铂族元素研究现状分析

潘晓东，刘琦



铂族元素研究现状分析

潘晓东，刘琦

（四川里伍铜业股份有限公司，四川甘孜 626200）

铂族元素（简称PGE）具有宝贵的物理化学性质，是重要的战略物资，同时具有货币储备的功能。在国防和高科技等领域具有重要战略意义。但我国的铂族元素矿产资源极匮乏，至今尚未找到稍具规模且有工业意义独立PGE矿床。本文通过主要通过对PGM分析测试现状、地质应用、矿床特征以及存在问题综合分析，以期对PGM的研究及勘查有一定的指导意义。

铂族元素；研究现状；分析

铂族元素（简称PGE）具有宝贵的物理化学性质，是重要的战略物资，同时具有货币储备的功能。除了饿和钌为钢灰色，其余均为银白色，它们都具有熔点高、强度大、电热性稳定、抗电火花蚀耗性高、抗腐蚀性优良、高温抗氧化性能强、催化活性良好的特点（谢烈文，2001），故其在国防、高科技、汽车、环境保护、航空航天以及装饰品等领域中都起着不可替代的作用。因此，PGE一直受到世界各国的密切关注（李晓峰，等. 2003）。

1 PGM分析测试现状及地质应用

1.1 PGE化学分析现状

铂族元素在绝大多数地质样品中的含量很低，过去由于PGE 的分析方法和测试精度有限，限制了铂族元素在地球化学和矿床学研究中的应用。铂族元素的分析一般要经过一系列物理化学分离富集和测定两大步骤。必须取大量的样品对铂族元素进行分离富集，从而克服块金效应，才能得到准确度高和重现性好的结果。为此，选择适当分离、富集的方法是准确测定铂族元素的关键。目前对铂族元素进行分离与富集的常用方法有：火试金法、溶液萃取法、离子吸附交换法等。测试方法有原子吸收光谱法（AAS）、原子发射光谱法（AES）、电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS） 、核方法、伏安法、加速器质谱仪法（Wilson G C, Rucklidge J C, Kilius L R et al. 1997）。

1.2 PGM赋存状态的研究

铂族元素赋存状态的研究是铂族元素研究的难点，因其在不同的岩石和矿床会出现不同的PGE矿物物相及其组合。产于铁镁质-超铁镁质层状侵入体中的铂族矿物有铂钯硫化物、铂铁合金、钌硫化物、铑硫化物、铂钯碲化物、钯砷化物及钯的合金，这些PGM可与硫化物矿物共生，也可与硅酸盐矿物共生，还可与铬铁矿及其它氧化物共生。产于蛇绿岩套中的PGM主要是钌、铱、锇的矿物，铂族、铑的矿物则较少，它们可呈合金、硫化物、硫砷化物以及砷化物4种形式。产于阿拉斯加式侵入体中的铂族矿物主要有铂铁合金、碲铂矿、硫铂矿等少数几种，其中铂铁合金与铬铁矿及同时结晶的高温硅酸盐矿物共生。产于铜镍硫化物矿床中的主要是铂和钯的矿物。基性超基性层状侵入体、蛇绿岩套及阿拉斯加式侵入体中的PGE的共同特点是均与铬铁矿共生，其中硫钌矿常在铬铁矿中呈包体形式出现，而铂和钯的矿物常充填于铬铁矿颗粒之间。另一方面，PGE可能以络合物，如（Pt，Sn，Cl）4+形式存在于熔体（Amosse J，Dable P，Allibert M）。PGE除了可以形成独立矿物，还很有可能以类质同象形式进入碱金属硫化物（简称BMS）、铬铁矿与橄榄石晶格。常见的PGE族元素矿物有：砷铂矿、碲铋镍钯矿、碲钯矿、硫铂矿、硫镍钯铂矿、锑钯矿、硫砷铱矿、碲铂矿等。 这些铂族元素矿物（ PGM ）常与与金属硫化物密切共生或包裹于金属硫化物矿物中（主要为磁黄铁矿和镍黄铁矿、黄铜矿）（Penbert CJ and Merkle ，1999），或者出现在金属硫化物与硅酸盐的边界或者硫化物矿物颗粒的裂隙中（Seabrook CL,Prichard HM and Fisher PC. 2004。层状侵入体中富铬铁矿层一般富集Pt、Pd和Rh，铂族元素的富集与铬铁岩密切相关。Kepozhinskas等（2002）认为，Pt-Fe、Pt-Ir合金是Pt相对于Pd和Rh分异的物相。Amosse等 [8]的实验同样表明，Pt-Fe合金可以在S不饱和的玄武质岩浆中形成。南非Bushveld UG2层的铂族元素矿物（PGM）（硫钌矿、硫钯铂矿、硫铂矿、硫钯矿，等）以包体形式存在于硫化物中，或者产于硫化物颗粒的边界以及硫化物矿物颗粒的裂隙中（Penbert CJ and Merkle ，1999）。

