铈异常（Ce^0）和轻稀土分异（La／Nd）的双对数图解的旋转变换

本文在分析现行的铈异常定义及其表示方法优缺点的基础上，提出用铈值（Ｃｅ０）来表示单个岩石（或水体）中铈的异常特征，用Ｌａ／Ｎｄ比值来表示其轻稀土分异特征。根据Ｃｅ０和Ｌａ／Ｎｄ比值分别等于Ｃｅ／Ｎｄ和Ｌａ／Ｃｅ的商和积，提出Ｃｅ０－Ｌａ／Ｎｄ和Ｃｅ／Ｎｄ－Ｌａ／Ｃｅ两种双对数图之间，存在一种简单直观和定量的４５°角旋转变换关系，为解释岩石（或水体）中铈异常、轻稀土分异的成因和演化定量规律提供了一种严谨而又方便的途径。

土壤-超积累植物体系中稀土元素的空间富集-分异特征与富集机理

离子吸附型稀土矿是我国南方特色的优质稀土资源,但由于落后的采矿方式和无节制的开采,大量稀土元素(稀土元素+Y,简称稀土元素)被带入环境中,导致稀土矿区周边出现许多环境污染和植被退化问题。乌毛蕨是一种对稀土元素具有较强耐受性和超强富集能力的蕨类超积累植物,能被用于稀土污染土壤或尾矿的生态修复。本研究以离子吸附型矿区表生土壤上生长的稀土超积累植物乌毛蕨及其根际土为研究对象,通过化学消解和ICP-MS方法测定根际土、根表、根部、叶柄、叶片中稀土元素的含量,分析土壤–植物体系中稀土元素的空间分布、富集与分异特征;采用顺序提取法测定土壤中不同化学形态的稀土元素含量,同时利用微区X射线荧光光谱(μ-XRF)与扫描电镜能谱分析技术(SEM-EDS),阐明乌毛蕨对稀土元素的吸收与富集机理。化学测试结果表明,乌毛蕨对稀土元素有较强的富集和地上转运能力,富集系数(BF)和转移系数(TF)分别为2.61和2.85;植物器官富集能力顺序为:叶片(1750μg/g)>根部(512μg/g)>叶柄(56.5μg/g);植株整体稀土元素配分模式具有与根际土相似的富轻土元素和Ce负异常特征,不同的是,植株整体Eu无异常(根际土δEu=0.51);根际土壤中富集离子交换态的轻稀土离子(34%~64%,(La/Yb)N=2.36),与根系表面呈轻微富轻稀土元素((La/Yb)N=1.29)的现象暗示根际大部分轻稀土元素能以离子形式被根系吸收,重稀土元素与有机配体络合而被吸附在根系表面;稀土元素在向上迁移过程中,(La/Yb)N值下降(叶柄=27.63,叶片=17.17),揭示木质部伤流液的重稀土元素可能比轻稀土元素更容易向上迁移;μ-XRF与SEM-EDS结果显示,乌毛蕨地上部的超富集器官(叶片)将稀土元素主要储存在叶缘的表皮层细胞,且能将大部分非生理需要的稀土元素有效区室化。上述认识揭示了在离子吸附型稀土矿区表生环境中,稀土元素从土壤向植物体内迁移并在地上部富集与分异的过程、规律和主要原因,为今后利用稀土超积累植物实现植物采矿或稀土尾矿生态修复提供科学认知基础。

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。

碳酸岩岩浆演化过程中REE富集与分异的研究进展及碳酸岩中的矿物学分带

稀土元素(REE)作为“三稀资源”之一,是中国重要的战略性矿产资源,碳酸岩型稀土矿床是世界稀土的主要来源。成矿碳酸岩的岩浆演化以及稀土元素的富集和分异机理一直是碳酸岩型稀土矿床研究的热点和难点,国内外学者对碳酸岩的岩浆起源、岩浆演化过程中稀土元素富集与分异的机理进行了大量的研究与探讨,但仍存在较多的争议,限制了碳酸岩型稀土元素成矿理论的发展及国内外碳酸岩型稀土矿床的找矿勘查工作。文章重点对稀土成矿碳酸岩的起源、岩浆演化过程及在此过程中REE的富集与分异行为进行了详细的文献调研和评述,同时,基于笔者在冕宁牦牛坪稀土矿床前期的研究工作和最新发现,认为碳酸岩中普遍存在矿物学分带,它是岩浆演化过程的最佳记录,是不同成分矿物结晶分异作用的体现。对牦牛坪稀土矿床碳酸岩的矿物学分带特征及其中的熔体、熔流体和流体包裹体进行了初步描述与探讨,以期为研究碳酸岩的岩浆演化、岩浆-流体转化过程及稀土元素的富集与分异机理提供新的思路,促使对稀土碳酸岩矿物学分带及其对REE富集与分异的研究引起更多的关注和重视。

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。

贵州织金寒武纪磷块岩中磷灰石和白云石稀土元素的LA-ICP-MS分析:对沉积环境和成岩过程的指示意义

贵州织金富稀土磷矿是典型的早寒武世肖滩阶海相沉积磷块岩矿床,主要由碳氟磷灰石和白云石组成,其中丰富的小壳动物化石、普遍发育的生物碎屑结构和潮汐层理等特征综合反映了充氧、动荡的潮汐环境,为探讨成磷环境下磷灰石和白云石在沉积成岩过程中稀土元素的地球化学行为提供了理想的制约。通过激光剥蚀-电感耦合等离子体-质谱(LA-ICP-MS)对织金磷块岩钻孔样品中胶状磷灰石、磷酸盐化小壳动物化石和成岩期白云石的稀土及相关主微量元素进行原位分析,根据主微量元素特征分析研究对象中的污染来源,进而提出在成磷环境下使用白云石和磷酸盐矿物稀土元素反映同期海水化学特征的数据筛选指标,最后通过筛选样品的稀土元素特征值讨论当时海水化学特征。结果表明:三种研究对象均具有显著的Ce的负异常(δCe为0.29~0.40)和La正异常(δLa为1.85~2.00)及较高的Y/Ho比值(47.25~56.91),表现出与现代海洋环境相似的氧化特征。磷酸盐矿物表现为一定程度的MREE富集和HREE“右倾”模式,可能与当时浮游生物繁盛并在深部水体中的降解有关,代表了深部富磷洋流的特征;成岩期白云石稀土模式与现代浅海海水相似但HREE为“左倾”模式,代表了同期浅海海水的特征,但白云石与磷酸盐矿物的HREE耦合特征反映了胶磷矿沉积成矿过程中对浅海海水HREE的选择性富集;肖滩阶的浅海海水与深部洋流都具有现代海洋的氧化特征,可能是促使当时小壳动物繁盛的重要因素。

凡口铅锌矿床方解石稀土元素特征分析

广东凡口铅锌矿发展至今,其矿床成因一直是人们争论的焦点,本文结合前人的研究成果,对矿区内的脉石矿物方解石做了较为系统的取样,对其进行了稀土元素分析测试,以此对矿床的成矿流体进行分析,并进一步探讨凡口铅锌矿床的成矿流体问题。