离子吸附型稀土矿床的诱导成矿学研究

诱导成矿学的核心理念是针对低品位矿石、尾矿和具有成矿潜力岩石中的关键金属资源,通过人工干预手段诱导目标金属元素活化和富集,在有限的时间尺度内形成具有经济价值的可利用资源。离子吸附型稀土矿床是全球稀土资源的主要来源之一,近年来为全球提供了80%以上的中、重稀土资源供给。该类矿床的形成主要受控于内生稀土初始富集和表生风化淋积成矿两个过程,而后者对于成矿极为关键。由于我国华南地区具有适宜形成离子吸附型稀土矿床的气候条件、大量出露的花岗质岩石及风化壳,因此对该地区开展人工诱导成矿技术研发将具有重要应用前景。通过分析离子吸附型稀土矿床形成的控制因素,预计可选择具有成矿潜力的花岗岩、含稀土风化壳和低品位矿床作为主要诱导成矿对象。通过调控地形地貌、生态、水文和风化壳物理化学条件等加速风化进程,促进稀土元素释放,引导稀土元素定向迁移,并在指定位置进行沉淀成矿,形成具有经济价值的富集稀土的矿体。特别是在该过程中可控制轻重稀土元素的分异,促使其形成富集重稀土的矿体,为解决全球重稀土资源紧缺和保障重稀土资源持续供给提供有效实施方案。因此,对离子吸附型矿床开展诱导成矿学研究具有重要的理论意义和应用价值,可作为诱导成矿学的重点研究方向之一。

一株分离自华南离子吸附型稀土矿的短小芽孢杆菌对稀土元素的吸附行为及机理研究

离子吸附型稀土矿是重要的表生矿床,提供了全球90%以上的重稀土。矿床中活跃的微生物能够通过吸附作用影响稀土元素的富集及分异,然而风化壳中的天然细菌对全配分稀土元素吸附行为及机理的相关研究仍然较为缺乏。本文选用离子吸附型稀土矿风化壳中分离出的短小芽孢杆菌,通过吸附实验研究在不同pH值、吸附时间和细菌浓度条件下,细菌对稀土元素的吸附行为。结果表明,短小芽孢杆菌对稀土元素的吸附容量最大可达41.9 mg/g,且重稀土元素在细菌细胞表面和水体之间的分配系数大于轻稀土元素。TEM图像显示,稀土元素在细菌表面形成沉淀;EDS分析显示,细胞表面大量Na、K、Ca等元素在与稀土元素发生离子交换后被脱除。细胞表面磷与稀土元素的分布一致性指示磷酸基团是稀土元素吸附的重要位点,重稀土元素通过与磷酸基团形成稳定的高配位络合物优先吸附在细菌表面。Zeta电位曲线表明,短小芽孢杆菌等电点为2.8,在高于等电点的pH值条件下,微生物对稀土的吸附存在静电吸引。因此,在表生环境中,微生物能够通过形成微沉淀、离子交换、表面络合和静电作用的多种机制吸附稀土元素,促进稀土元素的富集及分异。另外,短小芽孢杆菌有望作为潜在的生物吸附剂应用于稀土元素提取及回收。