国内对于铂族元素赋存状态的研究也有很大的进展，张如柏等（1998）在研究川南和川东北地区含铂较高的黑色岩系样品时，经过较为系统的破碎（200目左右）-分选（过筛）-重力选矿（摇床）-烘干-显微镜检查之后，在获得的“重矿物”部分再进行排除污染、干扰的严格处理提纯工作，获得了一种银白色的细小颗粒，经EDAX9100能谱分析发现为纯的自然铂，随机测定了三粒，铂含量为98.25%，98.08%，98.44%。首次在黑色页岩中发现了自然铂。胡晓强等（2001）利用矿石矿物的光学特征结合部分电子探针分析，对四川丹巴地区Cu-Ni-Pt 矿床矿石矿物特征研究后，指出该矿床铂族元素矿物种类是极丰富的，有已查出其铂族元素矿物有以下4个大类，即：①碲及碲铋、碲锑化物类（等轴碲铋钯矿[PdBiTe]、锑等轴碲铋钯矿[（Pd,Pt）（Bi,Sb）Te]、铋等轴碲锑钯矿[（Pd,Pt）（Sb,Bi）Te]、黄铋碲钯矿[Pd（Te,Bi）]、未知矿物A （由Sb, Te, Pd 组成，化学式可能为：[（Pd,Ni）2（Sb,Bi）Te]） 、未知矿物B （由Te,Ni,Pd组成，化学式可能为：[（Pd, Ni） （Te,Bi）2]））、未知矿物C（由Pd,Te,Sb,Ni 组成，化学式可能为：[（Ni,Pd）2（Sb,Bi）Te2）]）、未知矿物E（化学式可能为：Pd3Sb2（Te,Bi）2]）；②锑化物类（六方锑钯矿[PdSb]；未知矿物D （一锑二钯，化学式可能为：[Pd2Sb]；③ 砷化物类（砷铂矿[PtAs2]；峨眉矿（砷锇矿） [OsAs2]）;④ 自然元素类（自然Pt、自然Pd），因此推断，新矿物或新变种矿物应是存在的； 唯粒度细微，有待于进一步研究。朱文凤[11]经过金川铜镍硫化物矿床中铂族元素的赋存状态后指出矿石中80 %以上的铂和78 %以上的钯呈独立矿物相存在。一方面锇、铱、钌、铑的赋存状态虽经详细研究，但因含量很低，尚未完全搞清楚其赋存状态。另一方面，其研究并没有给出铂、钯的独立矿物相的电子探针分析数据确定所找到的矿物为铂族元素矿物（ PGM ）。

1.3 PGE在地质中的应用

铂族所含的六个元素即：锇（Os）、铱（Ir）、铂（Pt）、钌（Ru）、铑（Rh）、钯（Pd）几乎总是同时存在。它们的原子半径很相近，电离势较高，在地质作用过程中常以零价态出现，有较大的极化能，在自然界中的化合物常是由共价键分子构成，因此构成了它们在自然界共生的基础。高沸点，高熔点和化学惰性使之在常温下不与氧、氯、氟、硫等挥发性物发生反应，因此，地质子体常继承其母体的一些特征。铂族六个元素分别位于第五和第六周期，沿化学周期表自左向右，由下而上氧化态，熔点，沸点逐渐降低，这造成在地质作用中出现不同程度分异，一方面铂族元素具有相似的地球化学性质，各类岩体铂族元素分配模式有相对的稳定性和一定规律性，热液蚀变一般不会产生PGE的分馏（Garuti G，Fershtater G，Bea F，et a1．1997； Handler M R，Bennett V C．1999），另一方面，各铂族元素之间物理和化学性质存在一些差异，在地质作用中出现不同程度的分馏现象。因此，利用其地球化学特征对分析成岩成矿具有很大的意义。

