稀土元素十篇

稀土元素篇1

重金属是指分子量大于40的金属，即原子序数在钙元素之后的金属，故稀土元素是重金属。

稀土元素是17种特殊的元素的统称，由于瑞典科学家在提取稀土元素时应用了稀土化合物，故得名稀土元素。

稀土元素就是由化学元素周期表中镧系元素—镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥，以及与镧系的15个元素密切相关的元素—钇和钪共17种元素组成的。

（来源：文章屋网 ）

稀土元素篇2

老君山成矿区大地构造处于华夏地块、江南造山带、扬子地块、三江造山带等几大构造单元接合部位(图1)。研究区主要出露寒武系、奥陶系和泥盆系，其中早、中寒武统为主要赋矿层位；中部为老君山燕山期S型复式花岗岩体，出露面积约153km2；紧邻老君山花岗岩体形成了一套穹窿状变形变质岩系，被称为“老君山变质核杂岩”（李东旭和许顺山，2000；Yanetal.,2005，2006；），变形-变质作用的峰期为印支期（约235Ma）（刘玉平等，2007a；冯佳睿等，2011）。成矿区受到多期地质作用叠加(早加里东期、印支期、燕山期)，成矿过程十分复杂。区内都龙超大型锡多金属矿床在20世纪60年代被探明，由于矿床紧邻老君山花岗岩体，且岩体富含锡、钨等成矿物质，该矿床最初被认为是典型的花岗岩岩浆热液型矿床（宋焕斌，1989；安保华，1990；忻建刚和袁奎荣，1993）。20世纪末期至今，随着区内新寨、南秧田等矿床的发现，有关该区矿床的认识也取得了新的进展，由于主矿体呈层状或似层状与地层整合产出，块状硫化物矿石中发现了大量鲕状结构、层纹条带状构造等典型特征，并通过地层和矿石的稀土、微量元素分析证实了加里东期海底（火山）喷流沉积成矿作用的存在（罗君烈，1995b；周建平和徐克勤，1997；曾志刚等，1999；贾福聚，2010a；石洪召等，2011；戴婕等，2011）。王学焜通过对新寨锡矿床、南秧田白钨矿床S，Pb同位素测试，测得成矿年龄为200Ma，与区域变质年龄接近，提出印支期变质热液改造成矿的观点（王学焜，1994）。刘玉平通过都龙锡锌矿床锡石和锆石U-Pb年代学研究，测得该矿床存在大量燕山期成矿年龄，证明该区存在大规模花岗岩成岩、成矿事件（刘玉平等，2007b）。纵观以往研究成果，该区矿床应为多期复合叠加成矿模式，与成矿相关的地质作用主要包括加里东期火山喷流沉积成矿作用、印支期区域变质作用和燕山期花岗岩叠加改造成矿作用。

