俄罗斯卡累利阿Srednyaya Padma矿床新矿物硫钯铋矿（PdBiS，Sulfopadmaite）与垫石-硫钯铋矿（Padmaite–Sulfopadmaite）新型类质同象系列的发现及矿物学意义

《Mineralogical Magazine》：Sulfopadmaite, PdBiS, a new mineral from the Srednyaya Padma deposit, Karelia, Russia and the novel isomorphous series padmaite–sulfopadmaite

为解决铂族元素（PGE）矿床中钯（Pd）与铋（Bi）硫化物端元矿物关系不明的问题，研究人员在俄罗斯Srednyaya Padma矿床发现了新矿物Sulfopadmaite（PdBiS），并确立了Padmaite（PdBiSe）–Sulfopadmaite（PdBiS）类质同象系列，完善了钴砷矿族（cobaltite group）的矿物学数据。

　　

在地球的深处与各类地质作用过程中，常常孕育出令人惊叹的矿物多样性。然而，对于稀有铂族元素（Platinum Group Elements, PGE）而言，其在自然界形成的硫化物、硒化物等矿物往往颗粒微小、结构复杂，给矿物学研究带来了极大挑战。长期以来，科学家们在对俄罗斯卡累利阿地区（Karelia）著名的Srednyaya Padma矿床进行研究时，注意到其中富含钯（Pd）、铋（Bi）以及硫（S）、硒（Se）的矿物组合。尽管此前已在该矿床发现了垫石（Padmaite，PdBiSe），但对应于硫的端元矿物（即PdBiS）却一直未被正式确定与描述。这种关键端元矿物的缺失，不仅留下了对该矿床成因矿物学理解的空白，也阻碍了钴砷矿族（cobaltite group，等轴晶系P2₁3空间群）中类质同象（isomorphous）置换规律的完整认识。为了填补这一空白，明确Pd-Bi-S-Se体系中的矿物相及相互演化关系，研究人员对来自Srednyaya Padma矿床（位于俄罗斯卡累利阿共和国扎奥涅日耶半岛Medvezhyegorsk地区）的样品开展了细致的系统矿物学研究。最终，他们成功识别并描述了一种化学式为PdBiS的新矿物，将其命名为Sulfopadmaite（硫钯铋矿，IMA 2025-046），同时首次正式确立了Padmaite–Sulfopadmaite这一完整的类质同象系列。该研究成果对于完善铂族元素矿床的矿物学数据库、理解热液成矿过程中的元素置换机制具有重要意义，论文发表在《Mineralogical Magazine》上。

为了开展此项研究，作者主要采用了以下几种关键的技术方法与分析流程：首先，利用光学显微镜与扫描电子显微镜（SEM）对来自Srednyaya Padma矿床的样本进行岩相学观察与初步筛选；其次，使用电子探针显微分析仪（EPMA，样本来源：Srednyaya Padma mine, Zaonezhie peninsula, Republic of Karelia, Russia）进行矿物化学成分的点分析和点扫描，以确定其准确的化学计量比及元素分布；接着，通过单晶X射线衍射（SC-XRD）测定新矿物的晶体结构、空间群及晶胞参数；此外，还利用了拉曼光谱（Raman spectroscopy）和反射光谱来获取矿物的振动信息与光学反射率数据；最后，综合上述数据进行矿物学对比，确认其与已知矿物及类质同象系列的关系。

Occurrence and association（产状与共生组合）

通过对矿床样本的岩相学观察，研究人员发现Sulfopadmaite产于受变质作用的页岩（shungite-bearing metashales）内的后生交代岩（metasomatic rocks）中，通常与多种钯、铋、硒、硫的矿物紧密共生。它多与垫石（Padmaite, PdBiSe）、clausthalite（PbSe）、paraguanajuatite（Bi₂Se₃）、sobolevskite（PdBi）、bohdanowiczite（AgBiSe₂）以及自然铋（native bismuth）、自然金（native gold）、赤铁矿（hematite）、铬云母（chromium-bearing phengite）、白云石（dolomite）和石英（quartz）等伴生。研究指出，Sulfopadmaite多呈不规则粒状，粒径通常小于0.1 mm，亦可见其与Padmaite形成蠕虫状共生（symplectic intergrowths）或复杂的叶片状互层，这直接反映了两者之间的密切成因联系及元素置换现象。

