在黄铁矿里“淘金”
在黄铁矿里“淘金”
本文来自微信公众号：原理（ID：principia1687），作者：Denis Fougerouse（科廷大学地球与行星科学学院研究员），编译：毛尖尖，原文标题：《那里头，又发现金！》，题图来自：pixabay
一
19世纪中叶，美国加利福尼亚州掀起了一股淘金热。做着一夜暴富的美梦的人们从四面八方涌来，希望在这片土地上找到黄金。
最终，圆梦的人自然少之又少。然而，一些缺乏经验的勘探者常常会声称自己发现了黄金，但实际上，他们发现的只是看上去酷似黄金的黄铁矿，它主要由“不值钱”的二硫化亚铁（FeS2）组成。从外表上看，黄铁矿也泛着淡黄色的金光，由于这种迷惑性，它也常常被称为“愚人金”。
“愚人金”黄铁矿。| 图片来源：Robert M. Lavinsky CC BY-SA
但更有意思的是，后来当人们开始用更科学的手段认识黄铁矿时，他们意识到，黄铁矿晶体中确实有可能含有少量的真正的金（Au），当然想要提取它们并没有那么简单。这些隐藏在黄铁矿中的金有时也被称为“隐形金”，因为用标准显微镜也无法进行观察。想要发现它，不得不借助更精密的科学仪器。
直到20世纪80年代，研究人员才发现，黄铁矿中的金可能会以不同的形式出现，有的是金颗粒，有的则是以一种黄铁矿和黄金精细混合而成的合金形式。
在近日发表于《地质学》杂志上的新研究中，地质学家发现了第三种黄铁矿内部“藏”金的新方式，它之前从未被发现过。当黄铁矿晶体在极端的温度或压力下形成时，会在其晶体结构中产生微小的缺陷，而金原子就可能“装饰”着这些缺陷。
二
晶体中的原子以一种称为原子晶格的特征模式排列着。但当像黄铁矿这样的矿物晶体在岩石中生长时，这种晶格模式就会产生一些缺陷。
和许多矿物一样，当黄铁矿出现在地球表面时，它们通常非常坚硬，但在地球深处形成时，由于截然不同的压力和温度环境，它们往往会被扭曲和拉伸，而地球深处也正是金矿床形成的地方。
当晶体拉伸或扭曲时，相邻原子之间的键会被破坏并重塑，形成数十亿个被称为“位错”的微小缺陷。这些位错好像忠实的记录者，它们能记录下晶体所经历的许多历史信息。但它们非常微小，每个大约只有人类头发的宽度的十万分之一，比病毒颗粒还要小100倍。
众所周知，这些原子尺度上的缺陷的化学性质很难研究，因为它们实在太小了，任何杂质的含量都非常微小。探测它们需要原子探针这种专门的仪器。
原子探针能以极高的分辨率分析物质，但相比于其他方法，它最主要的优势在于，它还可以让科学家建立一个3D地图，显示晶体中杂质的精确位置，这在以前是不可能实现的。
藏在黄铁矿晶体中的金（Au）原子，此外还有镍（Ni）、铜（Cu）和铋（Bi）等其他原子缺陷。比例尺为20纳米。| 图片来源：Fougerouse, D. et al. / Geology (2021)
研究表明，黄铁矿晶体中的位错可以被金原子“装饰”着，这在晶体曾被扭曲的地方非常常见。在这些位置，金的浓度可能比晶体其他部分高出数倍。
此前，科学家怀疑，黄铁矿晶体中的金是由多步骤过程中形成的金颗粒构成的，也就是说，黄铁矿和金在不同时间结晶，然后聚集在一起。但新的研究发现金“装饰”着这些晶体缺陷，这表明，即使是含金量相对较高的黄铁矿晶体，也可以在一个单一的过程中形成。
三
研究人员相信，这一发现不仅能够带来一种成矿的新见解，它也可能有助于金矿商更有效地从黄铁矿中提取黄金，从而可能减少温室气体排放。
通常为了提取黄金，矿物通常需要在巨大的反应器中发生氧化反应，这自然需要大量能量。但晶体中的位错的位置信息，或许能为一些更有针对性的办法提供更准确的“靶点”。科学家提到，或许可以考虑借助微生物在矿物中的活动，通过一种“生物沥滤”的过程释放黄金，从而潜在地降低提取所需的能耗。虽然这种想法尚未成熟，但值得研究和思考。
如果这些发现真的有助于为更加可持续的金矿开采方法铺平道路，那么“愚人金”也许就没那么愚蠢了。
参考来源：
https://theconversation.com/not-so-foolish-after-all-fools-gold-contains-a-newly-discovered-type-of-real-gold-161819
https://pubs.geoscienceworld.org/gsa/geology/article/doi/10.1130/G49028.1/604581/A-new-kind-of-invisible-gold-in-pyrite-hosted-in
本文来自微信公众号：原理（ID：principia1687），作者：Denis Fougerouse