浅析风化壳淋积型稀土矿外生成矿过程中的影响因素

浅析风化壳淋积型稀土矿外生成矿过程中的影响因素
魏杰;叶素攀;沙小保
【摘要】风化壳淋积型稀土矿受内生成岩作用和外生成矿作用控制,内生成岩过程中,稀土元素在原岩中的初步富集奠定了成矿基础,大体上决定了矿床的稀土配分类型;外生成矿过程中稀土元素从原岩中释放,以离子形式在粘土矿物表面吸附成矿.外生成矿过程中稀土元素的迁移富集受多种因素影响,文章主要浅析外生成矿过程中氧化还原条件、pH值、气候条件和微生物及有机物对外生成矿作用的影响.
【期刊名称】《世界有色金属》
【年(卷),期】2017(000)018
【总页数】2页(P125,127)
【关键词】风化壳淋积型稀土矿;外生成矿过程;氧化还原;pH值;气候条件;微生物与有机物
【作者】魏杰;叶素攀;沙小保
【作者单位】成都理工大学地球科学学院,四川成都610059;成都理工大学地球科学学院,四川成都610059;成都理工大学地球科学学院,四川成都610059
【正文语种】中文
【中图分类】O614.3
风化壳淋积型稀土矿具有埋藏浅，配分全，易开采，经济效益大的特点，是当前主要的中重稀土来源[1]。

此类矿床经历了早期内生成岩阶段和后期风化富集成矿阶段，早期阶段稀土在内生成岩过程中初步富集，具高稀土背景值的原岩利于后期矿
床的形成；后期阶段外生环境下稀土在风化壳中再次迁移、富集成矿。

以往观点认为风化过程中REE基本上是不活动的，直到20世纪60年代以Nesbitt和Duddy等的研究为标志及后期的研究证实风化过程中稀土是活动的，在风化剖面中常出现稀土分异现象，风化壳相对于成矿原岩出现铈亏效应、富铕效应、分馏效应、钆断效应[1]。

在风化过程中，一般重稀土较轻稀土更易在溶液中形成重碳酸盐和有机络合物而优先被溶解迁移，而轻稀土则被粘土吸附，使轻、重稀土分异，在风化壳顶部相对富集轻稀土，随着深度加深重稀土逐渐富集。

但当原岩中含较多抗风化能力强的含重稀土矿物时，风化壳顶部富集重稀土。

外生成矿过程中，稀土的活动性及分异，主要受氧化还原条件、pH值、有机物与微生物等的影响。

在风化淋漓过程中，风化壳中稀土配分大体上继承原岩，但氧化还原条件铈和铕会发生一定程度上的分异。

铈具三价和四价两种价态，三价离子可在水溶液中稳定存在随水溶液迁移，氧化条件下三价离子会快速氧化为四价，以方铈石的形式沉淀在残坡积层或腐殖层中，使铈在残坡积层中富集[1]。

铕具二价和三价两种价态，在原岩中以二价形式赋存于长石中，风化过程中长石风化释放出铕，引起铕异常。

风化壳表面Eu2+氧化为Eu3+，随含稀土溶液向下迁移，当到达全风化层、半风化层时环境由氧化转变为还原，Eu3+被还原为Eu2+，使铕在全风化层或半风化层的含量相对大于风化壳表层和基岩中的含量。

但在风化过程中铕的分异比较微弱，铕的分布特征主要继承母岩。

目前，关于在风化过程中铕异常的情况及其影响因素研究较少，还有待今后的研究。

气候因素对风化稀土的形成具有重要的影响，温暖潮湿的气候有利于含稀土原岩的裂解、淋漓和风化，为稀土元素的溶解、迁移提供有利的物理、化学、生物和水动力条件。

而干旱、寒冷的气候，化学风化作用微弱，稀土的分布模式更接近基岩。

另外，热带气候下，年降雨量大、平均气温高、化学风化作用彻底，风化壳为铁-铝质红土型，稀土被强烈淋滤，反而不利于矿床的形成；而暖湿的亚热带气候条件
下，发育硅-铝高岭土型风化壳，利于稀土的淋滤、富集及矿床的保存。

另外，温
暖潮湿的气候环境中（微）生物发育情况好，利于有机物的形成，而有机物与风化壳型稀土矿的形成具有密切的关系。

一般富稀土的风化壳有机物含量相对较高，在风化剖面上，从上到下有机物和微生物的种类和数量减少，与稀土的分异存在着一定的联系。

微生物代谢的氨基酸、短链酸、中长链酸和小分子量有机物会与稀土离子形成水溶性配合物，加快稀土离子从原岩中的迁移和富集，为稀土的迁移、富集提供条件；另外，有机物中富里酸类与稀土离子可形成复杂的稀土有机水溶性配合离子及不溶性多元混配配合物。

在风化壳表面大量的富里酸会与铈结合，消耗大量的富里酸，可能是风化壳表面富铈的一个原因。

另外，微生物和有机物对风化壳的pH值具有维持作用，利于稀土元素的淋积过程。

研究发现风化壳剖面自上至下pH值逐渐增大，与稀土在风化壳中的分异存在着较大的联系。

在高岭土对稀土的吸附实验中，发现在pH值较小时稀土的吸附率偏小，在5.5左右时稀土的吸附率快速增加，并随着pH值的变大吸附率相应的增加。

在稀土吸附模拟实验中发现，一定酸度的溶液中，稀土与粘土表面铝基团相连的羟基会发生质子化，且随着酸度变大增强，导致粘土矿物吸附其它阳离子的吸附位减少，从而降低对稀土的吸附量，反之粘土吸附稀土量增大。

在华南地区风化壳对稀土元素的吸附实验中发现，大多数稀土元素的吸附率随pH的增高而上升，在pH为5.4～6.8时吸附率增长幅度最大，而铈与铕相对较特殊，在pH为3～5.4时，吸
附率不随pH增高而上升，甚至出现下降趋势。

另外，试验还发现，在pH为
3.47～
4.18时，铈族稀土的吸附率高于钇族稀土；而当pH为
5.44～
6.80时，钇族稀土的吸附率高于铈族稀土。

以我国广西姑婆山iREE为例，风化壳垂向上pH
值从上至下逐步升高，稀土含量呈“抛物线”式分布，风化壳上部相对富集轻稀土下部富集重稀土；贵州碳酸盐岩红色风化壳，母岩稀土含量虽不高，但在岩土接触
面上，pH值从酸性转化为碱性，稀土出现超常富集的现象。

另外，在贵州和老挝boloven高原的玄武岩风化壳中，也存在着同样的现象，随pH值的增大出现稀
土的富集现象。

风化壳淋积型稀土矿外生风化成矿过程主要是稀土元素在风化壳中的再迁移、富集，主要受氧化还原条件、气候条件、微生物与有机物及pH值的相互制约影响。

风化壳淋积型稀土矿外生成矿过程是一个多因素综合影响的过程，氧化条件主要影响变价稀土元素铈和铕，使铈和铕在风化壳发生一定的分异，目前关于铈在风化壳中的分异已有大量研究资料，而关于铕的在风化壳中活动还有待后期的研究；气候条件控制风化强度及矿床的形成和保存；微生物与有机物影响稀土离子在风化壳中迁移富集及风化壳pH值；pH值控制粘土矿物对稀土的吸附和淋漓。

【相关文献】
[1]池汝安,田君,罗仙平,等.风化壳淋积型稀土矿的基础研究[J].有色金属科学与工程,2012(04):1-13.
[2]马英军,霍润科,徐志方,等.化学风化作用中的稀土元素行为及其影响因素[J].地球科学进
展,2004,19(1):87-94.。