的活化机制、在黄铁矿中富集的关键控制因素及沉淀机制，以及金在黄铁矿中的赋存状态等金成矿作用科学问题的解决提供理论解释和实验依据。

水岩相互作用是自然界中许多矿床形成和演化的核心过程之一。在自然界中这种相互作用通常发生在地壳浅部至中部，也就是相对的高温高压水热体系环境。黄铁矿(含砷黄铁矿)作为常见的载金硫化物，在自然界中广泛存在。在水溶液和围岩的介质体系环境下，水流体-黄铁矿，及黄铁矿-金之间极易发生相互作用，引起系列的诸如金活化、迁移及沉淀等地球化学现象。受反应的复杂性和测试手段的影响，人们对高压水热体系下的黄铁矿、金的电化学腐蚀行为认识仍然存在诸多亟待解决的问题。本项目以黄铁矿(含砷黄铁矿)为研究对象，将两者制作成电极装入高压釜中，在原位监测体系氧逸度的条件下开展水流体-黄铁矿/(含砷黄铁矿)-金电化学实验，以揭示高温高压条件下水流体-黄铁矿/(含砷黄铁矿)-金电化学反应机制。获得了如下重要结果：.(1) 黄铁矿在5-45°C自然碱性介质条件下的活化能为15.8-27.1 kJ·mol-1，其转化过程为： FeS2 首先转化为 Fe(OH)3和S，S进一步转化为SO42- ； Fe(OH)3 则依次转化为γ-FeOOH和α-FeOOH，并最终转化为γ-Fe2O3和α-Fe2O3。.(2) 在450°C、0.6 GPa及500°C、1.0 Gpa烧结温度下，烧结的大块状黄铁矿、含砷黄铁矿致密性好、无相变。.(3) 高温高压下，水流体-含砷黄铁矿的电化学表明其首先氧化产生亚砷酸(AsO33-)、Fe2+和单质硫(S0)。亚砷酸(AsO33-)和Fe2+被继续氧化成砷酸(AsO43-)和Fe3+，单质硫(S0)转变为多硫化物并最终转化为硫酸根。Fe3+和氢氧根(OH-)结合形成针铁矿(α-FeOOH)和纤铁矿(γ-FeOOH)，并最终转化成赤铁矿(Fe2O3)。在压力为18.5 MPa的0.20 mol·L-1氯化钠溶液条件下，体系温度的升高，导致含砷黄铁矿腐蚀电流密度增大，破坏砷黄铁矿电极表面的保护性腐蚀氧化物膜层。在温度为320°C的0.10 mol·L-1氯化钠溶液条件下，体系压力升高，同样促进的阴极和阳极的电化学腐蚀溶解。.(4) 高温高压含金氯络合物的NaCl溶液体系下的黄铁矿/砷黄铁矿电化学实验结果表明，金容易在黄铁矿/砷黄铁矿表面富集机制是电化学反应的结果。.研究结果将加深人们对高压水热体系下的黄铁矿电化学行为的认识，为硫化物矿物载金相关科学问题的解决提供理论解释和实验依据。