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。

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。

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。

广东离子吸附型稀土矿床母岩特征及评价指标

广东省是全国重要的离子吸附型稀土矿床产地。本文系统总结了离子吸附型稀土矿床成矿母岩的特征,重点分析了母岩的稀土元素特征,提出了离子吸附型稀土矿床的快速评价指标。通过岩石学特征分析,发现成矿母岩主要有6期,以晚侏罗世黑云母(二长)花岗岩为主。根据矿床地质特征、副矿物等研究推测,离子吸附型稀土矿床中稀土元素有相当一部分是以离子态存在于硅酸盐矿物中。稀土元素特征研究表明,轻稀土与重稀土矿床(点)母岩的稀土元素球粒陨石配分模式相似,推测两类矿床(点)稀土元素未发生明显分异;不同时代岩体的稀土元素配分曲线类似,推测其成矿母岩来源或形成背景基本一致。离子吸附型稀土矿床可形成明显的水系沉积物异常,La、Y异常及La/Y可作为快速评价稀土矿床类型及配分类型的重要指标。

离子吸附型稀土矿床成矿规律及找矿潜力——以广西姑婆山和广东新丰地区为例

离子吸附型稀土矿床是我国上世纪60年代发现的一种矿床类型,该类型矿床自发现到现在不断在南岭地区发现此类矿床和矿点,已经成为我国除白云鄂博碱性岩型稀土矿床外的第二大稀土产量的矿床类型。研究发现离子吸附型矿床与燕山期花岗岩有关,主要分布在南岭造山带及其附近区域,其中在广西、广东、湖南、江西和福建最为常见。广西姑婆山。

离子吸附型稀土矿床形成的矿物表/界面反应机制

华南离子吸附型稀土矿床提供了全球超过90%的重稀土,是我国优势的战略性关键金属矿产资源。掌握这类矿床的成矿机制和禀赋特征,可为增加稀土资源储量和高效利用稀土资源提供理论支撑。离子吸附型稀土矿床主要发育在富稀土花岗岩、浅变质岩及火山岩的风化壳中。基岩中的(含)稀土矿物是风化壳中离子态稀土的主要来源,其矿物组合很大程度上决定了稀土矿床的禀赋和分异特征。在物理-化学风化和微生物作用下,造岩矿物、含稀土矿物和稀土独立矿物逐渐溶解,使稀土元素活化和再富集。一方面,母岩风化形成的黏土矿物和铁锰氧化物具有较大的比表面积和一定的表面电荷密度,是稀土离子的主要载体;另一方面,稀土离子通过离子交换、表面吸附与络合、共沉淀,以及形成次生稀土矿物等途径富集在次生矿物表面,其富集-分异特征和赋存状态受矿物类型、pH、微生物活动等因素所控制。利用高分辨透射电镜结合选区电子衍射和电子能量损失谱,以及同步辐射X射线吸收精细结构谱,有望在原子级尺度查明稀土的微观赋存状态。未来研究需更多关注基岩中(含)稀土矿物组合及其演化路径的制约因素、微生物风化对离子吸附型稀土矿床成矿作用的约束,以及稀土元素的微观赋存状态等问题。

中南地区与花岗岩有关的离子吸附型稀土矿床成矿预测

本文总结了我国中南地区与花岗岩有关的离子吸附型稀土矿床的风化壳结构、矿物组合特征和成矿机理等研究情况。基于中南地区——湖南、湖北、广西、广东和海南五省区的地质背景对该区与花岗岩有关的稀土矿床成矿条件进行了分析,采用已知矿床(化)点或矿集区、花岗岩出露条件、地形因素结合气候等因素作为预测依据,对中南地区与花岗岩有关的离子吸附型稀土矿床成矿区带进行了预测,划分出5个Ⅰ级成矿区带、6个Ⅱ级成矿区带和9个Ⅲ级成矿区带。

