实验揭示碳酸岩中稀土元素富集成矿机理

2024.07.10 中国矿业报   

　　自然资源部深地科学与探测技术实验室发布最新学术成果

　　◎  本报记者 吴启华

　　记者从自然资源部深地科学与探测技术实验室于近日举行的学术成果发布会上获悉，实验室成员副研究员袁学银、研究员杨志明、中国科学院院士侯增谦和美国密苏里州立大学教授Robert Mayanovic通过高温高压实验揭示了碳酸岩中稀土元素的富集与成矿机理。研究成果近期发表在国际综合性学术期刊《科学进展》（《Science Advances》）上。

　　据介绍，稀土元素是元素周期表中镧系元素和钪、钇共17种元素的总称，是全球竞相争夺的重要战略资源。碳酸岩是一种特殊的富含碳酸盐矿物的岩浆岩，尽管数量稀少，却为全世界提供了超过一半的稀土资源。世界上著名的稀土矿床都属于碳酸岩型矿床。然而，由于碳酸岩浆在成分和性质上都非常独特，关于碳酸岩中稀土元素是如何富集并成矿的，长久以来一直是国内外矿床学领域的重要科学前沿和研究热点。

　　大量地质证据表明，在碳酸岩中稀土元素主要结晶为氟碳铈矿、黄碳锶钠石和独居石等矿物，并且矿体中普遍发育富含碱金属（钠和钾）、硫酸根、碳酸根和卤素离子（氟和氯）的熔流体包裹体。这些包裹体具有高温、高压和高盐度特征，是稀土迁移和富集的关键载体。但是熔流体中哪一种（或几种）组分才是控制稀土迁移和富集的关键因素，以及氟碳铈矿、黄碳锶钠石等稀土矿物又是在什么条件下从熔流体中结晶的，目前并不清楚。

　　为了解决上述关键问题，研究团队通过结合热液金刚石压腔和激光拉曼光谱实验技术，对不同稀土矿物在碳酸盐熔流体中的溶解和结晶过程开展深入研究。实验发现，当温度超过450摄氏度以后，稀土在富钠的碳酸盐熔流体中开始大量富集；当温度达到650摄氏度时，其富集程度与碳酸岩成矿流体中稀土的含量完全吻合，从而揭示了碳酸钠是碳酸岩中控制稀土迁移与富集的关键因素。

　　此外，研究人员还发现中低温热液（小于400摄氏度）不能大量迁移和富集稀土，但是会造成黄碳锶钠石等原生稀土矿物发生蚀变，并形成次生氟碳铈矿、碳锶铈矿等，从而改变稀土矿化结果并影响人们对稀土成矿条件的判断。

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