Eine mineralische Anreicherungspumpe für Gold in der Erdkruste

Darstellung eines Atomclusters aus Gold, Arsen und Schwefel in arsenführendem Pyrit (Im Hintergrund ein Rasterelektronenbild eines Pyritkristall, nicht skaliert).
Die Existenz dieser Cluster wurde in dieser Studie mit einem hochauflösenden Röntgenspektrometer bestimmt, wie es an der FAME-UHD Strahllinie der European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) installiert ist.
Quelle: G. Pokrovski, M. Kokh, M. Blanchard, D. Testemale.
Darstellung eines Atomclusters aus Gold, Arsen und Schwefel in arsenführendem Pyrit (Im Hintergrund ein Rasterelektronenbild eines Pyritkristall, nicht skaliert).
Quelle: G. Pokrovski, M. Kokh, M. Blanchard, D. Testemale.
Die Existenz dieser Cluster wurde in dieser Studie mit einem hochauflösenden Röntgenspektrometer bestimmt, wie es an der FAME-UHD Strahllinie der European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) installiert ist.

Einem internationalen Forschungsteam unter Beteiligung der Mineralogin Dr. Maria Kokh von der Universität Potsdam ist es gelungen, das Geheimnis von „unsichtbarem“, in Sulfidmineralen angereichertem Gold aufzuklären. Ihre Ergebnisse wurden kürzlich im Journal Geochemical Perspectives Letters veröffentlicht. Die Forschung ist innerhalb des an der Universität Potsdam koordinierten DFG-Schwerpunktprogramms 2238 (Dynamics of Ore­Metals Enrichment) angesiedelt.

Der durchschnittliche Goldgehalt der Erdkruste (ca. 1 mg pro Tonne Gestein) muss tausend- bis millionenfach angereichert werden, um eine Erzlagerstätte zu bilden. In der Natur gibt es nur wenige Minerale, namentlich arsenhaltiger Pyrit (FeS2) und Arsenopyrit (FeAsS, Arsenkies), die bekannt dafür sind, sehr hohe Anreicherungen für Gold zu zeigen. Trotz der enormen Bedeutung für Erzlagerstätten ist der Zustand dieses „unsichtbaren“ Goldes und der Grund des Einbaus in diese Sulfidminerale eines der größten ungelösten Mysterien in der Geschichte der Lagerstättenkunde. Eine internationale und interdisziplinäre Gruppe von Wissenschaftlern und Wissenschaftlerinnen konnte nun den genauen Zustand des im Mineral eingebauten Goldes entschlüsseln und einen fundamentalen Mechanismus aufdecken, der diese mineralische „Anreicherungspumpe“ auf der atomaren Skala antreibt.

Durch Kombination von Experimenten mit hochaufgelöster Röntgenspektroskopie, durchgeführt an der European Synchrotron Radiation Facility (ESRF), und physikochemische Modellierung konnte das Team nachweisen, dass Gold in diesem Mineral im Oxidationszustand 2+ vorliegt. Dieser Einbau wird durch eine Redoxreaktion zwischen wässrigen Fluiden und dem Mineral erzeugt, die es erlaubt, dass Gold an das Arsen im Mineral gebunden wird. Dadurch kommt es zur Ausbildung von atomaren Clustern in der Form AuAsnS6-n innerhalb der Mineralstruktur (Bild). Dieser universelle Gold-Arsen-Kopplungsmechanismus erklärt, warum diese Eisensulfide Gold in massiver Weise einfangen und wieder freisetzen können und so die Konzentration und Verteilung von Gold in den verschiedenen Typen von hydrothermalen Lagerstätten kontrollieren. Das konzeptionelle Modell eröffnet neue Perspektiven für unsere „metallhungrige“ Gesellschaft. Einerseits können damit neue Quellen für Gold und andere Edel- oder kritische Metalle, die in Eisensulfidmineralen versteckt sind, entdeckt werden. Andererseits ermöglicht es innovative methodische Entwicklungen für die Aufbereitung oder das Recycling von Metallerzen.

Wie Erzvorkommen entstehen und sich im Laufe der Zeit entwickeln, untersuchen seit 2020 Forschende im DFG-Schwerpunktprogramm „Dynamics of Ore­Metals Enrichment“ (DOME), das von dem Mineralogen Prof. Dr. Max Wilke vom Institut für Geowissenschaften der Universität Potsdam koordiniert wird. Daneben sind zahlreiche deutsche Universitäten sowie das Helmholtz-Zentrum Potsdam, Deutsches GeoForschungsZentrum (GFZ) wesentlich beteiligt.

Link zur Publikation: G.S. Pokrovski, C. Escoda, M. Blanchard, D. Testemale, J-L. Hazemann, S. Gouy, M.A. Kokh, M-C. Boiron, F. de Parseval, T. Aigouy, L. Menjot, P. de Parseval, O. Proux, M. Rovezzi, D. Béziat, S. Salvi, K. Kouzmanov, T. Bartsch, R. Pöttgen, T. Doert (2021) An arsenic-driven pump for invisible gold in hydrothermal systems. Geochemical Perspectives Letters (2021) 17, 39-44, https://doi.org/10.7185/geochemlet.2112

Link zum Forschungsschwerpunkt: www.uni-potsdam.de/en/spp2238