2主要岩类及矿床类型

老君山燕山期花岗岩体按照其演化顺序大致可分为三期（冯佳睿等，2011）：第一亚期占岩体出露总面积的三分之二，为灰白色含斑中粗粒二云母花岗岩，组成矿物有斜长石、微斜长石、黑云母、白云母、石英，为似斑状花岗结构、块状构造。第二亚期约占该岩体总面积的三分之一，为灰白色中细粒二云母花岗岩，呈岩株状侵入于第一期岩体中，主要矿物为微斜长石、更长石、石英、黑云母、白云母，具细粒花岗结构，块状构造。第三亚期为灰白色花岗斑岩，呈岩枝及岩脉穿插于早期花岗岩及变质岩系中，斑晶主要为钾长石、石英，次为黑云母、斜长石，具斑状结构、块状构造。经野外实地调研及综合分析，都龙、南秧田矿区出露的第三期花岗岩斑岩脉对锡钨等元素的富集具有积极意义（贾福聚等，2010b）。老君山成矿区主要变质岩类型包括：（1）片岩类，主要有绿泥石片岩、角闪片岩、云母片岩、云母石英片岩、石英电气石片岩、长石云母片岩等，在研究区普遍发育；（2）大理岩类，有方解石大理岩、白云石大理岩、含碳质大理岩、含砾钙泥质大理岩，与其它变质岩呈互层状产出；（3）混合片麻岩类，包括眼球状花岗片麻岩、条痕状花岗片麻岩，在南秧田地区发育较广；（4）夕卡岩是成矿区内主要的赋矿岩石，根据组成矿物组合及复杂程度，可分为简单夕卡岩及复杂夕卡岩两类。简单夕卡岩主要矿物为透辉石、绿帘石、阳起石、斜黝帘石、普通角闪石、石英、长石、黑云母，及少许磁铁矿、磁黄铁矿、黄铁矿等，层位稳定，呈似层状、层状分布，厚度小，一般小于40m，延长小于40km。复杂夕卡岩由十余种硅酸盐矿物组成，主要有透辉石、钙铁辉石、斜黝帘石、绿帘石、绿泥石、阳起石、石榴子石等，其次有石英、云母、方解石、电气石、钠长石、萤石，普遍含金属硫化物，呈囊状、透镜状、似层状产出，厚度一般小于60m，走向延伸超过10km以上。复杂夕卡岩是成矿区最重要的赋矿围岩，都龙、新寨、南秧田等超大型、大型矿床均产于复杂夕卡岩层位中。老君山成矿区矿床类型包括简单夕卡岩型锡矿床，片岩、复杂夕卡岩型锡钨多金属矿床，和与花岗岩有关的石英脉、伟晶岩型钨锡矿床，赋矿围岩主要为花岗岩及变质岩类。简单夕卡岩型锡矿床分布于成矿区的北东部，矿体产出地层为中寒武统田蓬组（2t），层状含矿简单夕卡岩广泛分布，长达30余公里（巷香寨—茅草坪—三水），普遍发育锡矿化，矿物组合简单，一般不超过四种非金属矿物，主要金属矿物有锡石、黄铁矿，脉石矿物有透辉石、绿泥石、阳起石等，典型矿化点有茅草坪、三水等。片岩、复杂夕卡岩型矿床可分为锡石多金属硫化物矿床及白钨矿床两类，是老君山成矿区的主要矿床类型。锡石多金属硫化物矿床主要分布于花岗岩体南西部的都龙及北东部的新寨，赋矿地层为中寒武统田蓬组（2t），矿体产出于碎屑岩与碳酸盐岩过渡带，矿体走向长几十米至2000余米，厚度数米至数十米，倾斜延伸几十米至数百米；主要金属矿物有锡石、铁闪锌矿、磁铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿、黄铁矿、毒砂；脉石矿物有钙铁辉石、透辉石、绿泥石、阳起石、石榴石、透闪石、绿帘石、石英、白云母、萤石、方解石等。白钨矿矿床分布于花岗岩体东部的南秧田，赋矿地层为下寒武统冲庄组（1ch）浅灰绿色云母石英片岩、透辉石片岩、阳起石片岩，下部矿层多为似层状、层状矿体展布，走向长10余公里，厚度数米至10余米，倾斜延伸百余米至千余米，白钨矿颗粒细小，上部矿层有脉状、透镜状矿体穿插，脉状矿体中白钨矿颗粒粗大；主要金属矿物有白钨矿、磁黄铁矿、黄铁矿、毒砂、黄铜矿及少量锡石，脉石矿物有石英、长石、云母、透辉石、透闪石、阳起石、斜黝帘石。与花岗岩有关的石英脉、伟晶岩型钨锡矿床位于老君山成矿区中心近花岗岩体部位，典型矿点有花石头、戈岭、老寨等。矿体呈脉状产出于花岗岩体内部、及其与围岩的接触带中，组成矿脉的主要矿物有锡石、黑钨矿、绿柱石、黄铁矿、黄铜矿、石英、长石、云母、电气石、石榴子石、绿泥石。

3稀土元素地球化学特征

老君山成矿区与成矿密切相关的岩类主要有海相火山喷流沉积岩，花岗岩及变质岩，根据前人研究成果和已有认识（王中刚等，1989；邱家骧，1991），各岩类的稀土元素地球化学特征分述如下。

3.1海相火山沉积岩

海底火山活动形成的海相火山岩，可以涵盖从基性到酸性各类复杂的岩石类型（韩宗珠等，2005），总体以玄武岩类为主。按照玄武岩形成的构造环境可分为大洋中脊玄武岩、洋岛玄武岩、岛弧玄武岩和活动大陆边缘玄武岩等，其中岛弧玄武岩及活动大陆边缘玄武岩，形成于大洋板块俯冲和大陆边缘裂解的环境下，伴随深源成矿物质的上涌往往形成金属矿床，如黑矿型矿床。大洋中脊拉斑玄武岩与岛弧拉斑玄武岩，由稀土元素亏损的地幔岩较高程度（15%~30%）的熔融形成，稀土总量低，轻稀土表现为弱异常或无异常，稀土配分模式曲线总体近于平坦，Eu常表现为正异常。洋岛碱性玄武岩由地幔岩较低程度（5%）的熔融形成，轻稀土优先进入熔融体，造成了其轻稀土元素的富集和稀土总量的明显提高。

