Аккумуляция примесных элементов при гидротермальной кристаллизации пирита: селективность поверхностных фаз
Об авторах
- 1 — канд. хим. наук старший научный сотрудник Институт геохимии им. А.П.Виноградова СО РАН ▪ Orcid
- 2 — ведущий инженер Институт геохимии им. А.П.Виноградова СО РАН ▪ Orcid
- 3 — ведущий инженер Институт геохимии им. А.П.Виноградова СО РАН ▪ Orcid
- 4 — д-р хим. наук главный научный сотрудник Институт геохимии им. А.П.Виноградова СО РАН ▪ Orcid
Аннотация
Ограниченность данных о поведении примесных элементов при формировании рудных минералов в гидротермальных системах снижает их потенциал как индикаторов физико-химических условий рудообразования. Одним из наиболее распространенных сульфидов, способных концентрировать благородные металлы и другие ценные компоненты, является пирит. Изучено распределение ряда типоморфных элементов-примесей пирита при его кристаллизации в гидротермальных условиях при температуре 450 °С и давлении 1 кбар. Методами рентгеноспектрального микроанализа, сканирующей электронной микроскопии и масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой и лазерной абляцией получены данные по формам нахождения, соотношениям содержаний и корреляционным связям примесных элементов в объеме и в поверхностном слое кристаллов пирита. Впервые определен параметр S селективности поверхностных фаз в отношении основных (Сo, Cu, Ni) и малых примесей (благородные металлы, As, Zn, Mn), который в среднем составил 1,9 (Сo), 2,1 (Cu), 1,3 (Ni), 4,2 (Pd), 18,5 (Au), 6 (As), 10,2 (Zn), 9,1 (Mn). Корреляционные связи между элементами существенно различны для поверхности и объема, что объясняется влиянием селективности поверхностных фаз. Двойственный характер корреляции Au и As позволяет рассматривать их связь как поверхностное явление. Палладий, критически важный металл, широко применяемый в химическом катализе и других областях технологии, обнаруживает необычное поведение в пирите, концентрируясь в основном в поверхности, что предполагает возможность попутного извлечения из пиритовых руд на золото-извлекательных предприятиях. Наблюдавшиеся корреляции рассмотрены с позиций вхождения примесных элементов в объемную структуру пирита и в составы эволюционирующих в процессе роста кристалла поверхностных фазоподобных образований (неавтономных фаз), обогащающихся несовместимыми элементами.
Область исследования:
Геология
Ключевые слова:
гидротермальный синтез
пирит
элементы-примеси
распределение
поверхность
селективность
ЛА-ИСП-МС
Финансирование
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 24-27-00140, https://rscf.ru/project/24-27-00140/.
Литература
- Tauson V.L., Lipko S.V., Smagunov N.V., Kravtsova R.G. Trace Element Partitioning Dualism under Mineral–Fluid Interaction: Origin and Geochemical Significance // Minerals. 2018. Vol. 8. Iss. 7. № 282. DOI: 10.3390/min8070282
- Lipko S., Tauson V., Smagunov N., Babkin D., Parkhomenko I. Distribution of Trace Elements (Ag, Pd, Cd, and Mn) between Pyrite and Pyrrhotite and Selectivity of Surficial Nonautonomous Phases in a Hydrothermal System // Minerals. 2022. Vol. 12. Iss. 9. № 1165. DOI: 10.3390/min12091165
- Vukmanovic Z., Reddy S.M., Godel B. et al. Relationship between microstructures and grain-scale trace element distribution in komatiite-hosted magmatic sulphide ores // Lithos. 2014. Vol. 184-187. P. 42-61. DOI: 10.1016/j.lithos.2013.10.037
- Fougerouse D., Reddy S.M., Sumail et al. Dislocation-mediated interfacial re-equilibration of pyrite: An alternative model to interface-coupled dissolution-reprecipitation and gold remobilisation // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2024. Vol. 374. P. 136-145. DOI: 10.1016/j.gca.2024.04.027
