纳米粒子通常直径小于100nm,而我们通常所说的胶体直径范围处于1-1000nm之间,似乎二者大小并无太大差别。但是,胶体需要以稳定的方式存在于其他的媒介中,才能进行迁移(Saunders and Burke 2017)。与一般纳米粒子和胶体物质相比,自然金和银金矿通常可以呈现出相对较大的直径,当其直径超过100nm,可称之为微粒子。微粒子与纳米矿物截然相反,因为纳米矿物只能以纳米相存在(Hochella et al. 2008)。由于胶体和纳米粒子具有非常小的直径,因此具有非常大的表面体积比,这可以让它们具有不同于大颗粒物质的极其独特的化学性质。金纳米颗粒的这些独有特性不仅在工程、医学、生物学和其他领域的纳米技术(或纳米科学)的一般领域得到了广泛的应用,Hough等人同样报道了金纳米粒子在成矿过程和其他一些地质环境中同样广泛的存在(Hough et al. 2008, 2011, 2012)。
金胶体参与成矿过程的思想最早可以追溯到1924年Lindgren和Boydell发表的论文。随后,Frondel等人在1938年对其进行了重新定义和改进。随后,金胶体假说被雪藏了数十年,直到1979年,该假说才被应用于解释超高品位(富矿)热液金矿的成矿过程(Boyle 1979;Saunders 1990, 1994, 2012; Saunders and Schoenly 1995; Marinova et al. 2014)。早期关于低温和中温热液矿床的成矿研究主要集中在金和银金矿或其集合体的微观结构方面,探究其在矿脉中的物理迁移方式,这种方式得到的结果往往差强人意。最近研究表明,金纳米颗粒可以存在于火山蒸汽相和大自然的地热系统中,这很可能指示了金的成矿环境(Hannington et al. 2016; Gartman et al. 2017)。Burke et al. (2017)研究通过透射电子显微镜研究了低硫型浅成低温热液矿床中的银金矿,认为银金矿纳米粒子是较大颗粒银金矿的物质基础。为了进一步证实金纳米颗粒在成矿过程中的角色,来自美国的研究者提供了新的研究证据。本文作者提供了低硫型浅成低温热液热液矿床中银金矿纳米颗粒新的扫描电子显微镜(SEM)图像。这些图像证明了在这些富矿低温热液矿的最高品位部分(例如,> 1%Au)中含有大量的纳米微粒微结构,并为纳米微粒在这些超高品位金矿成因中发挥重要作用的概念提供了有利的证据。a-粗粒的树枝状晶体为金的主要载体,晶体边界受到脉石矿物冰长石的控制(已用HF处理掉);b-银金矿局部放大特写SEM图像,清晰可见表面阶梯状,上附有纳米态银金矿粒子;c-伴随冰长石溶解掉的银金矿纳米颗粒;d-纳米态银金矿聚合体;e-大颗粒银金矿上的不规则和球状的金;f-g-冰长石表面上的三角形和六边形银金矿颗粒。
实验室制备的金纳米粒子需要过饱和条件才能形成,而这无疑是它们在自然成矿系统中形成的一个要求。因此,水热系统中的冷却或沸腾很可能提供这些条件的基础。SEM图像研究表明,球形似乎是水热体系中天然纳米颗粒的初始形态,随着时间进行,其可能将转化为各种各样的晶体形状。
然而,在富矿低温热液矿床中,球状和金纳米颗粒通常聚集在一起形成具有自组织特征的分形树枝状晶。沸腾诱导的混沌似乎导致了制造分形树突所需的随机驻极体粒子轨迹(Saunders and Schoenly ,1995)。强烈的沸腾(“闪蒸”)可能导致在低温环境中原位形成二氧化硅和金纳米颗粒,尽管不能排除它们也可能在较深处形成。
一些地热溶液中金纳米颗粒的出现、以及在浅成热液中的大量形成,可能还有卡林型矿石,这些证据都表明较低的热液成矿温度范围可能会促进它们的形成,或者至少在矿石中保存。这是因为在低温热液矿中,共沉积的非晶二氧化硅有助于保护银纳米颗粒及其聚集体。
值得注意的是,作者提出,在其他水热环境下,前驱体纳米粒子的聚集体可能具有反转或退火形成“正常”金晶体的能力。在这种情况下,任何纳米颗粒前体的特征都将被销毁。一些研究者认为金属纳米粒子的形成及其聚集体,这些都是金属矿物形成中间步骤。如果是这样的话,这些步骤非常类似于正面体石英晶体从矿石中的无定形二氧化硅前驱体改造形成。
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