3.2花岗岩

根据成岩物质来源和成岩机制，花岗岩可分为幔源型、过渡型地壳重熔型和陆壳改造型三类（徐克勤和涂光炽，1984）。其中幔源型花岗岩稀土配分模式曲线为平滑的右倾斜型，轻稀土富集，LREE/HREE=3.93~4.13，一般无Eu异常，δEu=0.94~1.00；过渡型地壳重熔型花岗岩稀土配分模式曲线亦为平滑的右倾斜型，轻稀土富集更强烈，LREE/HREE=5.00~10.00,具弱Eu异常，δEu=0.7~1.1；陆壳改造型花岗岩中的混合岩化花岗岩轻稀土相对富集，Eu呈中等负异常，陆壳改造型花岗岩中的陆壳重熔再生花岗岩则重稀土明显富集，LREE/HREE=1.00~3.00，Eu负异常加剧，δEu<0.4（王中刚等，1989）。

3.3变质岩

在低级变质作用过程中，由于稀土熔点与沸点很高、化学性质稳定等特点，稀土元素组成及含量基本保持不变。在区域变质作用过程中，由于没有外来物质的大量参与，其对原岩稀土元素组成的影响应与低级变质作用过程类似（陈德潜和陈刚，1990）。在与交代作用有关的中、高级变质作用过程中，随着元素组分的带入与带出，稀土总量及组成往往发生变化。个旧燕山期花岗岩体交代围岩发生的夕卡岩化研究（赵一鸣和李大新，1987）表明，夕卡岩较原岩稀土总量常有较大增高，其中轻稀土总量变化大，且多表现为增高，而重稀土含量基本稳定，轻、重稀土比值（ΣLREE/ΣHREE）明显增大。对广西平英花岗岩交代基性杂岩形成的蚀变分带进行的系统研究（毛景文等，1988）显示，围绕岩体自下往上形成了钾长石岩带黑云母岩带青盘岩带电英岩带石英脉带碳酸岩脉带，随着蚀变程度的降低，稀土总量依次降低，且负Eu异常亦逐渐减弱，反映了花岗岩对基性围岩稀土配分模式的影响程度依次降低。

4成矿系列的厘定

根据野外地质调研和已有资料的综合分析，认为影响研究区矿床形成的地质作用主要包括：加里东期海底火山喷流沉积成矿作用、印支期区域变质作用和燕山期花岗岩侵入地质作用。在火山喷流沉积时期形成了分布广泛的多金属块状硫化物矿石和矿源层；区域变质期火山喷流沉积物质普遍变质、成矿物质得到改造和富集；老君山花岗岩体中成矿元素丰富，在侵位过程中不但形成了多处石英脉、伟晶岩型矿床，对周边大型多金属硫化物矿床的形成也具有一定的叠加改造作用。结合成矿区不同地质体的成矿作用特点，研究区可划分为3大成矿系列，分述如下。1）加里东期海底火山喷流沉积-印支期变质成矿系列,分布在老君山花岗岩体北东的区域，成矿以海底火山喷流沉积作用、区域变质作用为主，形成简单夕卡岩型锡矿床，赋矿围岩主要为区域变质岩，典型矿点有茅草坪、三水等。2）加里东期海底火山喷流沉积-印支期区域变质-燕山期花岗岩热液叠加改造成矿系列,该系列矿床与加里东早期海底火山活动密切相关，海相火山喷流沉积成矿作用形成了矿源层或矿体，并受到印支期区域变质作用和燕山期花岗岩热液作用的的影响，成矿物质迁移、叠加而富化，形成片岩、复杂夕卡岩型矿床，可分为锡石多金属硫化物矿床及白钨矿矿床两类，典型矿床有都龙锡多金属硫化物矿床、新寨锡多金属硫化物矿床和南秧田白钨矿床。3）燕山期花岗岩热液成矿系列,老君山花岗岩体及接触带中形成了一系列的石英脉型钨、锡矿床，和伟晶岩型铍、锡矿床，这些矿床的形成与花岗岩体的侵位密不可分，典型矿床有花石头石英脉型锡钨矿床、瓦渣含铍伟晶岩型矿床。