广西滴水花岗岩地球化学特征与离子吸附型稀土矿床

滴水花岗岩体整体上高硅富碱,富Al、Nb、Y、Th、Rb等元素,低P、Ca、Ti、Ba、Sr等元素,地球化学特征显示为过铝质高钾钙碱性系列S型花岗岩;稀土元素∑REE为(198.45～433.76)×10-6,平均为291.86×10-6,∑LREE/∑HREE为0.341～0.744,富集重稀土,Eu强烈亏损,元素富集和亏损具有选择性,岩浆分异作用强,成岩构造环境为板块边缘附近的板内构造环境。岩体风化强烈,形成4～9m厚的风化壳,风化壳稀土含量高,主要为富钇重稀土矿。离子吸附型稀土矿体主要赋存在花岗岩风化壳全风化层中。该区稀土矿化与黑云母二长花岗岩稀土元素的高丰度值、良好的构造条件、利于岩体风化和稀土元素富集的地形地貌及气候条件密切相关。

中国南方离子吸附型稀土矿床成矿类型及其母岩控矿因素探讨

传统认为中国南方的离子吸附型稀土矿床可划分为以“足洞式”为代表的重稀土型和以“河岭式”(或“花山式”)为代表的轻稀土型两种矿化类型。然而,近年来发现的许多矿床(如清溪、寨背和馒头山等)的赋矿风化壳中出现了轻稀土矿与重稀土矿并存现象,表现出特殊的“上轻下重”双层矿体结构。这指示了除重稀土型和轻稀土型之外,还存在着轻重稀土共生型的过渡类型。本研究通过对三种不同成矿类型的若干典型矿床系统对比,指出成矿类型的多样性与母岩性质密切相关,尤其是母岩的稀土元素地球化学和稀土载体矿物属性是制约成矿类型变化的关键因素。统计数据表明,从重稀土型→轻重稀土共生型→轻稀土型,成矿母岩的全岩稀土总量变化不大(ΣREY:200×10^(-6)~450×10^(-6)→200×10^(-6)~500×10^(-6)→200×10^(-6)~800×10^(-6)),但轻重稀土配分值出现较显著的区间性差异(ΣLREE/ΣHREY:0.2~1→1~5→2~10)。与之同时,母岩中能为离子相稀土提供物源且具有重稀土配分属性的稀土副矿物类型和数量明显减少,这与全岩稀土元素地球化学特征中重稀土分量占比的降低趋势也互相匹配。该结果指示,以往认为重稀土配分母岩形成重稀土矿床、轻稀土配分母岩形成轻稀土矿床的传统观点需要外延,即一部分具有低度轻稀土配分属性(1<ΣLREE/ΣHREY<5)且含有丰富易风化稀土副矿物的母岩还可能形成轻重稀土共生型矿床,该认识可为今后离子吸附型稀土矿床勘查工作提供新的找矿依据。

广西玉林地区离子吸附型稀土矿床的矿化剖面研究

离子吸附型稀土矿床是中国特有的矿床类型之一,主要产在我国南方,不仅规模大、品位高、储量丰富,而且稀土元素品种齐全,是我国及世界稀土金属工业新的重要原料来源。广西离子吸附型矿产在地域分布上具有面广而又相对集中的特点,特别是广西云开地区侵入岩体发育,风化壳分布面积广泛,勘查开发程度较低,资源潜力估计超过百万吨,有较好的找矿远景(潘华,2011)。

皖南地区离子吸附型稀土矿床成矿条件及成矿特征

安徽省皖南地区岩浆岩分布广泛,地貌、气候条件适宜,有利于花岗岩风化壳的形成、保存,且基岩的稀土丰度较高,有利于离子吸附型稀土矿床的形成。通过在皖南地区的工作,分析了离子吸附型稀土矿床的内生成矿条件(基岩中稀土丰度、稀土元素赋存状态、矿物组合及岩石结构、构造),表生成矿条件(气候条件、风化壳发育程度、地貌特征),总结了离子吸附型稀土矿床的成矿特征、找矿标志。