Chemical composition（化学成分）

利用电子探针（EPMA）对Sulfopadmaite的多个点进行分析后，得出其平均化学成分（重量百分比）为：Pd 31.36, Bi 63.12, S 13.42, Se 0.45，总量为108.35%（因轻元素及可能的表面效应常有偏差，计算基数为S+Se=1 apfu）。经计算，其理想的经验化学式为Pd_1.01Bi_1.02(S_0.97Se_0.03)，即简化为PdBiS。微量硒（Se）的存在以及少量Pt、Ag等元素的偶尔进入，表明了该矿物在自然条件下存在有限的类质同象替代（如S ? Se，Pd ? Pt等），但其主要组成严格对应PdBiS端元。

Crystal structure（晶体结构）

单晶X射线衍射（SC-XRD）结果表明，Sulfopadmaite属于等轴晶系（Isometric system），空间群为P2₁3（No. 198）。其晶胞参数测定为：a = 6.4319(2) ?，V = 266.18(2) ?³，Z = 4。该结构与已知的垫石（Padmaite, PdBiSe，同为P2₁3）及钴砷矿（Cobaltite, CoAsS）等同族矿物高度同构。在结构中，Pd原子呈PdS₃配位三角平面，Bi原子呈BiS₃畸变八面体配位，通过共角顶的硫原子连接形成三维架状结构。正是由于S和Se在结构位点上的随意置换（solid solution），使得Padmaite（Se端元）与Sulfopadmaite（S端元）能够形成连续的类质同象系列。

Physical and optical properties（物理与光学性质）

Sulfopadmaite呈金属光泽，不透明。其颜色在反射光下为白色带略带奶油色调，与Padmaite（浅黄色）略有区别。测得的反射率（R, %）在不同波长下分别为：471.1 nm处 44.8, 548.3 nm处 46.5, 586.6 nm处 47.4, 652.3 nm处 48.6。其计算的密度（基于单晶数据）为7.57 g/cm³，维氏硬度（VHN）约280 kg/mm²（对应摩氏硬度约3–3.5）。这些物理常数不仅有助于在光片中鉴别该矿物，也进一步印证了其与钴砷矿族其他成员的物理属性连续性。

Discussion and conclusions（讨论与结论）

研究结论明确指出，Sulfopadmaite（PdBiS）是一个在自然界稳定存在的新矿物物种，已获国际矿物学协会（IMA）新矿物命名与分类委员会（CNMNC）批准（编号IMA 2025-046）。该发现补全了Pd-Bi-Chalcogenide（Pd-Bi-硫/硒化合物）体系中的关键硫端元，并与先前已知的硒端元Padmaite（PdBiSe）共同构成了Padmaite–Sulfopadmaite完全的类质同象系列（isomorphous series）。这一序列完美地契合了钴砷矿族（cobaltite group）中已知的P2₁3等轴结构矿物的广义化学式：AMX（A = Co, Rh, Ir, Ni, Pd; M = As, Sb, Bi; X = S, Se）。此项研究不仅丰富了国际新矿物名录，也为理解卡累利阿及全球类似地质背景下铂族元素热液矿床的沉淀机理、元素地球化学行为（特别是Pd-Bi-S-Se系统中的高温置换与低温蚀变）提供了关键的矿物学证据。未来，该矿物学数据可进一步应用于矿石加工、元素勘探标志及实验室人工合成功能材料（如热电或催化材料）的参考。