铂族元素地球化学性质，一直地球化学研究关注的热点。通常，Rh的地球化学性质被认为与Pt、Pd相似，但Von Gruenewaldt G等也发现Rh与Ir在铬铁矿层中的高度相关性（Von Gruenewaldt G，Merkle RKW. 1995）。郑建斌等（2004）通过研究正子岩窝岩（矿）体与大石包组玄武岩PGE特征参数表明，正子岩窝岩（矿）体与大石包组玄武岩具有负Pt异常和Rh的富集的特征。且大多数研究结果显示，Pt，Pd和Au在各岩矿体中具有明显的富集现象。如在斑岩铜矿床中，铂族元素的含量只与硫化物有关（Tarkian M and Koopmann G. 1995，30），而与侵入岩的地质年代、化学成分和岩浆的类型似乎没有多大关系（Tarkian M and Stribrny B. 1999），通过对比世界33 个重要斑岩铜矿中的铂族元素，结果显示，Pd、Pt的含量和Au的含量呈正相关的趋势比较明显，其中，Au 与Pd 的相关系数γ= 0. 72，Pd 与Pt 的相关系数γ= 0.61，这表明斑岩铜矿中Pt，Pd 和Au 具有共同的成因（李金祥，等，2006）。Sotnikov 等（2001）对俄罗斯和蒙古北部不同大地构造背景火成岩系列中的铂族元素研究表明，在所有矿床中wAu/wPd的值一般都在1～3 之间。

2 PGE矿床的特征

2.1 PGE矿床分类

地壳中的铂族元素的主要源库为地幔。地幔物质进入地壳造成铂族元素富集并成为可供开采的主矿产而非副产品，这一过程可包含许多成矿作用机制：①基性侵入体中Ni-Cu 硫化物矿浆的发育，岩浆冷却与分离结晶作用导致富含Cu、Pt、Pd的硫化物矿浆的形成；②层状侵入体一定层位形成高品位的铂族元素硫化物层，伴生或不伴生铬铁岩；③富铂族元素及硫化物的岩浆沿着层状侵入体的边缘就位；④直至层状侵入体结晶分异作用晚期的硫化物不混溶滞后分离；⑤不发育硫化物不混溶作用的铬铁矿结晶作用；⑥与热液作用有关的低含量硫化物浸染带中的铂族元素富集；⑦乌拉尔-阿拉斯加型侵入体重结晶过程中的铂族元素与铬铁矿的次生富集作用，岩体在风化过程中形成砂矿床；⑧黑色页岩形成过程中Pt的富集（Tony Naldrett，Judith Kinnaird, Allan Wilson, Gordon Chunnett）。苏尚国等（2007）根据铂族金属赋存的岩体特征、地球化学及铂族金属矿物特征，将铂族金属矿床划分为的六种类型，即：镁铁质一超镁铁质层状岩体铂族金属矿床、镁铁质-超镁铁质Cu-Ni硫化物矿床伴生的铂族金属矿床、乌拉尔杂岩体型铂族金属矿床、与蛇绿岩相关的铂族金属矿床、与热液相关的铂族金属矿床以及外生型铂族金属矿床。

2.2 我国的PGE矿床

从目前的资料来看，我国尚未发现独立的PGE矿床，大都为与超镁铁质岩（超基性）和铁镁质（基性）杂岩有关的岩浆硫化物伴生铂族元素矿床。如：甘肃金川铜镍矿床和四川杨柳坪铜镍矿床[1-3]。前者不但是超大型的铜、镍矿床，而且伴生的PGE远景储量已达超大型PGE矿床的规模；后者不仅是大型的镍矿床，而且伴生的PGE的经济远景堪与大型PGE矿床的价值媲美。另外，铂族元素也常作为伴生元素赋存在其他类型的矿床中。如：西藏玉龙铜矿、德兴斑岩铜矿和矽卡岩型铜矿床（铜关山）以及瑜东、鄂西交界广为分布黑色页岩的铂族元素达到颇有规模的伴生。

