中国科学院广州地球化学研究所矿物表面物理化学学科组在国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目的资助下，研究揭示了铁（氢）氧化物-黏土矿物复合体对离子吸附型稀土元素富集-分异的制约机制。近日，相关成果发表于《美国矿物学家》（American Mineralogist）。

华南离子吸附型稀土矿床是全球最重要的中重稀土资源基地。揭示稀土元素的富集-分异机制，对该类稀土矿床的找矿勘探和高效开采具有重要意义。已有研究发现，在离子吸附型稀土矿床中，黏土矿物是稀土元素的主要载体矿物，但黏土矿物主要以静电引力吸附稀土元素，不会导致其分异。事实上，华南红壤中存在大量的铁（氢）氧化物微-纳米颗粒，并与黏土矿物形成复合体。目前，关于二类矿物对稀土元素富集-分异作用的贡献等研究尚未见报道。

为此，研究人员对广东仁居离子吸附型稀土矿床开展系统研究，发现风化壳中的黏土矿物以伊利石、高岭石和埃洛石为主，铁（氢）氧化物主要为水铁矿、针铁矿和赤铁矿，二类矿物形成了复合体。从半风化层到表土层，复合体的物相组成从长石/伊利石-水铁矿/针铁矿向高岭石/埃洛石-针铁矿/赤铁矿转变，最终在表土层形成高岭石-赤铁矿复合体。

在复合体中，稀土元素主要以离子交换态和铁（氢）氧化物结合态存在。其中，离子交换态稀土元素占较大比例，但没有表现显著分异，而铁（氢）氧化物结合态则明显富集中重稀土，同时晶态铁（氢）氧化物结合态的中重稀土富集程度更高。

模拟实验进一步发现，黏土矿物与铁（氢）氧化物分别通过静电引力和络合作用吸附稀土元素。轻稀土（如钕）主要分布于黏土矿物表面，随硫酸铵浸取大量溶出。而重稀土（如镱）主要分布在铁（氢）氧化物表面，具有较高的稳定性，不易被硫酸铵浸出。

该研究结果揭示了黏土矿物和铁（氢）氧化物对离子吸附型矿床中稀土元素富集-分异的控制机制，有助于理解和掌握离子吸附型稀土矿床的形成机制。

相关论文信息：https://doi.org/10.2138/am-2023-9217