- King S.A., Cook N.J., Ciobanu C.L. et al. Coupled Microstructural EBSD and LA-ICP-MS Trace Element Mapping of Pyrite Constrains the Deformation History of Breccia-Hosted IOCG Ore Systems // Minerals. 2024. Vol. 14. Iss. 2. № 198. DOI: 10.3390/min14020198
- Викентьев И.В. Невидимое и микроскопическое золото в пирите: методы исследования и новые данные для колчеданных руд Урала // Геология рудных месторождений. 2015. Т. 57. № 4. С. 267-298. DOI: 10.7868/S001677701504005X
- Gopon P., Douglas J.O., Auger M.A. et al. A Nanoscale Investigation of Carlin-Type Gold Deposits: An Atom-Scale Elemental and Isotopic Perspective // Economic Geology. 2019. Vol. 114. № 6. P. 1123-1133. DOI: 10.5382/econgeo.4676
- Tolstykh N., Bortnikov N., Zhukova I. et al. Trace elements in pyrite from Ausingle bondAg epithermal deposits of Kamchatka, Russia: Comparison with geochemical features of mineral systems // Journal of Geochemical Exploration. 2025. Vol. 275. № 107774. DOI: 10.1016/j.gexplo.2025.107774
- Guotao Sun, Qingdong Zeng, Lingli Zhou et al. Mechanisms for invisible gold enrichment in the Liaodong Peninsula, NE China: In situ evidence from the Xiaotongjiapuzi deposit // Gondwana Research. 2022. Vol. 103. P. 276-296. DOI: 10.1016/j.gr.2021.10.008
- Kexin Wang, Degao Zhai, Jiajun Liu, Han Wu. LA-ICP-MS trace element analysis of pyrite from the Dafang gold deposit, South China: Implications for ore genesis // Ore Geology Reviews. 2021. Vol. 139. Part A. № 104507. DOI: 10.1016/j.oregeorev.2021.104507
- Yumiao Meng, Xiaowen Huang, Chunxia Xu, Songning Meng. Trace element and sulfur isotope compositions of pyrite from the Tianqiao Zn–Pb–Ag deposit in Guizhou province, SW China: implication for the origin of ore-forming fluids // Acta Geochimica. 2022. Vol. 41. Iss. 2. P. 226-243. DOI: 10.1007/s11631-021-00511-0
- Lei Yan, Xianzheng Guo, Yu Fan et al. The occurrence of cobaltite nanoparticles in pyrite from the De’erni deposit, NW China // Ore Geology Reviews. 2024. Vol. 173. № 106268. DOI: 10.1016/j.oregeorev.2024.106268
- Bralia A., Sabatini G., Troja F. A revaluation of the Co/Ni ratio in pyrite as geochemical tool in ore genesis problems // Mineralium Deposita. 1979. Vol. 14. Iss. 3. P. 353-374. DOI: 10.1007/BF00206365
- Волков А.В., Сидоров А.А. Невидимое золото // Вестник Российской академии наук. 2017. Т. 87. № 1. С. 40-49. DOI: 10.7868/S0869587317010121
- Пальянова Г.А. Минералы золота и серебра в сульфидных рудах // Геология рудных месторождений. 2020. Т. 62. № 5. С. 426-449. DOI: 10.31857/S0016777020050056
- Молчанов В.П. Разработка подходов к созданию технологии извлечения «невидимого» золота из руд месторождения Сухое (Приморье) // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2022. Т. 84. № 3. С. 177-182. DOI: 10.20914/2310-1202-2022-3-177-182
- Hongping He, Haiyang Xian, Jianxi Zhu et al. Evaluating the physicochemical conditions for gold occurrences in pyrite // American Mineralogist. 2023. Vol. 108. № 1. P. 211-216. DOI: 10.2138/am-2022-8207
- Таусон В.Л., Лустенберг Э.Е. Количественное определение форм нахождения золота в минералах методом анализа статистических выборок аналитических данных // Геохимия. 2008. № 4. С. 459-464.
- Таусон В.Л., Бабкин Д.Н., Лустенберг Э.Е. и др. Типохимизм поверхности гидротермального пирита по данным электронной спектроскопии и сканирующей зондовой микроскопии. I. Синтетический пирит // Геохимия. 2008. № 6. С. 615-628.
