稀土元素地球化学
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第五章 稀土元素地球化学
第五章 稀土元素地球化学 Rare earth element geochemistry
第一节 概述 第二节 稀土元素的丰度 第三节 稀土元素的地球化学行为 第四节 稀土元素在地质中的应用
第五章 稀土元素地球化学
第一节 概述
稀土元素是稀有元素的一部分，“稀有元素”这一名 称是历史原因造成的，并不十分科学。大约在19世纪 中叶起，人们将某些发现较晚且应用有限的元素称之 为“稀有元素”以后就一直沿用下来。
一般认为，稀土元素包括Ln+Y共16个元素。
第五章 稀土元素地球化学
原子 序数 39 57
元素 符号
Y La
58 Ce
59 Pr 60 Nd 61 Pm 62 Sm
63 Eu
64 Gd 65 Tb 66 Dy 67 Ho 68 Er 69 Tm 70 Yb 71 Lu
元素 名称 钇 镧
铈
镨 钕 钷 钐
稀土元素的分类
LREE：La → Eu HREE：Gd→Lu，Y
C和 e Y
LREE：La → Sm MREE：Eu →Dy HREE：Ho→Lu，Y
第五章 稀土元素地球化学
表征REE组成的参数
（1）稀土元素总量ΣREE；
（2）轻重稀土元素比值
ΣCe/ΣY；ΣLREE/ΣHREE；
（3）（La/Yb）N、(La/Lu)N、(Ce/Yb)N （4）Eu/Eu*(δEu)和Ce/Ce*（δCe）：
δEu=EuN/[(SmN+GdN)/2] δCe=CeN/[(LaN+PrN)/2]
δEu>1为正异常
δEu<1为负异常 δEu=1为无异常
第五章 稀土元素地球化学
100
CeN
Ce*
10
CeCNe 2CNe
C*e LaNPN r
E u *EuE EuN u* Sm 2NEG uN N d
（8个亲石元素）
•Li—氢弹材料、宇航固体燃料添加剂
•稀土•元Be素—：航镧天系工元业素；+NYb、Ta—钢铁工业
•分散元素：In、Ga、Ge、Cd、Se、Te、Tl、Re、 Sc •放射性（元主素要：是U亲、硫T元h、素P）o、InA2tO、3— Rn液、晶Fr显与示锕器系等元 素。
第五章 稀土元素地球化学
岩石 /球粒 陨石
2
1 La Ce Pr Nd
EuN
Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
第五章 稀土元素地球化学
稀土元素的主要性质
（1）57—71号“镧系元素”属电子充填在第 三层“4f型元素”,易失去6s25d1或6s24f1三 个电子，呈三价，这十五个元素在自然界密切 共生，成组成串进入矿物晶格。Y是第5周期过 渡元素的起点，次外层d型充填，外电子排布 为5s24d1 ，呈三价阳离子。
铕
钆 铽 镝 钬 铒 铥 镱 镥
第五章 稀土元素地球化学
拼音
REE3+离 子半径
外层电子
英文名称
yǐ 0.893 Å 4d1 5s2
Yttrium
lán 1.06 Å
5d1 6s2
Lan than um
shì 1.03 Å 4f2 6s2
Cerium
pǔ 1.01 Å 4f3 6s2 Praseodymium
Lutec tium
化合价
3+ 3+ 3 +， 4+ 3+ 3+ 3+ 3+ 3 +， 2+ 3+ 3+ 3+ 3+ 3+ 3+ 3+ 3+
天然 同位素
1 2
4
1 7 0 7
2
7 1 7 1 6 1 7 2
第五章 稀土元素地球化学
La 镧 兰 Ce 铈 市 Pr 镨 普 Nd 钕 女 Pm 钷 迫 Sm 钐 三 Eu 铕 友 Gd 钆 轧 Tb 铽 特 Dy 镝 敌 Ho 钬 伙 Er 铒 尔 Tm 铥 丢 Yb 镱 肄 Lu 镥 路
nǜ 1.00 Å 4f4 6s2
Neodymium
pǒ 0.98 Å 4f5 6s2 Proymethium
shān 0.96 Å 4f6 6s2
Samarium
yǒu 0.95 Å 4f7 6s2
Europium
gá 0.94 Å 4f7 5d1 6s2
ium
tè
0.92 Å 4f9 6s2
Terbium
dī 0.91 Å 4f10 6s2 Dysprosium
huǒ 0.89 Å 4f11 6s2
Holm ium
ěr
