2023年11月27日，云南大学地球科学学院云南省高校关键矿产成矿学重点实验室周家喜研究员团队在国际地质学期刊Geological Society of America Bulletin（GSA Bulletin）（影响因子IF=4.9）发表题为“贫铜闪锌矿中的富锗纳米颗粒：锗富集的新机制”（Germanium-rich nanoparticles in Cu-poor sphalerite: A new mechanism for Ge enrichment）的科研论文。

锗（Ge）是一种典型的稀散金属，广泛应用于光伏、半导体、光纤通信和红外光学等高新技术产业。锗主要共/伴生于煤矿和铅锌矿中，其中铅锌矿中的锗以往研究认为主要以类质同象形式赋存于闪锌矿中，但是锗的富集机制一直是国内外矿床学家极为关注的关键科学问题，也是制约锗资源利用技术瓶颈背后的核心科学问题，至今尚未解决。周家喜研究员团队于2020—2021年在贵州贵定半边街和竹林沟锌矿床中发现了锗的超常富集现象，后与贵州省地矿局等地勘单位和矿业企业合作，经工程评价评审备案锗金属资源量超过1300吨，达到超大型规模，实现锗找矿重要突破。

锗的超常富集机制，特别是贫铜闪锌矿中锗的富集机制，全球范围内鲜有报道。周家喜研究员团队于2022年以竹林沟矿床为例，首次提出闪锌矿结构（指矿物形态而非晶体结构）制约锗富集新机制。本次工作团队以半边街矿床为例，在证实闪锌矿结构控制锗富集认识基础上，率先发现特殊结构闪锌矿中发育大量纳米级的富锗颗粒（图1）。厘定富锗纳米颗粒是该矿床闪锌矿中纳米尺度锗的主要赋存形式，创新性地提出富锗纳米颗粒的形成与闪锌矿晶体快速生长自组织模式有关，该自组织过程控制Ge元素含量波动，形成富锗纳米颗粒，是锗富集的新机制。

图1 闪锌矿中富锗纳米颗粒

新发现和创新性认识如下：

LA-ICPMS结合Mapping分析显示，在毫米－微米尺度上，闪锌矿中Ge元素含量与Pb和Mn等元素含量呈正相关关系，而与Cd等元素含量呈负相关趋势（图2）。由于闪锌矿中Mn元素含量远低于Ge元素含量，而Pb元素含量与Ge元素含量相近，暗示Ge可能与Pb耦合替代Zn或者形成Ge-Pb独立矿物。TEM-EDS分析揭示出纳米级Ge-Pb独立矿物，即富锗纳米颗粒，其主要元素是Zn、Ge、Pb和S，含量范围分别为32.3%—58.9%、3.34%—11.2%、12.4%—28.6%和24.3%—33.2%。由于富锗纳米颗粒的Ge/Pb比值和闪锌矿的Ge/Pb比值基本一致（图3），推测富锗纳米颗粒可能是纳米尺度Ge在闪锌矿中的主要赋存形式。

图2闪锌矿颜色、结构与成分分带

图3闪锌矿与富锗纳米颗粒Ge和Pb含量关系

通过综合分析，本次工作提出富锗纳米颗粒的形成与闪锌矿晶体快速生长自组织模式有关，该自组织过程可能控制Ge等元素浓度的波动（图4），形成富锗纳米颗粒。这从新的视角、纳米级尺度揭示关键金属锗的超常富集机制，对其他关键金属的超常富集机制、找矿勘查和综合利用研究具有重要启示。

图4 富锗纳米颗粒形成模型

云南大学为第一作者单位，该团队博士后孙国涛（现为贵州大学特聘教授）为第一作者，周家喜研究员为通讯作者，联合日内瓦大学地球科学系Alexandre Cugerone博士、中国科学院地球化学研究所矿床地球化学国家重点实验室周美夫教授和阿姆斯特丹自由大学周伶俐博士等多位国内外学者。论文链接：https://doi.org/10.1130/B37014.1。

该研究由国家自然科学基金项目（42172082，42263010，U1812402，92162218，42372103）和云南大学科研启动项目（YJRC4201804）等联合资助。

供稿：地球科学学院

编辑：李哲 责任编辑：王崴