热硫化条件下铁硫配比对铁硫系列矿物演化的影响.pdf

22 矿 物 学 报 2012 年 基金项目基金项目国家自然科学基金（批准号40872045；41172047） ；国家自然科学基金重大研究计划重点支持项目（90914002） ；地质过程与矿产资 源国家重点实验室（中国地质大学）开放课题（编号 GPMR200906） ；内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室（南京大学）开放基金项 目（编号12-06-03） 作者简介作者简介高文元，男，1989 年，硕士生，矿物学专业. E-mailgaowenyuan.neu * 通讯作者，E-mailhuangfei 热硫化条件下铁硫配比对铁硫系列矿物 演化的影响 热硫化条件下铁硫配比对铁硫系列矿物 演化的影响 高文元 1，张雅静1，黄菲123*，李光禄1，宋丹1，王颖辉1，向宁1 （1. 东北大学，辽宁 沈阳 110004； 2. 中国地质大学 地质过程与矿产资源国家重点实验室，湖北 武汉 430074；北京 100087； 3. 南京大学 内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室，江苏 南京 210008） Fe-S 系列矿物，包括陨硫铁、磁黄铁矿系列、 黄铁矿、白铁矿和胶黄铁矿等，成分较为复杂， 结构类型多样，在地质体中有广泛的分布。通过 对其演化机制的研究，可获得形成该系列矿物地 质过程的重要信息，为分析成矿地质条件提供理 论依据，在成矿地质作用的研究和找矿地质工作 中具有理论和实际意义。同时，对该系列矿物功 能材料的研发也具有科学意义。 前人根据不同研究目的，开展过黄铁矿合成 和生长实验。黄菲等（2005，2006）在天然黄铁 矿 VS（vapor to solid）生长机理的基础上，提出 在热硫化的条件下制备黄铁矿晶体的实验方法。 通过气-固反应，完成黄铁矿晶体生长。其反应过 程在一定程度上可以模拟铁硫系列矿物的演化。 寇大明等（2010）硫化亚铁（FeS）和升华硫 （S） 为反应物， 考察了热硫化条件下， 250410 ℃ 温度范围内黄铁矿结晶生长的变化情况。而铁源 和硫源不同配比对黄铁矿结晶生长影响的相关研 究未见报道。 本文以还原铁粉和升华硫作为反应物，通过 一定的升温、恒温和降温过程，在最高温度为 420℃的条件下，系统考察了不同铁硫配比 [nFe∶nS]对铁硫系列矿物结晶生长的影响， 研 究在升温梯度中各温度阶段矿物演化规律。 1 实实 验验 依据实验设计，以一定物质的量之比取还原 铁粉（Fe）和升华硫粉末（S）充分混合。放入坩 埚中，并加盖封闭。将坩埚放入真空管式炉，设 定升温、恒温和降温过程的时间和温度。完成实 验，获得粉末状实验样品。 2 结果与讨论结果与讨论 分别利用扫描电镜（SEM）和多晶 X 射线衍 射（XRD）等手段观测实验样品，用 XPert HighScore Plus 软件分析测试数据， 绘制出 X 射线 粉晶衍射图谱（图 1） 。 从图 1 可以看出随著铁硫配比比值的降低， 黄铁矿的衍射峰个数逐渐增多，峰强逐渐增大， 磁黄铁矿的衍射峰个数逐渐减少，峰强逐渐减小。 结合晶体生长理论，讨论不同实验条件下铁 硫系列矿物的结晶生长过程和组合变化规律，认 为还原铁粉为铁源时，首先生成磁黄铁矿或陨 硫铁等硫不饱和产物，进一步反应，才生成黄铁 矿；过硫条件有利于黄铁矿的生长，随着铁硫比 值的减小，黄铁矿的（200） 、 （210）和（311）三 个衍射峰增强，对应晶粒尺寸增大；磁黄铁矿 （200）和（2010）衍射峰的晶粒尺寸先增大后减 增刊 矿 物 学 报 23 图 1 不同铁硫配比实验样品的 X 射线粉晶衍射图 小， （205）衍射峰的晶粒尺寸基本不变；不同铁 硫配比对黄铁矿的形貌影响比较小。 本研究表明，热硫化条件下，不同的铁、硫 比值对黄铁矿结晶生长有重要影响。认识到铁硫 系列矿物在热硫化条件下形成的基本条件和演化 规律，为研究地质体中该系列矿物生长条件奠定 基础，为深度开发和利用铁硫系列矿物中黄铁矿、 磁黄铁矿等重要功能材料提供了科学依据。 参参 考考 文文 献献 黄菲, 金成洙, 姚玉增, 等. 山西耿庄金矿区晶须状FeS2-FeNi,CoS2的显微形态与生长机理分析. 矿物学报, 2006, 3 312-316. 黄菲, 金成洙, 边为民, 等. 重晶石巨晶中FeS2-FeNi、CoS2晶须微观形貌多样性及研究意义以山西耿庄金矿为例. 地学前缘, 2005, 2 142. 寇大明, 黄菲, 杨大勇, 等. 热硫化条件下温度对黄铁矿结晶生长的影响. 吉林大学学报地球科学版, 2010, 1 104-108.