矿物组成对离子吸附型稀土矿中稀土元素浸出效率的影响

稀土开采本质上是利用离子交换作用将稀土元素从矿物(黏土矿物、铁(氢)氧化物)表面解吸下来的过程,厘清不同类型矿物对稀土元素浸出的影响,对于提高开采效率至关重要。(NH_(4))_(2)SO_(4)溶液是稀土元素浸矿时的常用提取剂,SO_(4)^(2−)可以通过与稀土元素络合、改变矿物表面电荷性质以及键桥作用等影响稀土元素在矿物表面的吸附/解吸行为,进而影响浸出效率。本研究以高岭石和水铁矿分别作为黏土矿物和铁(氢)氧化物的代表,通过向离子吸附型稀土原矿中添加不同含量(0、5%和10%)的高岭石或水铁矿,结合批量实验、X射线衍射分析(XRD)、电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)及原位红外光谱(in situ ATR-FTIR)等分析表征手段,模拟不同浸取剂体系(NH_(4)Cl和(NH_(4))_(2)SO_(4))下,矿物类型对稀土元素浸取的影响。结果表明,在空白对照组中(未添加高岭石和水铁矿),NH_(4)Cl浸出稀土元素浓度略高于(NH_(4))_(2)SO_(4),但浸出液的稀土元素配分模式以及残渣中弱晶质铁(氢)氧化物结合态含量均无明显差异。添加高岭石后,两个体系中稀土元素浸出浓度及配分模式和残渣中弱晶质铁(氢)氧化物结合态含量均与空白对照组无明显差异。然而,在添加水铁矿后,两个体系中稀土元素浸出浓度显著降低且浸出液里稀土元素发生分异,弱晶质铁(氢)氧化物结合态含量显著提高。且水铁矿的添加量越多,稀土元素浸出浓度越低、弱晶质铁(氢)氧化物结合态含量越高、浸出液里稀土元素(特别是中、重稀土元素)的分配系数越低,采用(NH_(4))_(2)SO_(4)作为浸取剂时,上述差异更为显著。综上所述,矿床中铁(氢)氧化物的存在不利于稀土元素的浸出,尤其是使用(NH_(4))_(2)SO_(4)作为浸取剂时浸取效率更低,在实际开采过程中应根据矿床中的矿物组成,选用合适的提取剂,以提高浸取效率。

离子吸附型稀土矿区硫酸铵原位浸矿与淋洗过程的室内模拟

离子吸附型稀土尾矿中残留的大量硫酸铵浸矿剂随雨水淋滤进入周边环境,可造成矿区及周边土壤和水体严重污染。本研究通过实地采集稀土矿区土壤,开展室内一维土柱实验分别模拟浸矿过程和淋洗过程,并建立Hydrus-1D模型,评价该模型对稀土矿浸矿和淋洗过程的模拟性能。Hydrus-1D模型的弥散度的率定值为0.5 cm,浸矿与淋洗过程的K d的率定值分别为0.07 cm^(3)/g和1.2 cm^(3)/g;在浸矿过程模拟中,4个观测孔模型的R^(2)为0.95~0.99,E_(RMS)为1.3~6.8 mmol/L;淋洗过程的R^(2)为0.93~0.98,E_(RMS)为0.2~1.6 mmol/L;Hydrus-1D能够较好模拟浸矿和淋洗过程中NH_(4)^(+)的迁移行为。示踪实验中Cl^(-)穿透耗时为30~90 min;浸矿实验中,4个观测孔达到吸附饱和耗时为60~150 min;淋洗实验中,4个观测孔的NH_(4)^(+)浓度低于检测限的耗时为360~540 min;土壤吸附作用对浸矿与淋洗过程中NH+4运移过程的影响显著。

离子吸附型稀土矿电动开采技术初探

离子吸附型稀土矿是我国的特色资源,为全世界提供了90%以上的中、重稀土。然而,现有的离子吸附型稀土矿中铵盐原地浸出开采工艺存在环境污染严重、资源利用率低、开采周期长和滑坡地质灾害频发等问题,开发新一代高效绿色的离子吸附型稀土矿提取技术是国家稀土战略的紧迫需求。本文介绍了电动开采离子吸附型稀土矿的概念设想,并对电动技术的特点进行了初步探索。通过实验室土柱实验证实了电动开采离子吸附型稀土矿的可行性,结果表明:电动法稀土采收率高,约为同等条件下传统直接浸出方法的2倍。电动开采过程中,电压梯度对稀土回收有重要影响:电压梯度升高,稀土元素浸出速率提高,但同时电解强烈,导致阴极附近稀土元素沉淀含量增加,浸出液中稀土元素含量降低。其次,电动开采过程必须添加提取剂,提取剂起到增加体系导电性和交换解吸风化壳中稀土离子的作用。最后,结合电动过程阳极由于电解产生H^(+)的特点,本文还提出了采用碳酸钙作为复合提取剂成分的设想,起到了有效缓解土壤pH值变化,并释放钙盐的作用。