5样品选取、分析与测试结果

稀土元素分析样品包括3件简单夕卡岩取自茅草坪（MCP-1,MCP-2,MCP-3），1件相关矿石中的方铅矿编号K14。6件复杂夕卡岩分别取自都龙（DL-1,DL-2）、新寨（XZ-1,XZ-2）和南秧田（NYT-1,NYT-2），2件相关矿石中的方铅矿编号K15、毒砂编号K16。3件花岗岩来自都龙北部老君山岩体（G-1,G-2,G-3），2件相关矿石中的黄铁矿编号K23和K24。稀土元素由宜昌地质矿产研究所电感藕合等离子体质谱法（ICP-MS）测定，分析精度5％~10％，稀土分布模式图采用Boynton（1984）球粒陨石推荐值标准化，分析结果见表1，稀土配分模式图见图2。取自茅草坪的3件简单夕卡岩，稀土总量（ΣREE）较低，均值为47.33×10-6。轻重稀土比值（ΣLREE/ΣHREE）也比较低，均值为6.30。样品同时具有Eu正异常和Ce负异常。简单夕卡岩稀土元素配分模式与岛弧拉斑玄武岩基本一致。与简单夕卡岩相关的方铅矿，稀土总量（ΣREE）为1.26，轻重稀土比值（ΣLREE/ΣHREE）为9.69，亦同时具有Eu正异常和Ce负异常，简单夕卡岩和相关方铅矿具有相似的稀土配分模式，说明二者具有同源性。都龙、新寨和南秧田的6件复杂夕卡岩样品稀土元素总量变化性较大，变化范围为31.20×10-6~295.98×10-6。轻重稀土比值变化性也比较大，变化范围为5.06~10.94。6件样品均具有弱的Ce负异常特征，其中4件样品表现为Eu负异常，2件样品Eu正异常。Eu正异常样品稀土总量低（ΣREE均值为41.58×10-6），分布在稀土配分模式曲线的下部，Eu负异常样品稀土总量高（ΣREE均值为241.24×10-6），位于稀土配分模式曲线的上部。与复杂夕卡岩相关的金属硫化物方铅矿和毒砂，均具有弱Ce负异常特征，其中Eu呈正异常的方铅矿，稀土总量低（ΣREE为0.83×10-6），Eu呈负异常的毒砂，稀土总量高（ΣREE为4.36×10-6）。取自老君山花岗岩体的5件花岗岩及其相关矿石中的黄铁矿，稀土总量(ΣREE)高，均值为97.19×10-6。轻重稀土比值(ΣLREE/ΣHREE)也较高，均值为11.46。5件样品均为Eu负异常，其中4件样品表现为Ce弱正异常，1件样品表现为Ce弱负异常。老君山花岗岩稀土元素配分模式曲线与地壳重熔型花岗岩相吻合。花岗岩及其相关矿石中的黄铁矿具有相似的稀土配分模式，说明金属硫化物的形成源自于花岗岩岩浆热液。所有样品均具轻稀土富集、重稀土亏损的特征，ΣLREE/ΣHREE值变化范围为2.78~11.95。各类岩石稀土元素配分模式与相关矿石中的金属硫化物具有相似的稀土元素配分模式，说明各含矿岩系的成岩与成矿具有相似的地质作用过程。

6讨论

6.1加里东期海底火山喷流沉积-印支期变质成矿系列的稀土元素特征

茅草坪的简单夕卡岩及矿石样品，稀土总量较低，同时具有Eu正异常和Ce负异常，稀土配分模式与岛弧拉斑玄武岩相类似。Eu正异常代表成矿流体具有较高的温度和相对还原的性质，Ce负异常代表海水的参与（ElderfieldandGreaves.,1982；Shikazono,1999），还原、高温热水流体不具明显的Ce负异常，而海水不发育Eu正异常，单靠热水流体的简单传导冷却，不会使流体发育Ce负异常，而从海水正常沉淀出的物质也很少发育Eu的正异常，因此二者同时在矿石中出现，应指示在海底火山喷流沉积成矿时相对高温的热水流体和较低温的海水在海底发生了对流混合（Barrettetal.,1990；Hofmann,1997）。

6.2加里东期海底火山喷流沉积-印支期区域变

质-燕山期花岗岩热液叠加改造成矿系列的稀土元素特征都龙、新寨和南秧田地区夕卡岩及相关矿石稀土元素分析表明，稀土总量低的样品与茅草坪地区简单夕卡岩稀土元素配分模式类似，同时具有Eu正异常和Ce负异常，其原岩属于海底火山喷流沉积成因。其它稀土总量高的样品，Eu和Ce元素均表现为负异常，推测是是由花岗岩热液的叠加改造作用引起的。花岗岩热液叠加改造作用过程使岩石轻稀土含量具有明显增加，轻重稀土比值（ΣLREE/ΣHREE）得到提高，同时造成了稀土总量的增加和Eu的明显负异常，钨、锡、锌等成矿元素得到了进一步富集。本成矿系列变质岩及矿石的稀土配分模式：Eu正异常的样品稀土总量低，稀土配分模式曲线位于下部，Eu负异常的样品稀土总量高、稀土配分模式曲线位于上部，这种现象在其它地区火山沉积-叠加变质岩类中也较普遍（图3）。该现象在南秧田矿区被认为是层状矿体与脉状矿体稀土配分模式的区别（曾志刚和李朝阳，1998；王冠等，2012）。推测这种稀土配分组合模式可作为火山喷流沉积-花岗岩热液叠加改造复合成矿模式的判别标志。6.3燕山期花岗岩热液成矿系列的稀土元素特征老君山花岗岩及相关矿石中的黄铁矿，Eu表现为强烈的负异常，稀土总量高，轻重稀土比值（ΣLREE/ΣHREE）也较高，显示了花岗岩体分异程度较高，其稀土配分模式与地壳重熔花岗岩相吻合。

