义兴寨金矿床黄铁矿矿物学特征及其含金性研究

2013-10-26王启旺孙立新周安朝张爱绒

太原理工大学学报 2013年1期

王启旺，孙立新，周安朝，张爱绒

（1.山西省煤炭工程项目咨询评审中心，太原 030002；2.太原理工大学阳泉学院，山西阳泉 045000；3.太原理工大学a.矿业工程学院；b.期刊中心，太原 030024)

繁峙义兴寨金矿床位于晋东北恒山山脉中段南麓，金矿体产于恒山杂岩中的石英闪长质片麻岩内，是晋东北典型的具代表性的热液石英脉型金矿床。矿体以单脉为主，复脉和网脉少见。矿石类型为黄铁矿型、多金属型和氧化物型。近年来，不少学者涉足义兴寨地区，对义兴寨金矿床的地质特征及成矿条件、矿床地球化学特征、成矿控制因素及黄铁矿的热电性等进行了较深入细致的研究工作［1-5］，为丰富金矿床成因理论和指导外围找矿提出了十分有意义的见解。黄铁矿是金的主要载体矿物［6-7］，存在于金矿化的全过程。黄铁矿是义兴寨金矿床中分布最普遍、含量最多的金属硫化物，与金的关系密切。因此，开展金矿床中黄铁矿矿物学特征及其含金性研究，对于判断矿床中金的含量、作为金矿评价的标志，进而指导找矿具有重要的意义。

2 黄铁矿的形态、成分及其含金性

2.1 黄铁矿产状及期次

根据野外观察，按黄铁矿产状可分为三种：一是以副矿物的形式赋存于围岩中，是围岩的固有成分，与矿化无关。二是矿晕黄铁矿，存在于紧靠矿体围岩中，有微量的金矿化。三是金矿体中的黄铁矿，为载体矿物。黄铁矿常呈浅黄（铜黄)色，条痕绿黑色，强金属光泽，不透明，无解理，参差状断口。摩氏硬度较大，达6～6.5。密度4.9～5.2g／cm3。等轴晶系。晶形多为立方体和五角十二面体，较少为八面体。集合体呈粒状、致密块状或浸染状。

黄铁矿的形成期次可分为三期，第一期黄铁矿粒径一般＜0.1mm，晶形多为立方体，浸染于脉旁的围岩中；第二期次的黄铁矿晶形多为溶蚀状的五角十二面体，与金矿化关系最密切，多与毒砂、磁黄铁矿、辉钼矿、碲化物、铋硫盐及高成色自然金、银金矿等共生；第三期黄铁矿多与铜铅锌多金属硫化物、砷锑硫盐及低成色的银金矿或金银矿共生。第一、二、三期黄铁矿形成的温度范围分别为300～400，220～300，130～220℃［8］。

2.2 黄铁矿的形态及其含金性

近年来，国内有关黄铁矿的晶形与含金性的研究工作表明：五角十二面体、八面体黄铁矿的含金性比立方体黄铁矿好；随着晶形复杂程度的增加，含金性也愈好［9-13］。笔者利用测角仪对义兴寨金矿的154粒黄铁矿晶形进行了统计（表1)。

表1 义兴寨黄铁矿的形态及其含金性

由表1知：黄铁矿的单形出现多寡依次为立方体、五角十二面、八面体；聚形多为｛100｝＋｛210｝，｛100｝＋｛111｝，｛100｝＋｛210｝＋｛111｝及｛111｝＋｛321｝。由表1还可以看出，立方体黄铁矿Au含量＜30g／t，而五角十二面体及其聚形黄铁矿Au含量均＞100g／t，最高450g／t。由此可见，义兴寨金矿床中黄铁矿作为金的载体，其晶形愈复杂，含金性也愈好。

2.3 黄铁矿的微形貌特征

通常认为黄铁矿晶形的变化，是由立方体｛100｝面上层状生长速度变化而引起的，因｛210｝和｛111｝面是由｛100｝面上生长边缘的生长层阶梯而构成，在扫描电镜下呈台阶状条纹。如果过饱和度越大则台阶条纹越密集，反之条纹越稀疏。笔者用扫描电镜测得义兴寨金矿体中含金较高的黄铁矿阶梯间隔变化于44～16μm之间，变化大，表明晶体生长较快，溶液浓度较大而且生长条件不稳定。本区第一期黄铁矿晶形简单，多为立方体，条纹稀疏；第二期多为五角十二面体，条纹细而密，宽窄不一（图1-a)；第三期呈现五角十二面体、立方体，生长层明显。另外，电镜观察发现第二、第三期黄铁矿在不稳定生长条件下形成的不规则枝状层生长纹（图1-b)，并发现在｛100｝晶面的多角状生长层上附着有约0.1mm大小的黄铁矿微粒（图1-c)，说明生长层之间有一定的容纳能力，这可能非常有利于金的聚集。个别黄铁矿的｛100｝面上有弧形的生长阶梯（图1-d)，可能是由螺旋式生长造成的。Sunagawa［13］认为螺旋生长是在溶液过饱和度低的情况下的一种生长方式，晶体成长速率较低，晶体成分也因足以发挥结晶分异作用而不利于金在黄铁矿中聚积。因而，在｛100｝面上有弧形的生长阶梯的黄铁矿含Au低。

