Studie beschreibt das Schmelzen von Gold-Nanopartikeln in goldhaltigen Flüssigkeiten in der Erdkruste

Gold ist ein Edelmetall, das die Menschen schon immer fasziniert. Vom Schatz des Priamos bis zur Legende von El Dorado war Gold – das als das edelste aller Metalle gilt – in vielen Zivilisationen ein Symbol für Pracht und Reichtum. In der Vergangenheit war bekannt, dass sich Goldvorkommen bildeten, wenn Metall gelöst durch heiße wässrige Lösungsströme oder hydrothermale Flüssigkeiten transportiert wurde, bis es sich in einigen Bereichen der oberen Erdkruste ansammelte. Die jüngste Entdeckung von Goldnanopartikeln in solchen Mineralvorkommen hat einige Zweifel an der Gültigkeit des klassischen Modells aufkommen lassen.

Jetzt wurde ein Artikel veröffentlicht in Wissenschaftliche Berichte eröffnet die wissenschaftliche Debatte über die Gültigkeit traditioneller Modelle für den Transport dieses Edelmetalls in der Natur neu. Die neue Studie zeigt zum ersten Mal, dass Gold-Nanopartikel, die hydrothermalen Flüssigkeiten ausgesetzt sind, die Fähigkeit haben, bei niedrigeren Temperaturen zu schmelzen und Gold-Nanoschmelzen zu erzeugen. (Die Studie wurde von Experten der Fakultät für Geowissenschaften und des Instituts für Nanowissenschaften und Nanotechnologie (IN2UB) geleitet.) der Universität Barcelona, ​​des Andalusischen Instituts für Geowissenschaften (IACT-CSIC) und der Abteilung für Mineralogie und Petrologie der Universität Granada. Es besteht auch die Zusammenarbeit der Wissenschafts- und Technologiezentren der UB (CCiTUB) und des Zentrums für wissenschaftliche Instrumente der Universität Granada (CIC).

Gold, das wertvollste Edelmetall

Im 8. Jahrhundert beschrieb Jabir ibn Hayyan, der große Alchemist der islamischen Welt, die Reinigung von Gold und die Gewinnung von reinem Quecksilber aus Zinnober. Bereits im 16. Jahrhundert hatte Georgii Agricolae in „De ortu & causis subterraneorum“ festgestellt, wie Gold in der oberen Erdkruste als in hydrothermalen Flüssigkeiten – heißen wässrigen Lösungen zwischen 50 °C und 500 °C – gelöste Spezies transportiert wurde, wobei die Merkmale vom geologischen Kontext abhängen die Tiefe, in der sich diese wässrigen Lösungen befinden (im Allgemeinen in der Größenordnung von Kilometern unter der Erdoberfläche).

Die meisten Goldvorkommen der Welt wurden durch diese Transportart gebildet. Gold kann sich jedoch auch ansammeln, wenn primäre Goldvorkommen durch tektonische Prozesse an Land erodiert werden, sobald sie an die Oberfläche gelangen. Dabei entstehen die berühmten Goldnuggets, die Goldsucher auf dem Höhepunkt des Goldrauschs an Flussufern fanden.

Obwohl es John Turkevich in den 1950er Jahren gelang, Goldnanopartikel zu synthetisieren, wurden sie erst vierzig Jahre später, in den frühen 1990er Jahren, in natürlichen Goldvorkommen dokumentiert. Konkret wurden diese Nanopartikel in einer Art Lagerstätte mit hohen Goldkonzentrationen gefunden, die als Bonanza-Typ in Nevada (USA) bekannt ist. Die Entdeckung dieser Nanopartikel stützte die Hypothese, dass Gold als in der Flüssigkeit suspendierte Nanopartikel und nicht als gelöste Spezies transportiert werden könnte.