7结论

稀土元素篇3

关键词 电感耦合等离子体质谱 稀土元素 玛咖

玛咖是原产于秘鲁安第斯山区的草本植物，属于十字花科独行菜属。玛咖的栽培和食用历史悠久，主要食用部分为成熟膨大的块根，在南美地区，当地人主要用其作为食物，其蛋白含量、糖类、膳食纤维、维生素含量都很高，钙、磷、钾、铁明显高于根茎类、谷类作物[1，2]；也作为传统药物使用，具有增强体力、抗疲劳、改善、提高生育力等多种功效[3～5]。近年来，玛咖的独特功效引起广泛关注，在云南也开始种植。冯颖[6]等人对云南栽培的玛咖营养成分进行分析，其结果表明：云南栽培玛咖含有蛋白质、氨基酸、矿物元素、维生素等多种营养成分，脂肪含量很低，可以作为食品资源开发利用。

稀土在工农业生产各方面的应用日益广泛，它们进入生物圈后对人类健康的影响颇受人们重视。广范使用于预报和诊断某些疾病、补充某些微量元素以达到增强体质或治疗某些疾病的目的等方面，成为生命科学、医学和环境科学的重要研究领域[7]。

电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）技术发展迅速，已广泛应用于生物、医学、食品等样品的痕量测定[8]，由于ICP-MS具有高灵敏度、快速、多元素同时分析的能力[9]，本文将常规溶样技术与ICP-MS分析手段相结合，采用内标法分析云南玛咖片样品中16个稀土元素，并对检出限、精密度及准确度进行评价，对云南玛咖片进行稀土含量的质量安全现况进行调查研究，这不但可以为光谱分析应用于玛咖中稀土含量的检测提供数据，还可以考察质量安全现况，了解产品中稀土残留现况。

1 实验部分

1.1 仪器及操作参数

820型等离子体质谱仪（德国，布鲁克公司），功率：1.4 kW，泵速：5 rpm，稳定延迟：5s，等离子气流量：18.00L/min，辅助气流量：1.80L/min， 护套气流量：0.03 L/min，雾化气流量：1.01L/min，一次读数的重复扫描数：20，样品读数：3，雾化器温度：3.00℃，样品导入延迟：40s，扫描时间：391ms，单次读数时间：7.81s。

1.2 试剂

各元素标准贮备溶液：光谱纯试剂配制各单个稀土元素标准贮备液（质量浓度为1mg/mL），然后用贮备液配制成1μg/mL混合标准溶液，再稀释至所需质量浓度的工作液（1ng/mL，2ng/mL，5ng/mL，20ng/mL，50

ng/mL）；内标的标准贮备液：1mg/mL标准贮备液，用贮备液配制成5ng/mL的内标工作液；硝酸、双氧水（优级纯），超纯水。

1.3 样品处理方法

将云南栽培的玛咖干燥后磨成粉[10]，称取约0.5g样品置于聚四氟乙烯消化罐内，加入6mL硝酸和4mL双氧水，密盖。功率设定为1000W，分5个阶段阶梯升温微波消解[11，12]：温度60℃，5min；温度90℃，5min；温度120℃， 30min；温度150℃，5min；然后排风使蒸气冷凝。冷却后取出转移入50mL三角瓶中，在电热板上赶去多余的酸[13]，转移入10mL容量瓶，用高纯水定容至刻度。样品和空白采用同样方式消解，每种样品和方法空白各3份。

1.4 测定方法

按照仪器标准操作步骤对仪器操作条件进行调试[14]，选择仪器最佳操作条件后，按照ICP-MS的分析运行顺序，依次测定试剂空白、校准标准溶液、样品方法空白溶液、样品溶液平行和样品加标，最后进行计算和数据处理。

2 结果与讨论

2.1 微波消解条件选择

比较硝酸和过氧化氢这2种消解液的消化结果，结果表明：在同等的微波条件下，在2种消解液体积比为6∶4的时候，消化效果理想。

消解温度过低，则反应速度慢，消解时间长；若消解温度过高，反应剧烈会使消化罐的压力过大，易引起消化罐泄漏，影响消解效果。本试验在消解过程采用梯度升温的方式，使消化罐内样品在低温消解过程产生的氮、碳、氧气体的反应有缓冲时间，不致使消化罐内压力过大；然后再做进一步消解，得到满意的效果。

2.2 同位素和校正方程

ICP-MS属多道质谱仪，应用内标法作定量分析，可补偿基体组成、燃气及助燃气流量、表面张力以及吸入速度等因素变动所造成的误差，以提高测定的精密度。在进行同位素测定的选择时，以选择同位素最大丰度值为原则，尽量避免选用多原子干扰和同量异位素重叠的同位素。分析元素同位素为：45Sc、89Y、139La、140Ce、141Pr、146Nd、147Sm、153Eu、157Gd、159Tb、163Dy、164Ho、166Er、169Tm、172Yb、175Lu 16种元素。采用In作内标元素校正系统以改善分析信号的动态漂移。若出现质量数干扰，采用仪器软件由计算机按修正方程自动修正。Eu元素校正方程采用：[153Eu]=[151]-[Ba（135）O/Ba（135）]*[135]。式中[Ba（135）O/Ba（135）]为氧化物比，[151]、[135]分别为质量数151和135处质谱的信号强度CPS。