美国离子吸附型稀土矿床的发现及其影响

稀土元素化学性质较为活泼，具有典型的金属特性和不同于周期表中其他元素的物理和化学特性，特别是它们的光学、磁学性质己广泛地应用在当今新材料、新技术领域。目前，含有稀土的功能材料已达50多类，包括光学材料、磁性材料、电子材料、储氢材料、高温超导材料、核物理材料等，稀土在现代材料工业中具有工业“味精”之称。

云南临沧花岗岩中离子吸附型稀土矿床的成矿规律

近年来,在云南临沧某地花岗岩风化壳中新发现一中型离子吸附型轻稀土矿(iRee),是高海拔地区发现的又一个典型矿床,这对今后在高海拔地区找矿具有指导意义。通过研究此矿床,并结合岩体中已发现的iRee矿床,本文总结了此类矿床的成矿规律。研究区矿床的成矿母岩是黑云母二长花岗岩,似斑状、中粗粒结构,含稀土矿物主要是榍石、褐帘石、磷灰石、独居石、磷钇矿和锆石等;岩石具有高硅、高钾和低铁、低镁的特征,∑REE>150×10^-6,相对富集LREE。矿区内风化壳厚度在2~30m之间,发育完整的风化壳,自上而下可分为表土层、全风化层、半风化层和微风化层;全风化层是主要的含矿层;风化壳中∑REE的含量是基岩的3~5倍,稀土配分形式与基岩相似,局部见重稀土异常;矿区由北至南,地势由高到低,矿体埋深由深变浅,稀土品位逐渐增高;由西向东,稀土品位中间高、两边低,且东边高于西边。临沧花岗岩风化壳中iRee矿床或矿化点主要分布于岩体中—南段,均以LREE型稀土矿床为主;岩体处于中亚热带季风气候—热带雨林季风气候带;矿区主要发育中低山、丘陵地貌,区域上受次级断裂构造作用影响;成矿母岩多为中晚期岩浆岩产物,岩性为黑云母二长花岗岩。风化壳中∑REE含量受地形地貌的影响表现出:在平缓开阔的多层台地和起伏缓和的低山丘陵地貌下,山腰和山顶较为富集;中低山顶部宽缓的带状地貌,山腰至山顶较为富集。

离子吸附型稀土矿床风化壳地球化学与风化物粒度研究——以姑婆山养民冲稀土矿床为例

离子吸附型稀土矿床是我国稀土矿产的主要开采类型。依据姑婆山地区矿物组合和风化特征，将风化壳细分为6个风化层阶段、3个半风化层阶段。选取典型层面风化样品，分离出〈0．075、0．075～0．150、0．150～0．355和〉0．355mm4类，研究风化壳不同层位和不同粒度风化物中稀土元素的变化特征。研究发现La、Nd、Pr、Sm等轻稀土元素多在风化层富集，元素含量与粒度呈近反比关系，〈0．075mm矿物中稀土比〉0．075mm中相对富集；ce元素从风化壳表层到深部逐渐减少，元素在〈0．075mm中含量相对稳定，〉0．075mm明显减少；Eu元素在半风化层中含量最高，粒度对风化层和半风化层中元素含量影响较大；Gd、Tb、Dy、Y等重稀土元素从风化壳表层到深部逐渐富集，元素在风化物〉0．075mm中含量明显减少。风化壳层位和风化物粒度是影响该地区风化壳中稀土含量的主要因素。

云南省澜沧县离子吸附型稀土矿床地质特征分析与成矿过程探讨

云南省澜沧县地处临沧花岗岩的中南段,在其境内发现多地与花岗岩风化壳有关的离子吸附型稀土矿床。文章通过对该区晚三叠世黑云母二长花岗岩风化壳全风化层的剖面及钻孔样品分析,对赋存于花岗岩风化壳离子吸附型稀土矿床的成矿地质地球化学特征进行研究,探讨其关键成矿过程并总结地形地貌与风化壳和矿体露头的关系。研究表明,黑云母二长花岗岩风化壳分层特征明显,离子吸附型稀土矿体规模及形态严格受风化壳发育程度及微地貌控制;花岗岩风化壳全风化层稀土元素配分曲线呈右倾平滑的浅“W”型,轻稀土元素的分异程度强于重稀土元素;除Ce元素外,轻稀土元素的浸出率略高于重稀土元素;矿石类型为以轻稀土元素为主、中重稀土元素配分齐全的混合型稀土矿。通过厘定离子吸附型稀土矿床的关键成矿过程,文章发现内应力、渗透能力、风化程度、黏土矿物含量在风化壳剖面中由上至下变化特征综合决定了稀土矿体主要定位于风化壳全风化层。

