广州地化所朱建喜研究员团队发现富钯的铂族新矿物——王焰钯矿
铂族元素(英语:Platinum-group elements,简称PGEs),又称铂系金属,包括钌(Ru)、铑(Rh)、钯(Pd)、锇(Os)、铱(Ir)、铂(Pt)六种金属元素,位于元素周期表第五、六周期,VIIII族。这些金属稀有且贵重,通常被称为稀有金属或稀贵金属,它们具有优良的物理化学性质,能够在高温、腐蚀环境下表现出很强的催化性、稳定性和耐蚀性,因此能够用于许多应用领域,被世界各大工业体视为战略性关键金属。
钯作为铂族元素家族的重要一员,具有耐高温、抗氧化等特性,是航天、航空、航海、军事和核能等高科技领域以及汽车制造业不可缺少的关键材料。近日,国科大博士毕业生、来自中国科学院广州地球化学研究所陈晨博士后、鲜海洋副研究员和广州地化所朱建喜研究员等科研人员发现了自然界的富钯的铂族新矿物。该矿物于2024年10月获得国际矿物学协会新矿物命名及分类委员会(IMA-CNMNC)的批准,编号为IMA2024-008a,英文名为Wangyanite,矿物缩写为Wyn,中文名为“王焰钯矿”,以我国知名的岩浆铜镍硫化物矿床专家王焰研究员的名字命名。该矿物为国际矿物学协会IMA批准的第83个含Pd矿物,也使铂族矿物种类达到168个。
王焰钯矿发现于美国Stillwater层状岩体的J-M Reef铂族元素矿床的浸染状硫化物矿石中。该新矿物粒径变化大,从数微米至数百微米不等,主要与镍黄铁矿和含钯的铂族矿物伴生,呈半自形粒状产出于斜长石的粒间。王焰钯矿为不透明矿物,金属光泽,性脆易碎,无裂理,反射色为黄棕色,均质性,无双反射和反射多色性;理想晶体化学式为PdNi8S8,等轴晶系,空间群 Fm -3m (#225),晶胞参数:a ="10.1167(12) Å, V ="1035.4(4)" Å3 (Z ="4),属镍黄铁矿族的富钯新矿物。
初步研究表明,王焰钯矿是岩浆铜镍硫化物矿床中重要的富钯矿物,其形成机制与演化的富镍硫化物熔体和前期形成的铂族矿物密切相关。该矿物的发现及与其伴生硫化物和铂族矿物的结构关系,为揭示硫化物熔体的演化历程和铂族元素的分配行为提供了重要信息和新的研究思路。
王焰钯矿的所有发现和检测工作由中国科学院广州地球化学研究所应用矿物学科组新矿物研究团队主导完成。在课题组长朱建喜研究员带领下,团队主要成员鲜海洋副研究员、杨宜坪工程师、林枭举工程师等建设了包括(冷冻)聚焦离子束加工、(冷冻)三维电子衍射、扫描电镜-拉曼联用方法等用于形貌、成分和晶体结构解析的全流程微-纳米级新矿物研测平台。该平台拥有微区X射线衍射仪、拉曼-扫描电镜、聚焦离子束-扫描电镜、电子能量损失谱-透射电镜、固体核磁共振波谱仪等多台套大型分析仪器,可对数十纳米至数微米级粒径未知物相成分和结构进行物相解析。2024年度,借助该平台已经获批两个新矿物,另2个新矿物正在申报中,王焰钯矿是本团队在该平台完成的首个新矿物。
研究得到了国家自然科学基金项目(42002049, 41921003),中国科学院青年促进会(2021353)和中国科学院仪器设备功能开发技术创新项目(E3280501)资助。
图1 王焰钯矿(Wyn)的形貌、产状及共生矿物组合
(Pl-斜长石;Brg-硫镍钯铂矿;Ccp-黄铜矿)