图1 黄铁矿的微形貌特征

黄铁矿微形貌特征可以提供关于晶体生长条件及黄铁矿中含Au性的信息，微形貌特征进一步说明了义兴寨金矿中黄铁矿的晶形愈复杂含金性愈好，第二、第三期黄铁矿为金的主要裁体的原因。

2.4 黄铁矿的成分及含金性

金对黄铁矿有很大的亲合性，金一般是在成矿溶液演化的中低温阶段开始大量沉淀，且与黄铁矿的沉淀阶段相重叠。黄铁矿之所以作为主要的载金矿物，除了两者具有相似的物理化学形成条件以及黄铁矿可作为金的沉淀还原剂外，还因为黄铁矿化学成分的可变性。在普通温度下，成分可在FeS1.94-FeS2.0之间变化，经常出现晶格缺陷，可以被其它成分充填。

黄铁矿的理论成分（质量分数)Fe为46.55%，S为53.45%，其比值m（Fe)／m（S)≈0.871，当比值偏离标准值时，往往存在晶格缺陷。

笔者分别采集了不同矿石类型的黄铁矿，进行了黄铁矿成分及含金量分析，并分别计算了S／Fe（分子比)值，其结果见表2。可以看出黄铁矿中硫平均为52.65%，铁平均为46.20%，均有亏损，其中矿石中黄铁矿（样品PY-1～PY-6)S和Fe的亏损较围岩中黄铁矿（样品PY-7)更为强烈。

表2 黄铁矿的成分与含金量

通常认为，当黄铁矿的S／Fe（分子比)值接近标准值2时，为正常黄铁矿，含金量低；当黄铁矿S／Fe值小于2时，S相对Fe有亏损，含金量较高。义兴寨金矿中第二、三期黄铁矿的S／Fe值除样品PY-6外，其余均小于2，因而含金量高（表2)。由此可见，黄铁矿中硫亏损的程度可作为含金性的判断依据。

义兴寨金矿床黄铁矿的形态、微形貌特征及成分研究表明，黄铁矿晶形愈复杂，含金性也愈好。其原因是第二、第三期黄铁矿形成时，溶液浓度较大而且生长条件不稳定，晶体生长速度较快，导致其与正常黄铁矿相比，S、Fe及S相对Fe均有亏损，使黄铁矿晶体存在晶格缺陷，为Au元素的混入提供了有利空间。

3 黄铁矿的X射线研究

利用X射线衍射仪对所采样品黄铁矿的晶胞参数进行了精测，按a＝，计算了该等轴晶系矿物晶胞的边长（表3)。

表3 黄铁矿X射线衍射参数与含金量

由表3可见，黄铁矿的晶胞参数a与其含金性呈微弱的正相关关系，经计算相关系数r＝0.242。用回归方程a＝5.418＋0.00024lnx（x（Au)／g·t-1，作a对lnx的相关图（图2)。从图2可以看出，参数点虽然分散，但仍可看出其正相关关系。晶胞参数a的加大，可能是Au元素混入的结果。

图2 黄铁矿晶胞参数与含金量的关系

4 黄铁矿的红外光谱

将挑纯的黄铁矿单矿物用固体压模法制样，在PE983G型红外分光光度计上扫描。计算417 cm-1，346cm-1吸收峰高的比值（表4)。

表4 黄铁矿红外吸收峰高I2（346cm-1)与I1（417cm-1)的比值与含金量的关系

由表4可明显看出I2／Il的比值与金含量呈正相关关系，利用6个样品计算的I2／Il与lnx正相关系r＝0.84。用回归方程I2／Il＝0.05166＋0.0408lnx，作I2／Il对lnx的相关图（图3)，由图可见两者具良好的正相关性。

图3 黄铁矿红外光谱I2（346cm-1)／I1（417cm-1)与含金关系

图4是具代表性的PY-3及PY-6两个样品的红外光谱图谱，样品PY-3的I2／Il值最大，样品PY-6的I2／Il值最小（表4)。从图4可以看出，两个样品红外光谱的吸收峰没有位移，说明没有杂质成分进入晶格，而峰形的变化可能与离子团的构形变化有关。这种变化很可能正是黄铁矿I2／Il值与其含金量呈良好相关性事实的反映，可作为黄铁矿含金程度的一个重要矿物学标志，即黄铁矿红外吸收峰高I2（346cm-1)与I1（417cm-1)的比值愈大，其含金性愈好。