遵义下寒武统黑色岩系贵金属赋存状态及吸附实验研究

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	遵义下寒武统黑色岩系贵金属赋存状态及吸附实验研究
	韩涛
导师	朱笑青
	2012
学位授予单位	中国科学院研究生院
学位授予地点	北京
学位名称	博士
学位专业	地球化学
关键词	遵义黑色岩系铂族元素赋存状态吸附实验
摘要	黑色岩系不仅与关系国民经济发展的化石能源、金属、非金属等矿床有关，同时也因含有大量的重金属元素而与人类的生存环境相关；黑色岩系的出现，代表着地质历史过程中特殊地质环境（缺氧环境），是研究地球演化过程中的重要阶段。湘黔地区下寒武统黑色岩系的形成与“寒武纪生命大爆发”同时期，对研究寒武纪生命演化有着重要的意义，同时也蕴藏着丰富的矿产资源（Ni、Mo和PGE等），是研究元素，特别是铂族元素在低温条件下迁移活化规律的天然实验室。遵义地区黑色岩系是湘黔下寒武统黑色岩系的重要组成部分，本文以此为研究对象，采用矿物学、元素地球化学、微束分析并结合室内模拟实验等技术手段对Ni-Mo-PGE多金属层中贵金属的富集规律进行了较为系统的研究，主要获得了以下成果和认识： 1、Ni-Mo-PGE多金属层矿石的矿物学及显微结构特征显示：矿石中主要矿物组合为多种产出形态的Mo-C-S相、黄铁矿、Ni的硫化物/硫砷化物、磷灰石等，显著特征为具同心圈层结构的椭球体（从外向内依次为Mo-C-S相—Ni硫化物和/或硫砷化物—黄铁矿）和含磷酸盐的透镜体（黄铁矿与Mo-C-S相赋存于显微球粒磷灰石内部或间隙中）。成因矿物学研究显示，Ni-Mo-PGE多金属层并非为正常的海水沉积形成，而可能是热液、生物及海水等多方面综合作用的结果。透射电镜观察时发现多种纳米级矿物，如：U、Zr、Ti和Ag等矿物，不仅丰富了该类型矿床中的矿物种类，同时也显示出显微微观条件下矿物的形成过程，对元素的迁移富集沉淀规律提供了直接的矿物学证据，这些纳米级矿物的存在表明应注意显微条件下矿物的形成过程及其成因意义。 2、主量元素特征显示黑色岩系不同类型岩石中的主要矿物组合不同，分别为：磷块岩（磷灰石）→硅质岩（石英）→镍钼多金属层（硅酸盐矿物、硫化物类、磷灰石和有机质）→黑色页岩（硅酸盐矿物、硫化物类和有机质）。Ni-Mo-PGE多金属层和黑色页岩是微量元素富集的主要层位，Mo、As、Se、Ni和U等含量远高于海相页岩和大陆整体地壳值而强烈富集。Ni-Mo-PGE多金属层与黑色页岩中也强烈富集稀土元素，∑REE（含Y）分别可达888 ppm和321 ppm；球粒陨石标准化配分模式图显示轻稀土富集型，粘土矿物、碳酸盐矿物和磷酸盐矿物是轻稀土富集的主要原因；Ni-Mo-PGE多金属层和黑色页岩均显示Eu负异常（δEu=0.58~0.68和0.72~0.76）和Ce负异常（δCe=0.67~0.69和0.86）。综上，黑色岩系形成于缺氧还原的沉积环境中，其成矿过程可能是热水、生物及海水共同参与的结果。 3、黑色岩系中含有大量的有机质，灼烧会造成PGE的测试值偏低，特别是Pt，说明Pt可能与有机质关系密切，因此，在分析时尽量避免灼烧或者采取措施降低碳质或难溶物质的吸附作用。研究区黑色岩系不同类型岩石中贵金属元素含量高低顺序大体呈：Ag＞Pt、Pd、Au＞Os＞Rh、Ru、Ir；Ni-Mo-PGE多金属层是贵金属元素的主要富集层位，铂族元素分布模式属Pt-Pd富集型。CI球粒陨石标准化配分模式图中显示亏损Ir的“V”型，表明PGE之间发生了分异；矿石和黑色页岩的铂族元素特征参数Pt/Pd、Os/Ir、Pd/Ir、Pt/Ru和(Pt+Pd)/(Os+Ir+Ru+Rh)均大于原始地幔和CI球粒陨石。因此认为PGE来源于地外物质的可能性很小，也并非某一地质作用形成，热液过程可能是主要的物质来源。 4、人工淘洗实验显示并没有铂族元素的富集，相反，Pt含量还降低了一半，可能原因是随着脱泥，除碳等过程大量的有机质和粘土矿物的去除而造成Pt的减少，说明Pt比Pd可能更多的与有机质、粘土矿物等有关；逐级化学提取实验结果显示贵金属在黑色岩系多金属的赋存状态可能并非单一形式，可呈硅酸盐结合态（粘土矿物吸附）、有机结合态及硫化物结合态形式，且很有可能形成传统的贵金属元素矿物；TEM观测发现大量纳米级的Ag矿物，主要为自然银和少量银的硫化物；核微探针（Micro-PIXE）的原位微区分析中有Pd的检出，Pd与Ni、Mo的硫化物或硫砷化物关系密切，Pd可能呈类质同像形式存在于这些矿物中，同时也可能呈纳米级的Pd矿物形式。综上，遵义黑色岩系多金属层中贵金属可能分散于不同类型的载体矿物中，更高空间分辨率和分析灵敏度的微束分析技术将有助于解决这一难题。另外，Pt和Pd在矿石中的赋存状态可能有所不同，Pt可能与有机质关系密切；Pd主要与Mo-C-S相关系密切。 5、室内模拟吸附实验结果显示矿物对不同形式的含铂溶液均具有明显的选择性吸附。如矿物对含纳米铂胶体的吸附实验结果是：相同条件下，在加入硫化物、粘土矿物、碳酸盐矿物及有机质的样品中Pt几乎完全被吸附，吸附率均可达98%以上；而钠长石、石英、白云母样品的浓度变化不大，吸附率仅为16%~37%；而矿物对含PtCl42-溶液吸附实验结果为：金属硫化物对Pt络合物的吸附最强烈，其余几乎完全被吸附（除了黄铁矿为72%）；粘土矿物类的高岭石和伊利石对其的吸附率相差很大，高岭石仅为6%，而伊利石74%；沥青的吸附率也比较高，为94%，方解石的为82%，其余几种硅酸盐矿物的吸附率比较低，为12%~44%。硫化物、粘土、有机质及碳酸盐矿物是PGE的强吸附剂，而石英、长石及白云母对PGE的吸附作用较弱，这与上述几类强吸附剂是PGE的主要载体矿物的地质现象
学科领域	矿床地球化学
语种	中文
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.gyig.ac.cn/handle/352002/6668
专题	研究生_研究生_学位论文
推荐引用方式 GB/T 7714	韩涛. 遵义下寒武统黑色岩系贵金属赋存状态及吸附实验研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院,2012.

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