闪锌矿中镉同位素分馏机制：揭示热液系统中镉超常富集的关键过程

本文通过实验与表征技术（EXAFS、Cs-STEM）系统研究了Cd2+替代ZnS晶格过程中的同位素分馏机制，发现轻Cd同位素优先进入固相（Δ114/110Cdsolid–solution≈–0.5‰），且Cl–络合会增强分馏效应。研究为热液成矿（如MVT/SEDEX矿床）和表生风化过程中Cd同位素示踪提供了关键理论框架。

　　

Highlight

本研究结合实验室实验与同位素、EXAFS（扩展X射线吸收精细结构）和球差校正扫描透射电镜（Cs-STEM）分析，揭示了不同反应条件下镉（Cd）在闪锌矿中吸收时的同位素分馏机制，主要结论如下：

关键发现

1. 1.

   晶格替代机制：Cd通过进入ZnS晶格而非表面吸附形成Zn_xCd_1–xS固溶体（0<>^114/110Cd_{solid–solution}≈–0.5‰的分馏。

2. 2.

   反应条件影响：在10% NaCl溶液中，初始Cd²⁺浓度、矿物结晶度和pH对分馏程度影响微弱，但纯水体系中分馏更大（–0.7‰至–0.9‰），可能与Cl^–络合偏好轻同位素有关。

3. 3.

   地质意义：蒙特卡洛模拟表明，成矿流体的初始组成是控制闪锌矿Cd同位素变化的主因。该发现为热液系统（如MVT矿床）和表生硫化物风化的Cd同位素应用提供了新范式。

结论

Cd在闪锌矿中的晶格替代行为及其同位素分馏规律，为理解地球化学过程中金属富集机制和开发新型同位素示踪技术奠定了重要基础。