0.88 Å 4f12 6s2
Erbium
diǔ 0.87 Å 4f13 6s2
Thulium
yì
0.86 Å 4f14 6s2
Ytterbium
lǔ
0.85 Å 4f14 5d1 6s2
第五章 稀土元素地球化学
（2）二个变价元素及其形成条件：Eu4f7最稳定，它 仅失去6s层上两个电子，呈Eu2+（Eu3+），
Eu3++e还原为Eu2+，Eh0 = - 0.43伏特。 由于Eu2+与Ca2+晶体化学性质相似，往往可以 使Eu2+脱离REE3+整体，而单独活动，这样在岩浆早 期富Ca2+的环境中，斜长石一般含较高的Eu2+，形 成斜长石的“正铕异常”。 Ce正好相反，具有最不稳定的4f2电子充填， 除f2上二个电子，还有6s2二个电子都可丢失，故呈 Ce4+（Ce3+）， 在强氧化条件下，Ce3+氧化为Ce4+， Ce4+与 REE3+整体脱离，形成所谓的“负铈异常”。
中国是稀土大国，我国的稀土矿尤为丰富 。
我国内蒙白云鄂博稀土矿
第五章 稀土元素地球化学
稀土元素氧化物是一种含量稀少的不溶氧化 物，于是便得名rare earth element（REE）。 此外，TR=terres rares 在拉丁文里也代表稀土 元素。
第五章 稀土元素地球化学
1968年国际纯化学和应用化学学会建议“稀土元 素”代表周期表上的ⅢB族元素即Sc、Y、Ln（镧系 元素）、锕系元素。但这一用法没有为地球化学文 献所采纳。
❖稀土元素名称的由来
以往由于分析技术水平低，误认为它们在地壳 中很稀少，另外它们一般发现于富集的风化壳上， 呈土状，故名稀土。实际上稀土并不稀，REE的 地壳丰度为0.017%，Ce、La、Nd的丰度比W、 Sn、Mo、Pb、Co还高。中国是稀土大国，我 国的稀土矿尤为丰富（赣南、白云鄂博）。
第五章 稀土元素地球化学
稀有元素：是一类克拉克值低或极低且不易富集成矿、 而为现代工业、国防与尖端技术所必需的金属或非金 属元素。
各国对稀有元素分类的标准稍有不同，有些国家将W、 Sn、Mo、Bi列为稀有元素，有的国家将Ti、B、Sr、 Ba等也列为稀有元素。
第五章 稀土元素地球化学
❖稀有元素类型的划分
•主体稀有元素：Li、Rb、Cs、Be、Nb、Ta、Zr、 Hf
第五章 稀土元素地球化学 Rare earth element geochemistry
第一节 概述 第二节 稀土元素的丰度 第三节 稀土元素的地球化学行为 第四节 稀土元素在地质中的应用
第五章 稀土元素地球化学
第一节 概述
稀土元素是稀有元素的一部分，“稀有元素”这一名 称是历史原因造成的，并不十分科学。大约在19世纪 中叶起，人们将某些发现较晚且应用有限的元素称之 为“稀有元素”以后就一直沿用下来。
一般认为，稀土元素包括Ln+Y共16个元素。
第五章 稀土元素地球化学
原子 序数 39 57
元素 符号
Y La
58 Ce
59 Pr 60 Nd 61 Pm 62 Sm
63 Eu
64 Gd 65 Tb 66 Dy 67 Ho 68 Er 69 Tm 70 Yb 71 Lu
元素 名称 钇 镧
铈
镨 钕 钷 钐
稀土元素的分类
LREE：La → Eu HREE：Gd→Lu，Y
C和 e Y
LREE：La → Sm MREE：Eu →Dy HREE：Ho→Lu，Y
第五章 稀土元素地球化学
表征REE组成的参数
（1）稀土元素总量ΣREE；
（2）轻重稀土元素比值
ΣCe/ΣY；ΣLREE/ΣHREE；
（3）（La/Yb）N、(La/Lu)N、(Ce/Yb)N （4）Eu/Eu*(δEu)和Ce/Ce*（δCe）：
δEu=EuN/[(SmN+GdN)/2] δCe=CeN/[(LaN+PrN)/2]
δEu>1为正异常
δEu<1为负异常 δEu=1为无异常
第五章 稀土元素地球化学
100
CeN
Ce*
10
CeCNe 2CNe
C*e LaNPN r
E u *EuE EuN u* Sm 2NEG uN N d
（8个亲石元素）
•Li—氢弹材料、宇航固体燃料添加剂
•稀土•元Be素—：航镧天系工元业素；+NYb、Ta—钢铁工业
•分散元素：In、Ga、Ge、Cd、Se、Te、Tl、Re、 Sc •放射性（元主素要：是U亲、硫T元h、素P）o、InA2tO、3— Rn液、晶Fr显与示锕器系等元 素。