„Es gibt eine große Vielfalt an hydrothermalen Goldvorkommen, die von einer Reihe von Faktoren abhängt. Weltweit sind die orogenen, karlinischen und epithermalen Goldvorkommen die wichtigsten. Die Charakterisierung dieser mineralisierenden Flüssigkeiten hat jedoch gezeigt, dass ihre Fähigkeit, Gold aufzulösen, sehr gering ist.“ „Ungeachtet ihrer Beschaffenheit sind diese Flüssigkeiten nicht in der Lage, die Menge an Gold zu transportieren, die zur Erklärung goldhaltiger Mineralisierungen erforderlich ist, insbesondere derjenigen, die sehr reich an Gold vom Bonanza-Typ sind“, bemerkt Professor Joaquín A. Proenza von der UB-Abteilung für Mineralogie, Petrologie und Angewandte Geologie.

„Daher kann die Bildung von Goldvorkommen nicht nur durch hydrothermale Flüssigkeiten verursacht werden, die gelöstes Gold transportieren“, sagt Proenza, Mitglied der Research Group on Mineral Resources for Energy Transition (MinResET).

Wenn Gold-Nanopartikel schmelzen

Diese Studie beschreibt erstmals den Schmelzprozess von Goldnanopartikeln. „Dieser Prozess wurde in goldreichen Proben aus den Cu-Co-Ni-Au-Lagerstätten der Region Habana-Matanzas (Kuba) entdeckt, die eine große Menge an Goldnanopartikeln aufweisen. Unsere Forschung zeigt, wie Goldnanopartikel hydrothermalen Flüssigkeiten ausgesetzt sind.“ haben die Fähigkeit, Gold-Nanoschmelzen zu schmelzen und zu produzieren“, sagt Diego Domínguez-Carretero (UB), der Erstautor des Artikels und an seiner Doktorarbeit unter der Betreuung von Joaquín A. Proenza und Antonio García Casco (Universität von) arbeitet Granada).

„Unsere Studie beschreibt zum ersten Mal den gesamten Entstehungsprozess der Gold-Nanopartikel: insbesondere die Freisetzung der Nanopartikel aus dem Mineral, in dem sie enthalten waren, die Exposition gegenüber der hydrothermalen Flüssigkeit und das anschließende Schmelzen und schließlich die Remobilisierung durch Gold Nanofusionen, die nicht mit der hydrothermischen Flüssigkeit mischbar sind“, sagen die Forscher.

Um diese Ergebnisse zu erzielen, hat das Team eine Kombination aus klassischen Techniken (optische Mikroskopie und Feldemissions-Rasterelektronenmikroskopie) zusammen mit anderen, innovativeren Techniken (Hydro-Separation, fokussierter Ionenstrahl, hochauflösende Transmissionselektronenmikroskopie) angewendet. Diese Analysetechniken sind am CCiTUB, am Advanced Microscopy Laboratory der Universität Zaragoza und am CIC verfügbar.

„Bisher erforderte das einzige Beispiel für die Bildung von Gold-Nanoschmelzen andere Elemente wie Wismut (Bi), Tellur (Te) oder Antimon (Sb), die in vielen Mineralvorkommen nicht immer zusammen mit Gold konzentriert sind“, heißt es in der Studie im Detail zum ersten Mal die Abfolge der Umwandlung von Gold-Nanopartikeln in Gold-Nanokristalle, ohne dass andere Elemente wie Bi, Te oder Sb erforderlich sind.

Laut den Autoren „bietet dieser Paradigmenwechsel ein besseres Verständnis der Herkunft von Gold und trägt folglich dazu bei, realistischere genetische Modelle zu etablieren.“ Die Bildung einer Lagerstätte ist ein wesentliches Ziel eines Lagerstättengeologen.

„Der Goldbergbau stützt sich wie jede andere Art des Bergbaus auf diese genetischen Modelle, um Explorationskampagnen zur Suche nach neuen Lagerstätten zu etablieren“, schlussfolgert das Forschungsteam. Hierbei handelt es sich um eine innovative Linie auf nationaler und europäischer Ebene, die sich der Untersuchung des Einflusses metallischer Nanopartikel auf die Bildung kritischer Mineralablagerungen widmet und in Zusammenarbeit mit dem Forscher José María González Jiménez vom Andalusischen Institut für Geowissenschaften entwickelt wurde.