湿-热条件下Fe-S系列矿物形成过程的实验研究.pdf

增刊 矿 物 学 报 35 基金项目基金项目国家自然科学基金（批准号40872045；41172047） ；国家自然科学基金重大研究计划重点支持项目（编号90914002） ；地质过程与 矿产资源国家重点实验室（中国地质大学）开放课题（编号 GPMR200906） ；内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室（南京大学）开放基金 项目（编号12-06-03） 作者简介作者简介刘佳，女，1989 年，硕士生，矿物学方向. E-mailliujia890528 * 通讯作者，E-mailhuangfei 湿湿-热条件下热条件下 Fe-S 系列矿物形成过程的实验研究系列矿物形成过程的实验研究 刘佳 1，高尚1，黄菲1,2,3*，李光禄1，宋丹1，张超1，周尚鲁1 （1. 东北大学，辽宁 沈阳 110004；2. 中国地质大学 地质过程与矿产资源国家重点实验室，北京 100087； 3. 南京大学 内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室，江苏 南京 210008） 金属硫化物包括黄铁矿（FeS2） 、白铁矿、磁 黄铁矿（Fe1-xS） 、胶黄铁矿（Fe3S4）等在多金属 矿床中大量存在，能够反映矿床的成矿过程及矿 体存在的物理化学条件等信息，对分析成矿地质 条件和矿床地球化学环境有重要的意义。前人对 Fe-S 系列矿物的研究工作主要集中在是黄铁矿和 白铁矿的形成与转变、磁黄铁矿的矿物特征等方 面。 对胶黄铁矿的研究报道较少 （胡守云等， 2001； 黄菲等，2011； Han 和 Gao，2008） 。本次工作 模拟该系列天然矿物在湿-热条件下的形成过程， 揭示了湿-热条件下 Fe-S 系列矿物形成规律。 1 实实 验验 实验以 Na2S 为硫源， Fe2SO43为铁源， 在湿 热条件下进行实验。将一定比例的 Na2S 和 Fe2SO43，加入一定量的去离子水，调节溶液的 pH 值达到弱碱性， 搅拌均匀。 在低温条件下反应， 得到前驱物。将前驱物移入加热设备中，加热升 温到一定温度，并在该温度下恒温一段时间得到 实验样品。 2 结果表征结果表征 利用扫描电子显微镜（SEM） 、X 射线衍射 （XRD） 、透射电子显微镜（TEM）对实验所获样 品进行观测分析，确定实验所获样品中晶体的形 态、结构和物相组成。观测结果显示在 300 ℃ 时，矿物相以 FeS2（黄铁矿）为主，其次为 FeS2 （白铁矿） 、FeS 和很少量 Fe0.985S；350 ℃时，矿 物相以 FeS2（黄铁矿） 为主， 并含少量的 Fe3S4 和 极少量的 Fe0.91S；380 ℃时，矿物相以 FeS2（黄 铁矿）为主，其次为 FeS2（白铁矿） ，少量的 FeS。 随着温度的升高 FeS2（黄铁矿）的相对含量也呈 增高的趋势，并且矿物相组合趋向单一化。 3 讨讨 论论 胡守云等（2001）认为自生成因的磁黄铁矿 非常罕见，但在 pH 值为 7～8 并且硫供给不足的 条件下，胶黄铁矿和单斜磁黄铁矿均能以自生成 因存在。本次实验为弱碱性环境，随着温度条件 变化，出现 FeS、Fe0.985S、Fe3S4、Fe0.91S 等一系 列 Fe-S 系列矿物。 单斜磁黄铁矿的生成可能途径有黄铁矿之 间分解脱硫得到，或者是黄铁矿由于环境中氧的 作用转化为磁铁矿，磁铁矿与反应物中挥发出的 硫进一步反应转变为磁黄铁矿。 由于实验过程分 2 阶段进行，第一阶段得到 反应前驱物为 Fe2S3。第二阶段得到 FeS2等 Fe-S 系列矿物。分析反应原理如下 36 矿 物 学 报 2012 年 3Na2SFe2SO43→Fe2S3↓3Na2SO4 Fe2S3→FeS2Fe1-xS 同时，在热分解阶段，分析还可能存在如下 反应 FeS2→FeSS Fe1-xSS→FeS2 7FeS2→Fe7S86/nSn（王磊等，2008） Fe3O45S→3FeS2SO2 2Fe3O4FeS210/nSn→Fe7S84SO2（李海燕和 张世红，2005） 通过本次实验研究， 发现在 300～380 ℃范围 内均有黄铁矿产生， 当温度为 380℃时， 结晶产物 中为较为单一的 FeS2相， 其他矿物相则相对减少； 而在 300～350 ℃范围内，FeS2和 Fe1-xS（x0～ 0.09） 及 Fe3S4共生； 随着温度的升高， Fe1-xS （x0～ 0.09）逐步减少，当温度 380 ℃时，Fe3S4消失， Fe1-xS 系列仅剩少量的 FeS。 研究 Fe-S 系列矿物的形成过程及相互之间的 成矿关系，对分析当时地球化学环境有重要的意 义。可为揭示 Fe-S 矿物的共生组合规律提供科学 依据，为深入研究 Fe-S 系列矿物的相互转化过程 奠定基础。 参参 考考 文文 献献 胡守云, 邓成龙, 等. 湖泊沉积物磁学性质的环境意义. 科学通报, 2001, 4617 1491-1494. 黄菲, 寇大明, 等. 山西耿庄黄铁矿晶须形貌的显微观测及其标型意义. 地质学报, 2011, 859 1486-1492. 李海燕, 张世红. 黄铁矿加热过程中的矿相变化研究基于磁化率随温度变化特征分析. 地球物理学报, 2005, 486 1384-1391. 王磊, 潘永信, 等. 黄铁矿热转化矿物相变过程的岩石磁学研究. 中国科学 D 辑 地球科学, 2008, 389 1068-1077. Han Wei, Gao Mingyuan. Investigations on iron sulfide nanosheets prepared via a single-source precursor approach. Crystal Growth Design, 2008, 83 1023-1030.