硫酸鹽對熱液體系中稀土元素遷移富集的機制
文章來源：張海燕、萬野 | 發布時間：2021-08-18 | 【打印】 【關閉】
近日，深海極端環境模擬研究實驗室周義明研究員與博士后萬野在《Earth and Planetary Science Letters》上發表了題為“Role of sulfate in the transport and enrichment of REE in hydrothermal systems”的文章。該研究揭示了硫酸鹽對熱液中稀土元素遷移與富集的新機制。
研究表明，含稀土硫酸鹽熱液在高溫條件下可分離為不混溶的兩種液相，一為高度富集REE和硫酸鹽的高密度液相(L1)，一為貧REE和硫酸鹽的低密度液相(L2) (圖1)。這種現象傾向于在富CO2、低壓和低氯化物含量的熱液中發生。由于不混溶的兩個液相具有明顯的密度差異且貧REE液相作為基質具有較低的粘度，富REE液相將在重力作用下與貧REE液相高效分離，從而實現熱液體系中REE的高效富集，為高品位稀土礦床的形成提供物質基礎。
圖1. 熱液條件下含稀土硫酸鹽流體的相行為特征
應用原位拉曼光譜分析技術對高溫高壓條件下流體的組成和結構進行了在線分析。結果表明，除了前人報道的REESO4+和REE(SO4)2–外 (C3, C1)，REE3+與SO42-可形成更為復雜的絡合物(REEm(SO4)n3m-2n, m>1，C4, C5, C6) (圖2)。上述復雜絡合離子對的形成導致了熱液流體中液-液不混溶的發生。此外，HSO4–也可與REE3+直接絡合并遷移REE (圖2)。
圖 2. 液-液相分離發生前后流體的拉曼光譜特征
應用實驗室建立的拉曼光譜定量分析技術對不同絡合物遷移REE的貢獻進行了評估，發現上述新的絡合物在高溫條件能夠遷移50%以上的REE。因此，硫酸鹽遷移、富集REE的能力可能被嚴重低估。
論文信息：
Wan Ye, Wang Xiaolin, Chou I-Ming, Li Xiaochun. 2021. Role of sulfate in the transport and enrichment of REE in hydrothermal systems. Earth and Planetary Science Letters, 569, article no. 117068.
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