2.3 记忆干扰

记忆效应主要由于ICP炬管、取样锥、雾化室、泵管和进样管吸附过量分析物的挥发引起。采用增加冲洗时间或彻底清洗进样系统可以解决记忆干扰。

2.4 校准曲线、精密度和检出限

在上述工作条件下测试校准溶液。采用过原点的方式绘制曲线，得到各元素校准曲线的相关系数。样品溶液按本方法重复测定11次求出标准差σ，计算各个分析元素检出限和定量限（见表1）。

3 小结

本文用电感耦合等离子体质谱法测定植物性食品玛咖中16 种稀土元素。该方法质谱图简单，选择性和灵敏度好，定量准确。对于所选择的玛咖样品中的稀土元素测定的回收率为91.0%～111.0%，相对标准偏差（RSD%）为0.4%～3.7%，结果令人满意。本法具有操作简便、省时和准确性、精确性良好等特点，适用于植物性食品玛咖中稀土元素的测定。

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稀土元素篇4

[关键词]新疆 东天山 红云滩 铁矿床 稀土元素

[中图分类号] P618.31 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-8-104-1

0前言

红云滩铁矿资源量为中型规模，前人对其成因的研究结果表明，该矿床是多次火山蚀变和接触变质叠加火山喷发堆积而成，当然也有的研究者通过区域的成矿特点分析，认为该矿床类型包含有火山气液型和海相火山岩型等。就目前的认识来看，该矿床成矿作用与岩浆作用是有着密切关系的，可是对于岩浆作用形式属于火山活动还是侵入活动具有不同的声音。为此，本文通过对红云滩铁矿床的成矿期次和黄铁矿、磁铁矿和石榴石单矿物的稀土元素组成特征进行分析，同时在矿床成因上作进一步的认识和理解。

1红云滩铁矿床成矿期次

红云滩铁矿床位于阿齐山背斜的东南翼，地处于阿齐山-雅满苏岛弧带成矿带西南缘。下石炭统雅满苏组地层厚度大体超过2000m，岩性主要为浅海相的中-酸性或基性熔岩、碳酸盐岩和火山碎屑-沉积岩等。

研究认为红云滩铁矿床的成矿过程主要分为夕卡岩期和热液期，细分为无水夕卡岩、退化蚀变、热液早期以及石英-硫化物等4个成矿阶段。夕卡岩期（无水夕卡岩和退化蚀变阶段）为主成矿期，早期无水夕卡岩阶段主要形成矿物有石榴石，再者为透辉石以及少量磁铁矿等，主要的分布位置位于主矿体下部，构成了贫铁的矿体，晚期退化蚀变阶段，形成矿物有阳起石、透闪石、镁角闪石、绿泥石和绿帘石等含水硅酸盐矿物，还有大量磁铁矿，为该地区的主矿体，也是该地区成矿的主成矿阶段。热液期在早期阶段主要形成了少量浸染状和脉状的粗粒磁铁矿，伴随硅化和钠长石化等浅色蚀变，不构成独立矿体，晚期石英-硫化物阶段，形成了石英、黄铁矿、绿帘石和少量黄铜矿等，分布位置主要在矿体边部及蚀变带中。

2稀土元素特征及成矿条件

2.1稀土元素特征

对红云滩铁矿床地区单矿物稀土元素分析结果表明：

石榴石：稀土元素总含量介于79.5～111.0×10-6之间。wLREE/wHREE值区间范围为2.1～6.4，La/Yb值介于0.8～1.8，揭示部分样品轻稀土元素相对富集，轻、重稀土元素间发生了一定程度上的分异作用。La/Sm和Gd/Yb值分别介于0.7～1.1、0.8～1.5之间，显示了重、轻稀土元素内部发生一定程度上的分异作用。δ（Eu）和δ（Ce）值分别介于1.8～3.0、1.1～1.4之间，显示强的Eu正异常、弱的Ce异常。轻稀土元素曲线呈折线型分布，向上弧形弯曲，重稀土元素曲线多数略向上弧形弯曲，少数较平直。

黄铁矿：稀土元素总含量为11.5～15.5×10-6。wLREE/wHREE值介于3.6～16.0之间。La/Yb值处于2.2～4.4范围，显示轻稀土元素相对富集，轻、重稀土元素间分异较强烈。La/Sm和Gd/Yb值范围分别为2.2～4.0、0.7～1.0，表明重稀土元素分异很弱，而轻稀土元素内部分异作用强烈。δ（Eu）和δ（Ce）值分别为0.34和0.95～1.02之间，有较强的Eu负异常，无Ce异常。为轻稀土元素富集的缓右倾型的配分模式。

