稀土元素（REE）是重要的战略资源，对我国工业、先进技术等发展具有重要的经济意义。REE产于各种类型的矿床中，而离子吸附型REE矿床凭借其元素齐全，开采简单和成矿潜力大的特点，在国际上越来越受到关注。在离子吸附型REE矿床中，母岩风化形成的风化壳控制着REE的分布，其中的黏土矿物是REE的主要载体。因此，查明风化壳中黏粒级REE的赋存状态有助于更好地理解离子吸附型稀土矿成矿。
针对风化壳中黏粒级REE的赋存状态研究，中国地质科学院地质研究所刘琰研究员团队选取位于云南临沧岔河REE矿床四个钻孔中不同风化程度的花岗岩风化壳样品，开展黏粒级成分提取、分步化学淋洗等实验，并取得以下重要研究进展：
云南临沧岔河REE矿床风化壳中黏土矿物有高岭石、埃洛石、伊利石和蛭石（图1），黏粒级REE主要以离子交换态（3.6%~63%）、无定型铁锰氧化物态（1.2%~61%）、结晶型铁锰氧化物态（6.9%~77%）和层状硅酸盐结合态（2.4%~83%）形式存在（图2）。
图1 岔河矿床四个钻孔风化壳黏土矿物组成
（Kaolinite and halloysite-高岭石和埃洛石；Illite-伊利石；Vermiculite-蛭石；illite-vermiculite mixed layer-伊利石—蛭石混层）
图2 钻孔剖面中黏粒级REE四种主要相态分布图
（REEion-离子交换态；REEFeox1-无定型铁锰氧化物态；REEFeox2-结晶型铁锰氧化物态；REESi-层状硅酸盐结合态）
与前人对风化壳样品直接进行分步化学淋洗所得结果不同，除离子交换态REE外，无定型和结晶型铁锰氧化物态REE也是重要的稀土相态，这在离子吸附型REE矿床中可能是一种潜在的稀土资源。
无定型和结晶型铁锰氧化物态REE分馏受控于氧化还原环境，鉴于无定型和结晶型铁锰氧化物态REE主要以LREE为主（LREE/HREE分别为5.82~390和1.67~82.0，平均为67.7和16.1），因此，主要讨论铁锰氧化物中LREE分馏。Ce主要赋存在无定型和结晶型铁锰氧化物上，且在黏粒中结晶型铁锰氧化物相较于无定型铁锰氧化物增多的氧化环境下，Ce与其他LREE（LREE-Ce）发生分馏，导致Ce在结晶型铁锰氧化物中发生持续富集（图3）。离子交换态REE主要赋存在伊利石和蛭石中，并在风化壳剖面深部较高离子强度环境下（图4），离子交换态REE会部分转变为层状硅酸盐结合态REE吸附在黏土矿物上，这个过程则不受氧化还原环境的影响。
图3 无定型和结晶型铁锰氧化物与REE含量变化图
图5 深海富稀土沉积物中黏粒级REE赋存相态
（据Liu et al., 2023）
（Carbonate-碳酸盐结合态；Amorphous Fe-Mn phase-无定型铁锰相；Crystalline iron phase-结晶型铁相；Phyllosilicate phase-层状硅酸盐相；Residual phase-残余相）
本研究探讨了离子吸附型REE矿床中黏粒级REE的赋存形式和分馏，对理解离子吸附型稀土矿成矿过程具有重要的意义。此外，本次研究结果与深海富稀土沉积物中REE相比（Liu et al., 2023），深海富稀土沉积物中黏粒级REE主要以碳酸盐结合态（5%~35%）和无定型铁锰氧化物态（60%~75%）形式存在（图5），黏土矿物贡献的REE非常少。而在陆地花岗岩风化壳中，黏土矿物（离子交换态和层状硅酸盐结合态）和铁锰氧化物（无定型和结晶型铁锰氧化物态）则均对REE有较大的贡献。
该研究由第二次青藏高原科考国家自然科学委重大研究计划重点基金（项目编号：2021QZKK0304和92162216）等基金联合资助。成果发表在国际黏土类权威期刊《Applied Clay Science》上：Xiao, S., Liu, Y., & Zhao, W. (2024). Redox constraints on clay-sized rare earth element fractionation in weathered granite crust in the Chahe deposit, China. Applied Clay Science, 254, 107365.
原文链接：https://doi.org/ 10.1016/j.clay.2024.107365
深海富稀土沉积物参考文献：Liu, Y., Jing, Y., & Zhao, W. (2023). Distribution of rare earth elements and implication for Ce anomalies in the clay-sized minerals of deep-sea sediment, Western Pacific Ocean. Applied Clay Science, 235. doi:10.1016/j.clay.2023.106876.
编辑 | 魏雅洁
主编：赵太平
顾问：赵振华
主编助理：赵瑞幅
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