義興寨金礦床黃鐵礦礦物學特征及其含金性研究

王啟旺，孫立新，周安朝，張愛絨

（1.山西省煤炭工程項目咨詢評審中心，太原 030002；2.太原理工大學 陽泉學院，山西 陽泉 045000；3.太原理工大學a.礦業工程學院；b.期刊中心，太原 030024)

繁峙義興寨金礦床位于晉東北恒山山脈中段南麓，金礦體產于恒山雜巖中的石英閃長質片麻巖內，是晉東北典型的具代表性的熱液石英脈型金礦床。礦體以單脈為主，復脈和網脈少見。礦石類型為黃鐵礦型、多金屬型和氧化物型。近年來，不少學者涉足義興寨地區，對義興寨金礦床的地質特征及成礦條件、礦床地球化學特征、成礦控制因素及黃鐵礦的熱電性等進行了較深入細致的研究工作［1-5］，為豐富金礦床成因理論和指導外圍找礦提出了十分有意義的見解。黃鐵礦是金的主要載體礦物［6-7］，存在于金礦化的全過程。黃鐵礦是義興寨金礦床中分布最普遍、含量最多的金屬硫化物，與金的關系密切。因此，開展金礦床中黃鐵礦礦物學特征及其含金性研究，對于判斷礦床中金的含量、作為金礦評價的標志，進而指導找礦具有重要的意義。

2 黃鐵礦的形態、成分及其含金性

2.1 黃鐵礦產狀及期次

根據野外觀察，按黃鐵礦產狀可分為三種：一是以副礦物的形式賦存于圍巖中，是圍巖的固有成分，與礦化無關。二是礦暈黃鐵礦，存在于緊靠礦體圍巖中，有微量的金礦化。三是金礦體中的黃鐵礦，為載體礦物。黃鐵礦常呈淺黃（銅黃)色，條痕綠黑色，強金屬光澤，不透明，無解理，參差狀斷口。摩氏硬度較大，達6～6.5。密度4.9～5.2g／cm3。等軸晶系。晶形多為立方體和五角十二面體，較少為八面體。集合體呈粒狀、致密塊狀或浸染狀。

黃鐵礦的形成期次可分為三期，第一期黃鐵礦粒徑一般＜0.1mm，晶形多為立方體，浸染于脈旁的圍巖中；第二期次的黃鐵礦晶形多為溶蝕狀的五角十二面體，與金礦化關系最密切，多與毒砂、磁黃鐵礦、輝鉬礦、碲化物、鉍硫鹽及高成色自然金、銀金礦等共生；第三期黃鐵礦多與銅鉛鋅多金屬硫化物、砷銻硫鹽及低成色的銀金礦或金銀礦共生。第一、二、三期黃鐵礦形成的溫度范圍分別為300～400，220～300，130～220℃［8］。

2.2 黃鐵礦的形態及其含金性

近年來，國內有關黃鐵礦的晶形與含金性的研究工作表明：五角十二面體、八面體黃鐵礦的含金性比立方體黃鐵礦好；隨著晶形復雜程度的增加，含金性也愈好［9-13］。筆者利用測角儀對義興寨金礦的154粒黃鐵礦晶形進行了統計（表1)。

表1 義興寨黃鐵礦的形態及其含金性

由表1知：黃鐵礦的單形出現多寡依次為立方體、五角十二面、八面體；聚形多為｛100｝＋｛210｝，｛100｝＋｛111｝，｛100｝＋｛210｝＋｛111｝及｛111｝＋｛321｝。由表1還可以看出，立方體黃鐵礦Au含量＜30g／t，而五角十二面體及其聚形黃鐵礦Au含量均＞100g／t，最高450g／t。由此可見，義興寨金礦床中黃鐵礦作為金的載體，其晶形愈復雜，含金性也愈好。

2.3 黃鐵礦的微形貌特征

通常認為黃鐵礦晶形的變化，是由立方體｛100｝面上層狀生長速度變化而引起的，因｛210｝和｛111｝面是由｛100｝面上生長邊緣的生長層階梯而構成，在掃描電鏡下呈臺階狀條紋。如果過飽和度越大則臺階條紋越密集，反之條紋越稀疏。筆者用掃描電鏡測得義興寨金礦體中含金較高的黃鐵礦階梯間隔變化于44～16μm之間，變化大，表明晶體生長較快，溶液濃度較大而且生長條件不穩定。本區第一期黃鐵礦晶形簡單，多為立方體，條紋稀疏；第二期多為五角十二面體，條紋細而密，寬窄不一（圖1-a)；第三期呈現五角十二面體、立方體，生長層明顯。另外，電鏡觀察發現第二、第三期黃鐵礦在不穩定生長條件下形成的不規則枝狀層生長紋（圖1-b)，并發現在｛100｝晶面的多角狀生長層上附著有約0.1mm大小的黃鐵礦微粒（圖1-c)，說明生長層之間有一定的容納能力，這可能非常有利于金的聚集。個別黃鐵礦的｛100｝面上有弧形的生長階梯（圖1-d)，可能是由螺旋式生長造成的。Sunagawa［13］認為螺旋生長是在溶液過飽和度低的情況下的一種生長方式，晶體成長速率較低，晶體成分也因足以發揮結晶分異作用而不利于金在黃鐵礦中聚積。因而，在｛100｝面上有弧形的生長階梯的黃鐵礦含Au低。