南岭地区离子吸附型稀土矿床基岩的稀土元素预富集机制探讨

南岭地区离子吸附型稀土矿床是目前全球重稀土的主要来源。在岩浆演化及热液蚀变过程中,稀土元素在成矿基岩中的迁移和富集过程受稀土元素的地球化学行为控制。本文对比了离子吸附型轻、重稀土矿床中基岩在矿物组合、岩石化学及主要稀土矿物类型等方面的差异,简要介绍了南岭地区离子吸附型稀土矿床基岩中热液活动与稀土元素富集的相关研究进展。其中富重稀土矿床的基岩主要为高硅碱长花岗岩(SiO_(2)>75%),基岩中硅铍钇矿和氟碳钙钇矿为主要稀土矿物。岩浆期后热液过程中,早期形成的氟铈矿等轻稀土矿物可导致残余流体富集重稀土元素,并形成重稀土热液矿物,稀土氯络合物可能是流体中迁移并富集重稀土元素的主要介质。而富轻稀土矿床的基岩主要为黑云母花岗岩、花岗闪长岩等(SiO_(2)<75%),主要稀土矿物为褐帘石和榍石,为岩浆演化晚期结晶产物,其在后期含F^(−)、CO_(3)^(2−)/HCO_(3)^(–)流体作用下蚀变成氟碳钙铈矿;这一过程导致轻稀土元素在基岩中被重新活化并再次富集。含F^(−)、CO_(3)^(2−)/HCO_(3)^(–)流体可能与南岭地区地下水的贡献有关。

上寨离子吸附型稀土矿床褐帘石结构和成分特征及其对成矿的指示

上寨矿床为华南地区新发现的一个同时富含轻重稀土的离子吸附型稀土矿床,矿体位于粗粒黑云母花岗岩风化壳中。褐帘石是粗粒黑云母花岗岩中一种重要的副矿物(占比约为0.11%)。化学成分分析结果显示原生褐帘石具有富轻稀土元素的特征,其轻稀土(LREE)和重稀土元素(HREE)含量以及(La/Yb)N值分别为177940~188928μg/g、3732~5499μg/g和92.6~153。这些原生褐帘石轻稀土元素含量约占全岩轻稀土元素总量的86%,为上寨矿床轻稀土元素的主要来源。通过显微观察结合背散射图像可以发现,上寨矿床成矿母岩中的原生褐帘石被热液流体交代后蚀变形成了氟碳钙铈矿,在这个过程中褐帘石中的轻稀土和Ca元素被淋滤出来后主要进入了氟碳钙铈矿中,指示褐帘石被交代形成氟碳钙铈矿的过程中轻稀土元素发生了活化、迁移和富集。另外,被交代的褐帘石其Fe_(2)O_(3)T、MnO和MgO含量降低,而Sr、Y、Nb、W、Th、U、Zr以及HREE含量增加,这些增加的HREE可能来源于热液流体或其他富HREE的原生矿物。本研究表明,原生褐帘石被热液流体交代有利于轻稀土元素的富集成矿,但对重稀土矿化的贡献较小。

硫酸镁和硫酸铵浸矿对离子吸附型稀土与重金属的释放与影响机理

传统的硫酸铵与新型的硫酸镁是目前离子吸附型稀土矿原位浸矿主要的浸矿剂,除了关注稀土的浸取效率,稀土浸取过程中是否会引起伴生重金属的释出而对地下水环境造成影响是值得关注的问题。为此,以江西龙南稀土矿为研究对象,对比研究硫酸镁和硫酸铵浸矿剂条件下,pH、固液比及浸矿剂浓度对稀土及Pb、Mn、Cd等金属离子释放与变化的影响。结果表明:稀土浸出率和重金属受pH影响较大,其次是固液比和浸矿剂浓度。pH对浸出液中金属释放影响程度从大到小为:Pb>Mn>Cd。根据微观表征,浸出前后稀土矿中的主要矿物相组成未发生明显变化,高岭石、钾长石等矿相表面的Mn、Fe等重金属通过离子交换作用进入浸出液。整体上,硫酸铵较硫酸镁对RE 3+的释放迁移影响更显著,可能加剧重金属离子的释放,造成地下水中重金属的超标。

