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。

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。

川西德昌馒头山离子吸附型重稀土矿床的发现及其地质意义

冕宁—德昌稀土成矿带是我国重要硬岩型稀土资源基地,已发现的稀土资源均与喜马拉雅期形成的碳酸岩-碱性杂岩体有关,作者在该地区开展地质调查时在德昌馒头山新发现了与二叠纪晚期钾长花岗岩相关的离子吸附型稀土矿床,因此,本文通过对德昌馒头山地区开展矿产地质调查,经3个浅钻验证,该地区风化壳厚度最深可达17 m,并根据风化程度将风化壳由地表至基岩,依次划分为腐殖土层、黏土层、全风化层和半风化层,风化壳全相稀土氧化物品位(TREO)变化范围为0.07%~0.19%,平均为0.12%,高于工业品位的0.05%;离子相稀土氧化物(SREO)品位变化范围为0.02%~0.056%,平均为0.03%,高于边界品位的0.02%;重稀土配分范围为50%~72%,平均为62%。稀土品位变化在风化壳剖面呈现出“上低—下高”和“上高—下低”两种类型,全风化层和黏土层是主要赋矿层位。这是首次在冕宁—德昌稀土成矿带发现离子吸附型重稀土矿,具有重大经济价值和科学意义。

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。

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。

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。

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。

南岭离子吸附型稀土矿床成矿规律研究新进展

离子吸附型稀土矿是我国的优势资源,是全球重稀土的主要来源。20世纪80年代我国对此类矿床的成矿规律开展过大量研究,但仍有诸多未解之谜。为了解目前离子吸附型稀土资源的分布特征和成矿规律,2011~2015年中国地质科学院矿产资源所三稀项目组对52个离子吸附型稀土矿床进行了综合研究,本文介绍稀土成矿规律研究方面取得的一些新进展:(1)离子吸附型稀土矿床广泛分布在华南地区,以南岭最为发育,近些年在越南、老挝、泰国及美国也有发现。矿床主要产在花岗岩和酸性火山岩风化壳中,近几年也在变质岩和灰岩风化壳中有所发现,但花岗岩离子吸附型稀土矿床规模较大,品位较高,仍是最为重要的一类(亚类)稀土矿床;(2)成矿花岗岩的形成时代范围较宽,锆石U-Pb年龄集中在461~384Ma、228~242Ma和189~94Ma三个区间。相对于LREE型成矿花岗岩,HREE型更加富硅,富HREE,具有强烈的负Eu异常,普遍高Rb,低Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Ba、Sr等微量元素,暗示HREE型成矿花岗岩岩浆经历了高度分异。值得注意的是,部分LREE型成矿花岗岩相对富集HREE,特别是富集Y,轻重稀土元素比值(LREE/HREE)多介于1~3之间,风化易形成HREE型风化壳,这很可能是今后重稀土资源的重要来源之一;(3)成矿花岗岩中稀土矿物的成因多样,有岩浆成因(如榍石、褐帘石、独居石、磷钇矿等)、流体交代成因(稀土氟碳酸盐类)和表生成因(水磷铈矿、水磷镧矿等),稀土元素的内生矿化很大程度上受流体交代作用影响;(4)发育完整的风化壳垂向剖面中稀土元素含量呈"弓背式"分布,即表土层和半风化层中含量低,全风化层中含量高,但受地形、地貌及地表水等因素的影响,稀土含量变化曲线呈多种形态。垂向上LREE和HREE可分层富集,即全风化层上部富集LREE,下部富集HREE,也可以同时富集在全风化层下部。华南大量成矿母岩和风化壳样品的化学风化蚀变指数(CIA)与稀土元素总量(∑REE)之间存在明显的相关性,当CIA<85%时,CIA与∑REE呈正相关,当85%<CIA<100%时,CIA与∑REE呈负相关;(5)表生过程中,母岩中易风化的稀土矿物不断释放出可交换性吸附态的稀土元素,酸性淋滤作用是稀土元素迁移的动力,黏土矿物是稀土元素赋存的载体,风化程度影响稀土元素的次生富集。