圖1 黃鐵礦的微形貌特征

黃鐵礦微形貌特征可以提供關于晶體生長條件及黃鐵礦中含Au性的信息，微形貌特征進一步說明了義興寨金礦中黃鐵礦的晶形愈復雜含金性愈好，第二、第三期黃鐵礦為金的主要裁體的原因。

2.4 黃鐵礦的成分及含金性

金對黃鐵礦有很大的親合性，金一般是在成礦溶液演化的中低溫階段開始大量沉淀，且與黃鐵礦的沉淀階段相重疊。黃鐵礦之所以作為主要的載金礦物，除了兩者具有相似的物理化學形成條件以及黃鐵礦可作為金的沉淀還原劑外，還因為黃鐵礦化學成分的可變性。在普通溫度下，成分可在FeS1.94-FeS2.0之間變化，經常出現晶格缺陷，可以被其它成分充填。

黃鐵礦的理論成分（質量分數)Fe為46.55%，S為53.45%，其比值m（Fe)／m（S)≈0.871，當比值偏離標準值時，往往存在晶格缺陷。

筆者分別采集了不同礦石類型的黃鐵礦，進行了黃鐵礦成分及含金量分析，并分別計算了S／Fe（分子比)值，其結果見表2。可以看出黃鐵礦中硫平均為52.65%，鐵平均為46.20%，均有虧損，其中礦石中黃鐵礦（樣品PY-1～PY-6)S和Fe的虧損較圍巖中黃鐵礦（樣品PY-7)更為強烈。

表2 黃鐵礦的成分與含金量

通常認為，當黃鐵礦的S／Fe（分子比)值接近標準值2時，為正常黃鐵礦，含金量低；當黃鐵礦S／Fe值小于2時，S相對Fe有虧損，含金量較高。義興寨金礦中第二、三期黃鐵礦的S／Fe值除樣品PY-6外，其余均小于2，因而含金量高（表2)。由此可見，黃鐵礦中硫虧損的程度可作為含金性的判斷依據。

義興寨金礦床黃鐵礦的形態、微形貌特征及成分研究表明，黃鐵礦晶形愈復雜，含金性也愈好。其原因是第二、第三期黃鐵礦形成時，溶液濃度較大而且生長條件不穩定，晶體生長速度較快，導致其與正常黃鐵礦相比，S、Fe及S相對Fe均有虧損，使黃鐵礦晶體存在晶格缺陷，為Au元素的混入提供了有利空間。

3 黃鐵礦的X射線研究

利用X射線衍射儀對所采樣品黃鐵礦的晶胞參數進行了精測，按a＝，計算了該等軸晶系礦物晶胞的邊長（表3)。

表3 黃鐵礦X射線衍射參數與含金量

由表3可見，黃鐵礦的晶胞參數a與其含金性呈微弱的正相關關系，經計算相關系數r＝0.242。用回歸方程a＝5.418＋0.00024lnx（x（Au)／g·t-1，作a對lnx的相關圖（圖2)。從圖2可以看出，參數點雖然分散，但仍可看出其正相關關系。晶胞參數a的加大，可能是Au元素混入的結果。

圖2 黃鐵礦晶胞參數與含金量的關系

4 黃鐵礦的紅外光譜

將挑純的黃鐵礦單礦物用固體壓模法制樣，在PE983G型紅外分光光度計上掃描。計算417 cm-1，346cm-1吸收峰高的比值（表4)。

表4 黃鐵礦紅外吸收峰高I2（346cm-1)與I1（417cm-1)的比值與含金量的關系

由表4可明顯看出I2／Il的比值與金含量呈正相關關系，利用6個樣品計算的I2／Il與lnx正相關系r＝0.84。用回歸方程I2／Il＝0.05166＋0.0408lnx，作I2／Il對lnx的相關圖（圖3)，由圖可見兩者具良好的正相關性。

圖3 黃鐵礦紅外光譜I2（346cm-1)／I1（417cm-1)與含金關系

圖4是具代表性的PY-3及PY-6兩個樣品的紅外光譜圖譜，樣品PY-3的I2／Il值最大，樣品PY-6的I2／Il值最小（表4)。從圖4可以看出，兩個樣品紅外光譜的吸收峰沒有位移，說明沒有雜質成分進入晶格，而峰形的變化可能與離子團的構形變化有關。這種變化很可能正是黃鐵礦I2／Il值與其含金量呈良好相關性事實的反映，可作為黃鐵礦含金程度的一個重要礦物學標志，即黃鐵礦紅外吸收峰高I2（346cm-1)與I1（417cm-1)的比值愈大，其含金性愈好。

圖4 黃鐵礦的紅外光譜

5 結論

通過對義興寨金礦床黃鐵礦的形態、微形貌特征、成分和黃鐵礦的X射線衍射及紅外光譜分析研究，可得出以下結論，以作為金礦找礦判識指標，供尋找同類型的金礦床參考。

1)義興寨金礦中黃鐵礦的晶形愈復雜含金性愈好，五角十二面體及其聚形黃鐵礦的含金量較高。

2)含金較高黃鐵礦的S／Fe（分子比)值一般小于2，黃鐵礦中S虧損的程度可作為其含金性的一個判斷依據。

3)黃鐵礦晶胞參數a與其含金性呈微弱的正相關關系。

4)黃鐵礦的紅外吸收峰高I2（346cm-1)與I1（417cm-1)的比值與其含金量呈良好的正相關關系，比值愈大，其含金性愈好，可作為黃鐵礦含金程度的一個重要礦物學標志。

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