- Tauson V.L. Gold solubility in the common gold-bearing minerals: Experimental evaluation and application to pyrite // European Journal of Mineralogy. 1999. Vol. 11. № 6. P. 937-947. DOI: 10.1127/ejm/11/6/0937
- Deditius A.P., Reich M., Kesler S.E. et al. The coupled geochemistry of Au and As in pyrite from hydrothermal ore deposits // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2014. Vol. 140. P. 644-670. DOI: 10.1016/j.gca.2014.05.045
- Filimonova O.N., Tagirov B.R., Trigub A.L. et al. The state of Au and As in pyrite studied by X-ray absorption spectroscopy of natural minerals and synthetic phases // Ore Geology Reviews. 2020. Vol. 121. № 103475. DOI: 10.1016/j.oregeorev.2020.103475
- Kusebauch C., Gleeson S.A., Oelze M. Coupled partitioning of Au and As into pyrite controls formation of giant Au deposits // Science Advances. 2019. Vol. 5. Iss. 5. № eaav5891. DOI: 10.1126/sciadv.aav5891
- Ya-Fei Wu, Evans K., Si-Yu Hu et al. Decoupling of Au and As during rapid pyrite crystallization // Geology. 2021. Vol. 49. № 7. P. 827-831. DOI: 10.1130/G48443.1
- Merkulova M., Mathon O., Glatzel P. et al. Revealing the Chemical Form of “Invisible” Gold in Natural Arsenian Pyrite and Arsenopyrite with High Energy-Resolution X-ray Absorption Spectroscopy // ACS Earth and Space Chemistry. 2019. Vol. 3. Iss. 9. P. 1905-1914. DOI: 10.1021/acsearthspacechem.9b00099
- Kovalchuk E.V., Tagirov B.R., Borisovsky S.E. et al. Gold and Arsenic in Pyrite and Marcasite: Hydrothermal Experiment and Implications to Natural Ore-Stage Sulfides // Minerals. 2024. Vol. 14. Iss. 2. № 170. DOI: 10.3390/min14020170
- Xiao-Wen Huang, Yu-Miao Meng, Tao Long, Liang Qi. Cobalt mineralization in an evolving skarn system: Insights from co-bearing minerals in the Cihai Fe-Co deposit, NW China // Journal of Asian Earth Sciences. 2025. Vol. 290. № 106674. DOI: 10.1016/j.jseaes.2025.106674
- Román N., Reich M., Leisen M. et al. Geochemical and micro-textural fingerprints of boiling in pyrite // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2019. Vol. 246. P. 60-85. DOI: 10.1016/j.gca.2018.11.034
- Baisong Du, Zuoman Wang, Santosh M. et al. Role of metasomatized mantle lithosphere in the formation of giant lode gold deposits: Insights from sulfur isotope and geochemistry of sulfides // Geoscience Frontiers. 2023. Vol. 14. Iss. 5. № 101587. DOI: 10.1016/j.gsf.2023.101587
- Hanwen Yang, Baisong Du, Santosh M. et al. Role of As in the formation of giant Au deposits: Insights from sulfur isotope and geochemistry of pyrite from the Shuangwang Au deposit, West Qinling, central China // Ore Geology Reviews. 2024. Vol. 175. № 106363. DOI: 10.1016/j.oregeorev.2024.106363
- Filimonova O.N., Snigireva I.I., Thompson P., Wermeille D. Incorporation of palladium into pyrite: Insights from X-ray absorption spectroscopy analysis and modelling // Science of the Total Environment. 2024. Vol. 920. № 170927. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2024.170927
- ShiWen Xie, FuLai Liu, HuiNing Wang et al. Micro- to nanoscale cobalt occurrence in Co-enriched pyrite: A case study from Dahenglu Cu-Co deposit // Acta Petrologica Sinica. 2024. Vol. 40. Iss. 10. P. 3028-3036. DOI: 10.18654/1000-0569/2024.10.05
- Fleet M.E., Mumin A.H. Gold-bearing arsenian pyrite and marcasite and arsenopyrite from Carlin Trend gold deposits and laboratory synthesis // American Mineralogist. 1997. Vol. 82. № 1-2. P. 182-193. DOI: 10.2138/am-1997-1-220
- Deditius A.P., Reich M. Constraints on the solid solubility of Hg, Tl, and Cd in arsenian pyrite // American Mineralogist. 2016. Vol. 101. № 6. P. 1451-1459. DOI: 10.2138/am-2016-5603
- Романченко А.С., Михлин Ю.Л. Изучение методом РФЭС продуктов, образующихся на пирите и пирротине при взаимодействии с хлоридными растворами палладия(II) // Журнал структурной химии. 2015. Т. 56. № 3. C. 565-571. DOI: 10.15372/JSC20150321
- Таусон В.Л. Принцип непрерывности фазообразования на минеральных поверхностях // Доклады Академии наук. 2009. T. 425. № 5. P. 668-673.
Похожие статьи
Разработка инженерной методики определения норматива потребления электроэнергии аппаратами воздушного охлаждения
2026 Д. Е. Филимошина
Разработка состава и оценка эффективности биопрепарата для очистки нефтезагрязненных почв
2026 А. С. Данилов, И. Д. Соснина, Е. А. Сердюкова
Высокоглиноземистые гнейсы чупинской толщи Беломорского подвижного пояса: условия метаморфизма, парциальное плавление и возраст мигматитов
2026 А. В. Юрченко, Ш. К. Балтыбаев, Т. А. Мыскова
Перспективы редкоземельной рудоносности кор выветривания по гранито-гнейсам Соуктальского плутонического комплекса (Северный Казахстан)
2026 М. А. Джунусов, К. Р. Регми, Е. В. Климова, А. В. Резник