离子吸附型稀土矿区生态环境问题与土壤修复技术研究进展

我国南方离子吸附型稀土矿产资源丰富,近几十年来,无序民采和商业矿采活动给矿区及周边生态环境造成了严重破坏,已极度威胁到当地农产品质量与人体健康安全。目前,寻找合适的矿山土壤与生态修复技术是国内外生态环境领域的研究热点与难点。本文在全面调研和搜集离子吸附型稀土矿相关文献的基础上,阐明了采矿活动引起的生态破坏和环境污染,评价了矿区居民的人体健康风险,总结了土壤修复与植被恢复技术在离子吸附型稀土矿区中的应用进展。最后结合各修复技术特点和场地条件展望了稀土矿区的未来用途,以期改善其恶劣的土壤与生态条件、促进稀土矿区环境与经济的协同发展。

基于多道伽马能谱测量的离子吸附型稀土矿放射性勘查方法研究——以攀西德昌地区为例

冕宁—德昌稀土成矿带资源潜力大,以往的找矿方向集中在寻找与喜马拉雅期碱性杂岩有关的硬岩型稀土矿,对离子吸附型稀土矿的研究程度较浅。为探究区内广泛分布的花岗岩风化壳的成矿前景,以区内狮子山地区为研究对象,部署多道伽马能谱测量、土壤剖面测量和浅钻工程,在摩所营花岗岩风化壳中圈定1处离子吸附型稀土矿点。对地、物、化剖面及含矿量的放射性响应进行分析,发现Th与K含量对稀土稀有矿化具有较高的指示意义,当6.2537×10^(-6),w(K)>4.2%时,就可能出现矿化好、具有工业规模的离子吸附型稀土矿。从放射性异常对表生风化的响应特征分析,钍异常晕对花岗岩岩体具有较好的指示作用,钾异常晕能较好地圈定花岗岩风化壳的范围。

广东韶关红岭黑云母花岗岩和离子吸附型稀土矿床地球化学特征

离子吸附型稀土矿产是中国优势资源,对其开展深入的研究,有助于提升中国关键金属资源的安全保障程度。对广东韶关红岭地区新发现的离子吸附型稀土矿床的钻孔中的风化壳剖面和深部的新鲜黑云母花岗岩开展了全岩主量元素、微量稀土元素和锆石U-Pb年代学分析,旨在查明成矿母岩的地球化学特征和稀土元素在风化壳中的富集特征。新鲜花岗岩的锆石U-Pb年龄为(162.0±0.5)Ma。红岭花岗岩的SiO_(2)(平均值为73.73%)、Al_(2)O_(3)、K_(2)O质量分数和A/CNK值均较高(平均值为1.2),属于钙碱性岩浆岩;结合微量元素特征,红岭岩体起源于下地壳变沉积岩部分熔融形成的S型花岗岩。红岭花岗岩稀土元素总量较高(平均值为225.3×10^(-6)),是形成离子吸附型稀土矿的优质物源。从表土层、全风化层到半风化层,稀土元素质量分数由小到大再变小。风化层的稀土元素质量分数整体较高,平均值为608.9×10^(-6);轻/重稀土元素比值平均为5.5,属于轻稀土元素富集型。风化层中的稀土元素继承了深部花岗岩的地球化学特征。花岗岩的稀土元素质量分数较高,并且风化层中高的化学蚀变指数表明研究区具有较好的离子吸附型稀土矿的找矿潜力。

粤北左坑离子吸附型稀土矿床含矿岩体地球化学特征与稀土元素迁移‒富集机理

广东省新丰县左坑大型稀土矿床为典型的华南离子吸附型矿床,位于佛冈复式岩体的北部,已查明稀土矿石量17152万吨,总稀土氧化物(TREO)资源量约18万吨,离子相稀土氧化物(SREO)资源量约11万吨。对该矿床成矿母岩黑云母花岗岩进行主量和稀土元素分析发现,其岩石性质和地球化学特征与佛冈花岗岩主体类似,同属于高硅、富碱、贫钙镁的铝质A型花岗岩。对6个钻孔的SREO含量、TREO含量、离子相稀土氧化物析出率、地理位置、成矿母岩稀土含量等信息进行对比研究后发现:①基岩稀土含量相似的情况下,产出于山顶的矿体上方风化壳厚度越大,形成矿体所需要的离子相稀土氧化物析出率越小;②稀土元素在成矿母岩浆中完成初始富集后,进而在风化过程中完成二次富集,还可能在剥蚀过程中随地表水下渗迁移至风化壳中渗透系数更小的位置完成第三次富集。因此,在离子吸附型稀土矿床中影响稀土元素垂向分布模式的因素除了风化壳中水体pH值和水化学类型外,还需考虑静水面与矿体的相对位置和渗透系数的共同作用。

