我院蔡元峰教授在“矿物取代反应机制”研究上取得新进展

发布者:陆昀乔发布时间:2021-03-03浏览次数:1217

矿物取代是自然界矿物-流体相互作用的普遍现象,也是影响矿物形成和演化的重要过程。Cu–Fe–S体系是硫化物矿物大类中最重要的体系之一,在各种热液硫化物矿床中,常出现不同硫化物(如黄铜矿、黄铁矿、斑铜矿、辉铜矿等)的共生和顺序交代现象。理解硫化物的共生和交代机理及其控制因素,对解译矿床成因和精细刻画成矿过程具有重要意义。南京大学蔡元峰教授团队针对硫化物共生和问题,在中低温实验条件下系统地研究了黄铁矿与Cu(I)溶液反应过程,通过对产物物相种类鉴别,结合原位拉曼技术、激光原位S同位素技术以及热力学计算模型,在含铜硫化物的交代机理研究上取得了以下新进展:

1. 热液条件下黄铁矿被黄铜矿取代过程是一个“氧化还原耦合”的溶解-沉淀反应(Redox-coupled dissolution–precipitation reaction, RCDP)。在RCDP过程中,黄铁矿的氧化性溶解和黄铜矿的沉淀同时进行,但二者可在空间上分离,而通过电子传递进行耦合(如图所示)。

2. 自黄铁矿向辉铜矿形成的微观矿物环带受控于流体扩散形成的局部平衡;实验和热力学计算结果揭示宏观矿物分带可通过含铜溶液交代黄铁矿形成。结合已有研究,实验结果支持沉积型铜矿的多阶段矿化模式。

研究工作以“Experimental investigation of the reactions between pyrite and aqueous Cu(I) chloride solution at 100–250 °C为题发表在国际一流刊物Geochimica et Cosmochimica Acta》上。第一作者为我院博士生张阳,蔡元峰教授是此论文的通讯作者,李伟强教授提出了RCDP反应机制并深度参与了论文修改。此外,南京大学研究生曲扬、潘宇观工程师、张文兰教授、王小林教授等以及中国地质大学赵葵东教授也参与了这项研究,并作出了重要贡献。本研究得到了国家自然科学基金项目(41272055)支持。

1. 氧化还原耦合的溶解-沉淀机制。黄铜矿取代黄铁矿过程需要额外电子供给,电子可通过黄铁矿氧化溶解提供。