姑婆山与大宁岩体离子吸附型稀土矿床尾砂中稀土及重金属对比研究

对姑婆山岩体南侧及大宁岩体外围2个稀土尾矿中稀土及重金属元素地球化学特征和空间分布规律进行了研究。结果表明:尾矿稀土元素配分模式趋势与原矿基本一致,对原矿具有一定继承性;不同尾矿区元素分布特征有不同,同一尾矿区不同元素分布特征也有差异;在垂向剖面上表现为自上而下稀土含量逐渐增加;横向上元素含量与距尾矿坝的距离呈一定相关性;稀土元素多表现为中部相对富集的特征。重金属富集较复杂,分析认为元素分布特征除了受本身物化性质影响外,还与外界环境有一定关系。因此,建议提高尾矿中元素回收率,减少因尾矿堆积而引起的重金属污染。

离子吸附型稀土矿床中稀土的富集—分异特征:铁氧化物—黏土矿物复合体的约束

在离子吸附型稀土矿床中,黏土矿物被认为是离子吸附态稀土的主要吸附载体。风化壳中黏土矿物的透射电镜分析发现,黏土矿物普遍与铁氧化物形成复合体,很可能对稀土元素的富集–分异产生重要影响。本研究以广东省梅州市平远县仁居矿区的典型离子吸附型稀土矿床剖面为对象,通过提取富矿层中的细颗粒组分,采用X射线衍射、穆斯堡尔谱和透射电镜,对黏土矿物–铁氧化物复合体进行物相和形貌分析;在此基础上,采用顺序提取法测定不同化学形态的稀土总量,探究黏土矿物和铁氧化物对稀土元素富集–分异的贡献。结果表明,从全风化层到表土层,复合物从长石/伊利石–水铁矿/针铁矿复合体到高岭石/埃洛石–针铁矿/赤铁矿复合体,最终向高岭石–赤铁矿复合体转变。在表土层和全风化层的细颗粒组分中,离子交换态稀土约占25%和80%,而铁氧化物结合态稀土约占75%和20%。在表土层中, Ce的富集导致离子交换态和铁氧化物结合态稀土均富轻稀土。在全风化层中,随着深度的增加,离子交换态稀土由富轻稀土转变为富重稀土,铁氧化物结合态稀土均表现富重稀土的分异特征。离子交换态稀土总量和分异特征主要受黏土矿物–稀土界面作用和淋滤作用控制;而铁氧化物结合态稀土总量和分异特征主要受铁氧化物的物相、结晶程度及风化壳pH值等因素影响。因此,铁氧化物对风化壳剖面稀土元素富集和分异具有一定的影响,是剖面上重稀土元素富集的有利因素。上述认识有助于理解和掌握离子吸附型稀土矿中稀土元素的富集–分异机制。

广东惠东地区离子吸附型稀土矿床地球化学特征

运用岩石地球化学方法,对广东惠东地区离子吸附型稀土矿床的地球化学特征进行研究。结果显示,风化壳中元素含量及配分特点总体上取决于母岩,但稀土元素在继承母岩稀土元素的基础上含量进一步富集,且各风化层中元素含量变化与风化作用之间具有一定相关性。WIG指数相较于CIA指数能更有效地描述风化壳风化强度,风化壳中稀土元素迁出富集与WIG指数及元素迁移系数具有一定规律性,轻稀土元素多在全风化层上部富集,而重稀土元素在全风化层下部及半风化层明显迁入富集,Ce、Eu均具明显负异常。