广东离子吸附型稀土矿床特征及找矿预测

稀土是我国的优势矿种,尤以华南地区离子吸附型稀土矿产资源最为突出,广东省内的风化壳离子吸附型稀土矿床主要分布在韶关、河源、梅州、清远、潮州、揭阳、肇庆和茂名等地。水系沉积物地球化学异常是圈定矿床找矿远景区最有效且快速的一种手段,本次研究以广东省1∶20万水系沉积物地球化学数据为基础,将镧(La)和钇(Y)分别作为轻稀土(LREE)和重稀土(HREE)的特征元素,选取了34处稀土异常调查区(其中LREE异常区15处,HREE异常区19处),通过对人工剥土和人工冲击钻采样分析,初步评估了相应的稀土成矿潜力。139件样品分析结果显示,114个样品达到边界品位(≥0.02%),占送样总数的82.0%;71个样品达到工业品位(≥0.04%,最高可达0.27%),占送样总数的51.1%,新发现韶关乳源、潮州钱东、汕尾碣石、河源东源和河源龙川5个找矿远景区。为了更有效地圈定离子吸附型稀土矿床,结合稀土矿床找矿预测的标志,建议在1∶20万水系沉积物稀土元素地球化学异常区的基础上,开展低密度不规则网土壤地球化学测量,进一步浓缩异常范围并圈定离子吸附型稀土矿床找矿远景区,系统建立稀土资源潜力评价体系。

机械研磨对离子吸附型稀土矿石中稀土赋存形态的影响

离子吸附型稀土矿是一类稀土元素呈水合或水合羟基吸附在黏土矿物表面的风化矿床。首次发现了这类矿石中在干法研磨条件下会导致稀土相态发生变化,通过模拟实验,证实机械研磨对矿石中离子相稀土含量变化的影响及其相态转变路径。结果表明,研磨后矿石中减少的离子相稀土主要转换为碳酸盐结合态,少数转换为铁锰结合态、腐殖酸结合态。其中,离子交换稀土减少53.48%,而碳酸盐结合态稀土增加36.05%。XRD和FTIR表明,机械研磨过程会导致黏土矿物发生结构性损伤,晶体结构受到变形,引起黏土矿物晶格破坏,出现了无序化特征。机械研磨伴随发生的机械力化学过程,可能是导致机械研磨后离子相稀土减少、稀土赋存状态变化、形态间发生转移等变化的关键原因,对于制定离子吸附型稀土矿勘查规范、矿石加工工艺、标准物质的研制流程、分析测试及黏土矿物的机械研磨机理研究等领域都具有重要的启示意义。机械研磨离子吸附型稀土矿矿石导致离子相稀土减少是这类矿床研究中一个重要的新发现。

离子吸附型稀土矿在黑曲霉发酵液中的浸出效果及界面特性研究

为了探究离子吸附型稀土矿生物浸出过程规律,指导高效溶浸剂的开发和浸出工艺优化,采用摇瓶振荡实验、接触角测量、开路电压、Tafel和电化学阻抗测试分析了离子吸附型稀土矿在黑曲霉发酵液中的浸出特性。结果表明:与温度相比,稀土浸出率受发酵液体积占比和时间影响更大,且随着发酵液体积占比和时间的增加而升高,当发酵液体积占比为75%、温度为25℃、时间为30 min时,La、Ce和Y的浸出率分别达到95.84%、94.44%和96.73%。矿石中铝硅酸盐矿物出现微弱溶解。矿石与发酵液的接触角随发酵液体积占比升高而降低,随时间增加而不断减小:液滴铺展5 s时纯水中接触角最小为12.53°,发酵液体积占比25%、50%、75%和100%时接触角分别为16.38°、33.52°、43.78°和46.58°。随发酵液体积占比的增加,开路电压和腐蚀电压升高,黏土矿物溶解的难度降低。离子吸附型稀土矿生物浸出受溶液中溶质扩散、固液界面双电子层电子传递和界面副产物三种阻力。