风化壳离子吸附型稀土矿圈矿方法评价

离子吸附型稀土矿是我国特有的珍贵资源。稀土总量(TREO)与稀土浸取量(SREO)是评价这类矿产资源规模与可利用价值的重要指标,但是四十多年来勘查评价方法一直以总量圈矿、以配分定性,与其采矿工艺和当前稀土价值不符。本文在矿区勘查实践的基础上,通过分析大量系统的样品测试结果,结合近五年稀土价格推算的浸取量和单元素圈矿指标,开展了稀土总量、稀土浸取量和稀土单元素三种圈矿方法对比研究。结果表明,同一对比区内,用稀土总量≥0.05%圈出的矿体与稀土浸取量≥0.03%圈出的矿体,后者的矿体面积、矿体厚度及资源储量要明显大于前者,存在一些地段或部位总量圈定不是矿而浸取量圈定是矿,一些地段或部位总量圈定是矿而浸取量圈定不是矿的现象。稀土单元素圈矿能够直观地反映稀土的主要组分及分布状况,有利于体现单一稀土矿床的经济价值,较稀土总量圈矿和稀土浸取量圈矿更加精细、更加合理,是值得深入研究的一种科学评价方法;但也可能出现因一些元素含量偏低而难以单独圈矿的现象,从而造成资源流失。本文提出,在勘查评价风化壳离子吸附型稀土矿床时,为保障资源的充分利用,在稀土单元素圈矿的基础上,还应注重综合评价。

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。

基于DEM的南岭东段离子吸附型稀土矿成矿地貌条件分析

稀土是我国重要的战略资源，而离子吸附型稀土矿是我国的特色矿产，占据着重要的地位。离子吸附型矿产的形成与否，与风化壳密切相关，而风化壳的发育及保存与微地貌等特征密切相关。本文旨在利用DEM技术，结合搜集到稀土矿点及矿区数据，对含有稀土的地貌单元进行地形因子定量分析，以总结风化壳离子吸附型稀土矿的成矿地貌条件。借助GIS技术，利用DEM提取高程、坡度、坡向、曲率、地形起伏度、地表切割深度、地形特征等各类地貌因子值，并与南岭东段的成矿矿点及矿区进行叠加分析，统计计算矿点及矿区所处位置的地貌因子值，进而探讨风化壳型稀土资源赋存的有利地形地貌环境。结果显示，最佳成矿有利地貌为高程150～500m、坡度0°～20°、地形起伏度100～400m、地表切割深度40～150m、地形特征为山顶或山脊；研究结果有望指导南岭东段离子吸附型稀土矿找矿勘查工作。

IKONOS遥感数据在离子吸附型稀土矿区环境污染调查中的应用研究——以赣南寻乌地区为例

稀土矿山的开采活动产生了一系列的环境问题。为解决我国南方离子吸附型稀土矿山环境监测的问题,本文选取赣南寻乌地区为研究区,针对目前离子吸附型稀土矿存在的两大环境问题——土地荒漠化及水体污染,采用IKONOS高分辨率遥感数据进行监测方法研究,运用光谱角分类算法提取了研究区土地荒漠化较为严重的区域,运用ISODATA非监督分类算法对稀土矿开采周边河流污染程度进行评估。通过提取结果分析及野外调研,表明高空间分辨率遥感数据处理与分析为离子吸附性稀土矿矿山环境快速、动态监测提供了良好的技术手段。

云南临沧花岗岩带回龙卡离子吸附型稀土矿床地质特征和控制因素

云南临沧回龙卡稀土矿床位于临沧花岗岩带南端,为新发现的大型离子吸附型稀土矿床。基于该矿区矿床地质特征、工程见矿特征和分析测试资料,结合典型钻孔剖析,探讨了回龙卡离子吸附型稀土矿床地质特征和控制因素。回龙卡稀土矿床属于轻稀土离子吸附型稀土矿床,表现出"普遍含矿,西贫东富"的显著特点,总体上可划分为工业矿体分布区、低品位矿体分布区和无矿区。中酸性岩体即黑云二长花岗岩为稀土成矿提供了物质来源;地形地貌控制着稀土元素的富集保存和垂向分布形态。高陡第一阶梯工业矿体找矿难度较大,其深部一般可形成低品位矿体;宽缓第二阶梯是最有利的找矿区域,可形成规模工业矿体;低洼第三阶梯一般难以形成矿体。湿热气候和充足降水为岩体经受持续的风化淋滤作用形成有利的全风化赋矿层提供了条件。

溶解态稀土元素在离子吸附型稀土矿区周边地表水中的分布特征及影响因素

选择赣南典型稀土矿区,即寻乌(以轻稀土为代表)、安远(以中稀土为代表)和龙南(以重稀土为代表)为研究区域,于生产期和停产期(停产后半年)分别采集了矿区上游、矿区淋滤废水、矿区山泉水、生活用井水、近矿支流、矿区下游等地表水共90件,分析了溶解态稀土元素在离子吸附型稀土矿区周边地表水中的含量、空间分布特征及影响因素。结果表明:稀土矿的开采对矿区周边地表水中DREE含量影响较大。此外,水粒作用、区域地质背景与风化作用、水化学因素都是影响离子吸附型稀土矿区周边水体DREE行为的主要因素。矿区周边地表水中稀土含量高是我国离子吸附型稀土矿山开采引发的特殊问题。