磷酸盐相富集稀土元素的类质同像机理研究

【作者】 邱忠荣； 马维林； 裴军令； 陶春辉；

【机构】 东华理工大学,核资源与环境国家重点实验室； 自然资源部第二海洋研究所,自然资源部海底科学重点实验室； 浙江大学海洋学院；

【摘要】 广泛分布于太平洋的深海沉积物含有高品位的稀土元素（REY）,可能成为未来稀土资源的重要来源。在深海沉积物中,生物磷酸盐（鱼骨）和铁锰氧化物被认为是稀土元素的重要载体。生物磷酸盐占全岩沉积物中REY总含量的60%以上,是沉积物中REY的主导性载体。然而,生物磷酸盐中REY富集、Ce异常变化和富集REY的类质同像机制等问题仍未得到很好的解释。在本文中,我们对采自太平洋的含鱼牙结核进行了详细的原位地球化学分析。结果表明,鱼牙齿的主要成分为Ca、P、F和Na,占总成分的95%以上。一方面,Ca、P和F的浓度表现出很强的正相关性——其含量从牙本质外壳的内部向外部逐渐增加;另一方面,Na的浓度显示出不同的趋势,即在鱼牙的中心部位浓度最高。尽管理论上几乎没有海水作为运输介质,REY还是从铁锰氧化物相迁移到了磷酸盐相中,其含量从牙本质的内层向外层逐渐减少。在漫长地质历史时期中,部分间隙水中的Ce³⁺会在氧化条件下被氧化成难溶的Ce⁴⁺,使得与其它REY³⁺相比,其进入到牙本质外层的含量更少,导致在牙本质内层观察到的负Ce异常比外层更强的现象。原位地球化学分析表明,鱼牙的牙本质内层几乎不含Si含量,因此Si在REY类质同像替代中可以忽略不计。不同的是,Na明显有从铁锰相向磷酸盐相渗透的迹象,表明Na参与了磷酸盐相富集REY³⁺的类质同像反应。因此,我们提出鱼牙齿富集REY主要类质同像方式为:REY³⁺+Na⁺?2Ca²⁺。我们的研究不仅明确了REY从铁锰相向磷酸盐相迁移过程中的分馏效应,同时也加深对REY在深海沉积物中富集机理的理解。更多还原