第五章 稀土元素地球化学
岩石 /球粒 陨石
2
1 La Ce Pr Nd
EuN
Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
第五章 稀土元素地球化学
稀土元素的主要性质
（1）57—71号“镧系元素”属电子充填在第 三层“4f型元素”,易失去6s25d1或6s24f1三 个电子，呈三价，这十五个元素在自然界密切 共生，成组成串进入矿物晶格。Y是第5周期过 渡元素的起点，次外层d型充填，外电子排布 为5s24d1 ，呈三价阳离子。
铕
钆 铽 镝 钬 铒 铥 镱 镥
第五章 稀土元素地球化学
拼音
REE3+离 子半径
外层电子
英文名称
yǐ 0.893 Å 4d1 5s2
Yttrium
lán 1.06 Å
5d1 6s2
Lan than um
shì 1.03 Å 4f2 6s2
Cerium
pǔ 1.01 Å 4f3 6s2 Praseodymium
Lutec tium
化合价
3+ 3+ 3 +， 4+ 3+ 3+ 3+ 3+ 3 +， 2+ 3+ 3+ 3+ 3+ 3+ 3+ 3+ 3+
天然 同位素
1 2
4
1 7 0 7
2
7 1 7 1 6 1 7 2
第五章 稀土元素地球化学
La 镧 兰 Ce 铈 市 Pr 镨 普 Nd 钕 女 Pm 钷 迫 Sm 钐 三 Eu 铕 友 Gd 钆 轧 Tb 铽 特 Dy 镝 敌 Ho 钬 伙 Er 铒 尔 Tm 铥 丢 Yb 镱 肄 Lu 镥 路
nǜ 1.00 Å 4f4 6s2
Neodymium
pǒ 0.98 Å 4f5 6s2 Proymethium
shān 0.96 Å 4f6 6s2
Samarium
yǒu 0.95 Å 4f7 6s2
Europium
gá 0.94 Å 4f7 5d1 6s2
ium
tè
0.92 Å 4f9 6s2
Terbium
dī 0.91 Å 4f10 6s2 Dysprosium
huǒ 0.89 Å 4f11 6s2
Holm ium
ěr
0.88 Å 4f12 6s2
Erbium
diǔ 0.87 Å 4f13 6s2
Thulium
yì
0.86 Å 4f14 6s2
Ytterbium
lǔ
0.85 Å 4f14 5d1 6s2
第五章 稀土元素地球化学
（2）二个变价元素及其形成条件：Eu4f7最稳定，它 仅失去6s层上两个电子，呈Eu2+（Eu3+），
Eu3++e还原为Eu2+，Eh0 = - 0.43伏特。 由于Eu2+与Ca2+晶体化学性质相似，往往可以 使Eu2+脱离REE3+整体，而单独活动，这样在岩浆早 期富Ca2+的环境中，斜长石一般含较高的Eu2+，形 成斜长石的“正铕异常”。 Ce正好相反，具有最不稳定的4f2电子充填， 除f2上二个电子，还有6s2二个电子都可丢失，故呈 Ce4+（Ce3+）， 在强氧化条件下，Ce3+氧化为Ce4+， Ce4+与 REE3+整体脱离，形成所谓的“负铈异常”。
中国是稀土大国，我国的稀土矿尤为丰富 。
我国内蒙白云鄂博稀土矿
第五章 稀土元素地球化学
稀土元素氧化物是一种含量稀少的不溶氧化 物，于是便得名rare earth element（REE）。 此外，TR=terres rares 在拉丁文里也代表稀土 元素。
第五章 稀土元素地球化学
1968年国际纯化学和应用化学学会建议“稀土元 素”代表周期表上的ⅢB族元素即Sc、Y、Ln（镧系 元素）、锕系元素。但这一用法没有为地球化学文 献所采纳。
❖稀土元素名称的由来
以往由于分析技术水平低，误认为它们在地壳 中很稀少，另外它们一般发现于富集的风化壳上， 呈土状，故名稀土。实际上稀土并不稀，REE的 地壳丰度为0.017%，Ce、La、Nd的丰度比W、 Sn、Mo、Pb、Co还高。中国是稀土大国，我 国的稀土矿尤为丰富（赣南、白云鄂博）。
第五章 稀土元素地球化学
稀有元素：是一类克拉克值低或极低且不易富集成矿、 而为现代工业、国防与尖端技术所必需的金属或非金 属元素。
各国对稀有元素分类的标准稍有不同，有些国家将W、 Sn、Mo、Bi列为稀有元素，有的国家将Ti、B、Sr、 Ba等也列为稀有元素。
第五章 稀土元素地球化学
❖稀有元素类型的划分
•主体稀有元素：Li、Rb、Cs、Be、Nb、Ta、Zr、 Hf