2.3 PGE矿床的形成的地质背景

铂族元素矿床形成与构造背景密切相关，有些与PGE有关的侵入体处在较稳定的克拉通环境中，相对稳定的环境才有利于侵入体的重力分层。如俄罗斯的Noril’sk富PGE侵入体，且该地区有大面积的（4000m厚）玄武岩浆分布，说明有地慢柱的活动[4]，地慢柱活动引起的地壳隆升断裂可能是成矿物质向地壳运移的主要动力；我国的攀西地区含PGE 较高，位于扬子克拉通的西北缘，有大面积的峨眉山二叠纪溢流玄武岩分布，与印支期正长岩和碱性花岗岩组成岩浆杂岩带[5]。有些与PGE有关的侵入体则发生在占陆缘碰撞的断裂环境，有热液活动的参与，如中国金川[21]，有些侵入体则受陨石冲击事件的触发熔融控制（如加拿大的Sudbury）。铂族元素矿床形成还与地幔岩浆的成分和S的溶解度有关，Maier[6]指出形成PGE矿床的首要前提是地慢岩浆富含PGE，在地慢部分熔融过程中，分布在地慢的PGE大量进入熔体。第二个前提是在岩浆侵入到地壳之前没有发生硫化物的饱和从而丢失PGE。唐冬梅[7]讨论了各岩浆演化过程中的硅酸盐和氧化物的分异，富Fe矿物（橄榄石、辉石、磁铁矿、铬铁矿）的分异，岩浆的混染，不同成分、硫不饱和的岩浆的混合等，都可以导致岩浆中硫达到饱和，一旦形成不混熔硫化物熔体，硫化物富集，将形成有经济价值的PGE矿床。同时，成矿还受温度、Ni 和Cu 含量、体系中其它组分和硫逸度的控制。岩浆后期的热液蚀变会改变PGE 的含量和品位，但典型的铂矿床一般没有遭受热液蚀变作用的显著影响。并指出西藏（蛇绿岩套铬铁矿亚类和俯冲增生弧斑岩型Cu-Au 矿）和新疆（ 碰撞后二叠纪岩桨Cu-Ni 硫化物型和黑色页岩型） 是我国寻找PGE矿床的最有利地区。

3 铂族元素研究存在问题分析

尽管铂族元素的在化学分析及地质地球化学等研究中已经取得了较大的进展，但还有很多存在的问题还难以解决。涂光炽[8]指出，铂族元素的成矿与找矿，多年来停滞不前， 成效甚微，主要存在以下三个问题：Ⅰ新类型铂族元素矿床的寻找与开拓，Ⅱ铂族矿物学的研究，Ⅲ铂族元素分馏机制。李胜荣[9]在研究了黑色页岩中铂族元素特征后指出“贵金属多以超微细粒存在，但贵金属在其中的赋存状态始终是一项重大难题”。PGE的赋存状态如何？在地幔、地壳、矿石中分别以什么自然金属或化合物的形式出现？选取可能赋存贵金属Pd、Pt的矿物，利用x射线衍射、扫描电镜、化学物相分析、电子探针化学成分等方法进行分析等方面都是问题。

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[8] 涂光炽. 初议铂族元素成矿及找矿问题[C]. 全国矿山地质及21 世纪可持续发展研讨会,1999.10,昆明.

[9] 李胜荣，高振敏. 黑色岩系中铂族元素地质地球化学研究概况及其意义[OL]. 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House,1994,http://www.cnki.net

Present Situation of Research into PGE Minerals

PAN Xiao-dong LIU Qi

(Liwu Copper Mining Co. Ltd., Sichuan, Garzê, Sichuan 626200)

China is poor in PGE resources. Any important independent AGE deposit of industrial value has been not found. This paper deals with present situation of analysis of PGE, geochemistry and minerals of PGE.

PGE; present of situation; analysis

P617.9；P618.53

A

1006-0995（2015）01-0019-03

10.3969/j.issn.1006-0995.2015.01.004

2013-12-23

潘晓东（1979-），男，湖北人，工程师，从事从事矿产资源勘查工作