磁铁矿：夕卡岩期磁铁矿稀土元素总含量范围为2.3～12.5×10-6。wLREE/wHREE值介于3.6～16.0之间，La/Yb值处于1.7～14.8之间，显示轻稀土元素相对富集，轻、重稀土元素之间分异较强烈。La/Sm和Gd/Yb值范围分别为1.2～7.3、0.7～1.0，表明重稀土元素分异较弱，而轻稀土元素内部分异作用强烈。δ（Eu）和δ（Ce）值分别为1.1～2.2和0.9～1.2之间，显示弱的Ce负异常和强的Eu正异常。轻稀土元素富集的右倾型的配分模式。热液期磁铁矿稀土元素总量为1.0～2.4×10-6。wLREE/wHREE值介于2.0～7.0之间，La/Yb值处于0.7～6.1之间，显示轻稀土元素相对富集，轻、重稀土元素之间分异不明显。La/Sm和Gd/Yb值范围分别为0.7～1.5和0.5～2.7之间，表明轻、重稀土元素内部分异作用都不明显。δ（Eu）和δ（Ce）值分别为0.4～0.8和0.6～0.9，Eu负异常和Ce异常。为轻稀土元素弱富集的缓右倾型的稀土元素配分模式。

2.2稀土元素成矿条件

红云滩铁矿床热液期的磁铁矿和黄铁矿具有强的Eu负异常，而夕卡岩期石榴石和磁铁矿具有强的Eu正异常，揭示了在夕卡岩阶段主要为岩浆流体，温度较高，而到了热液期，流体温度降低。Eu和Ce异常也可反映成岩成矿的氧逸度，在氧化环境下，沉积物主要呈现出Ce正异常或无明显的负异常，而相反的在缺氧环境或还原环境下，沉积物往往会呈现Ce负异常。

该矿床夕卡岩期石榴石和磁铁矿Ce正异常和Eu正异常弱，但热液期磁铁矿无明显Ce异常，Eu负异常，而黄铁矿具有弱的Ce正异常和Eu负异常，总体上显示了成矿流体由氧化环境转变为还原环境的趋势。在夕卡岩期的高温氧化环境下富Eu成矿流体形成了夕卡岩型铁矿体，热液期逐渐转变为低温还原环境主要形成浸染状和脉状铁矿化及硫化物。

3结束语

夕卡岩期阶段石榴石稀土元素Eu正异常较为明显，显示了岩浆热液成因。在退化蚀变阶段，磁铁矿稀土元素分布特征显示出其与石榴石具有同源性。在热液期，磁铁矿及黄铁矿稀土元素具有弱的Ce负异常和明显的Eu负异常，表明在夕卡岩期这种高温氧化环境下富Eu成矿流体形成了夕卡岩及铁矿体，热液期时外界环境逐渐转变为低温还原，主要形成了脉状和浸染状铁矿化及硫化物。

稀土元素篇5

铼是一种化学元素，符号为Re，原子序为75。是地球地壳中最稀有的元素之一，平均含量估值为十亿分之一，同时也是熔点和沸点最高的元素之一。铼比钻石更难取得，价格高昂。

铼是钼和铜提炼过程的副产品。其化学性质与锰和锝相似，在化合物中的氧化态最低可达负3，最高可达正7。铼可应用在高效能喷射引擎及火箭引擎，所以在军事战略上十分重要。

（来源：文章屋网 ）

稀土元素篇6

既不“稀”也非“土”

稀土，是元素周期表原子序数为57～71的15种元素以及钪、钇两种元素的统称。稀土元素从18世纪末开始被陆续发现，由于当时人们常把不溶于水的固体氧化物称为土，而稀土一般都是以氧化物的状态被分离出来的，又很稀少，因而得名。但实际上它们都是金属，而且也不稀有，只是分布得较为分散。随便一把泥土中都可能含有少量稀土，即便是最稀有的稀土储量也比黄金还多200多倍。

在所有的国家中，中国稀土资源最为丰富，此外，澳大利亚、俄罗斯、美国、巴西、加拿大和印度等国稀土资源也很多，近年来在越南也发现了大型稀土矿床。2011年7月3日，英国科学杂志《自然地球科学》刊登了日本东京大学等研究团队的发现：太平洋广大范围的海底泥中藏有大量的稀土矿，其蕴藏量约800亿~1000亿吨，是陆地稀土的800倍甚至1000倍，更是证明了稀土的丰富储量。