广东兴宁大坪地区花岗岩风化壳离子吸附型稀土矿成矿特征

为探讨广东省兴宁市大坪地区花岗岩风化壳离子吸附型稀土矿的分布特点、富集规律和找矿标志,开展野外地质调查、人工冲击取样钻施工及样品分析测试等工作。结果表明,稀土矿主要赋存在花岗岩全风化层中,少量赋存在残坡积层和半风化层,产于花岗岩风化壳中;花岗岩风化壳结构模式自上而下可分为4层,有明显的分带性,稀土矿主要集中在风化壳中部的全风化层中;轻、重稀土在垂直方向上富集现象明显,轻稀土主要富集在全风化层,重稀土基本富集在半风化层上部;离子吸附型稀土矿主要受地形地貌、成矿母岩以及风化壳厚度的联合控制。

离子吸附型稀土矿绿色提取技术研究进展

近年来,随着科技的不断发展和环保意识的不断提高,绿色提取技术逐渐成为了离子吸附型稀土矿提取过程中的热点和难点。其中,吸附剂的选择和优化、萃取工艺的优化以及回收技术的开发等方面都取得了一定的进展。本文将对离子吸附型稀土矿绿色提取技术的研究进展进行总结和分析,以期为离子吸附型稀土矿绿色提取技术的开发提供参考。

云南省龙陵地区蕨叶坝离子吸附型稀土矿床地球化学特征

风化壳离子吸附型矿床具有规模大、层位稳定、易开采和回收率高等优点,是稀土矿床中重要的一类矿床。对云南省龙陵地区蕨叶坝离子吸附型稀土矿床的中的新鲜早白垩世花岗岩和取样钻中的风化壳开展了全岩主量元素、微量稀土元素分析,以查明成矿母岩的地球化学特征和稀土元素在风化壳中的富集特征。新鲜早白垩世花岗岩的SiO2、Al2O3、K2O质量分数和A/CNK值均较高(平均值为2.26),属于强过铝质岩浆岩;结合微量元素特征,蕨叶坝地区花岗岩体起源于上地壳或受上地壳影响熔融形成的S型花岗岩。蕨叶坝地区花岗岩风化层的稀土元素含量整体较高,平均值为631.51×10-6;轻/重稀土元素比值平均为8.3,属低钇低铕或中钇低铕轻稀土矿床。花岗岩基岩及风化壳内较高的稀土元素背景值为形成离子吸附型稀土矿提供了重要的先决条件。

滇南发现超大规模离子吸附型稀土矿

近日,以中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所王学求团队研究成果为依托,滇南地区首次发现潜在资源量达超大型规模、富含轻稀土和重稀土的离子吸附型稀土矿。快速圈定富含中重稀土矿床是新一轮找矿突破战略行动中急需解决的科学难题。为此,王学求团队通过中国地球化学基准研究,发现轻稀土矿轻重稀土比值大于5.0、重稀土矿轻重稀土比值小于3.5,可作为中重稀土矿找矿判别标志。根据这一判别标志,团队将云南省红河哈尼族彝族自治州作为中重稀土找矿靶区。

离子吸附型稀土资源研究进展、存在问题及今后研究方向

稀土是中国的优势矿产资源,但真正引起世人瞩目的是离子吸附型稀土矿,尤其是其中的中稀土、重稀土成分。离子吸附型稀土矿是中国极其重要、全球罕见的矿床类型,自1969年发现至今的四十多年来,对其成矿机制、富集规律、开采方式、环境保护等方面的研究取得了显著进展。本文从离子吸附型稀土矿床成矿理论、勘查技术方法、资源综合利用及矿政管理等方面评述了近年来取得的进展及存在的问题,重点分析了合理评价资源储量、储量优化开采利用方案、加强稀土开发管理等方面存在的亟待解决的现实问题。本文认为现行的稀土矿产地质勘查规范已经不适应当前的形势,需要修改;当前对离子吸附型稀土矿产实行不分单元素矿种的资源分类方式也不利于资源的充分利用,需要建立单元素稀土矿种的评价、管理体系;对于矿业权设置和开采总量控制指标等方面的管理工作今后只能加强不能放松。