但稀土元素并非像其他地球天然资源，如锡矿、煤矿、石油矿一样，在固定的某个地方有大量的矿藏。由于稀土元素性质活泼，使其成为亲石元素，多以复杂氧化物、含水或无水硅酸盐以及氟化物等形式存在。而且稀土元素的离子半径、氧化态和所有其他元素都近似，因此在矿物中它们常与其他元素一起共生。这一系列的物理和化学性质，决定了其不易形成大规模矿区，因此只能经大量挖掘后再予以过滤。在早期，稀土常伴随煤、铁等矿藏一起挖掘。

1903年，分离了钕和镨的奥地利科学家韦尔斯巴赫在研究中发现，铈受热会迅速氧化自燃，镧在常温下被敲打或锉磨，碎屑会迅速氧化而爆出火花。根据这一现象，韦尔斯巴赫发明了打火石。稀土材料的用途非常广泛，其中的每一个元素都可以形成上千亿元的产业。因此，稀土又被称为“工业维生素”。

石油和冶金是稀土应用的两大传统行业。从20世纪60年代开始，人们就发现，稀土用于石油工业可提高原油处理量和汽油产出率；在铸铁时加入稀土可改善铸铁的性能；在炼钢过程中，因稀土与氧、硫的亲和力大，稀土可用于脱硫、脱氧、净化钢液，提高钢的机械加工性能。进入21世纪，各种电子信息产品推陈出新，液晶彩电、智能移动电话、数码相机、掌上电脑，这些数字化产品都应用了稀土永磁材料、发光材料、陶瓷材料、储氢材料、磁致伸缩材料等新材料，电子信息产业上升为稀土应用的第一大产业，稀土的重要性不言而喻。

此外，稀土还是关系到国家安全的战略性金属。由于其具有优良的光、电、磁等物理特性，能与其他材料组成性能各异、品种繁多的新型材料，大幅度提高武器装备的质量和性能，当今凡称得上高技术的武器几乎都有稀土的身影。没有稀土中的钐，“爱国者”导弹就可能飞不准；没有掺钕钇铝石榴石的激光测距仪，M1坦克就不能做到先敌发现。在2010上海世博会和2008北京奥运会上变幻莫测的灯光，也都离不开稀土发光材料在背后的默默贡献。

改变污染困局

要把稀土矿中的稀土元素提取、分离出来，需要使用大量的化学药剂，并且经过十分复杂的化学程序，过程中还需使用大量的水，而且在最后排出的废水中包含了近百种化学药剂，处理起来代价昂贵。每提取1吨稀土资源，就会留下1500吨的尾砂污染，也就是说，稀土的开采伴随着巨大的环境污染问题。

稀土产业链包括“原矿—精矿—分离产品—功能材料—器件—实用商品”几个环节，产业链越接近后端，对环境的破坏越小，效益越高。中国在从原矿到分离产品的环节上，居于世界领先水平，但在后面的技术应用方面，与发达国家还存在一定差距，而稀土的最大价值恰恰就在于从功能材料到器件再到实用商品这几个环节。从原材料到成品，价格可能相差几百倍甚至上千倍，这也正是中国极力希望扭转的困局。

稀土元素篇7

[关键词]稀土；耐磨铸钢；性能

中图分类号：TV91 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）17-0043-01

引言

在机械行业，大量的机械部件因为磨损而失效。磨损不仅造成了大量经济损失和钢材的消耗，还给生产过程带来了很多的安全隐患。在冲蚀、疲劳等工况条件下，机械部件由于强韧性不足，容易发生脆性剥落和断裂。铸造是机械部件的主要成型方式之一，在铸造的过程中要充分考虑影响机械部件耐磨性能的因素。

在耐磨铸钢的钢液中添加适量稀土元素有利于改善耐磨铸钢的组织及综合力学性能。我国稀土资源十分丰富，这为耐磨铸钢性能的提升提供了良好的便利条件。因此，通过研究在耐磨铸钢中添加稀土的含量与添加方法来增强机械部件的耐磨性能，具有广阔的发展前景。

一 稀土在耐磨铸钢中的作用机理

1、稀土元素的简单介绍

元素周期表中ⅢB族中元素序号 21 号的钪Sc、39 号的钇Y、57号的镧 La至71号的镥 Lu 等17个元素被称为稀土元素，简称稀土。稀土常常存在于矿物中，是非常活泼的金属，易形成稳定化合物。溶液萃取和离子交换是从矿物中获取稀土的有效方式，另外还可以使用电解法获取轻稀土。稀土具备特殊的化学特性与物理特性，应用广泛，化学、炼钢、农业生产中都用到稀土。稀土元素在钢中的作用机理稀土元素在耐磨铸钢中的作用机理包括以下四个方面：

（1）使钢液中的夹杂物变质。夹杂物会影响铸钢的性能，钢液精炼也不能有效去除夹杂物，只能降低其含量。钢液凝固后含硫化物，在钢液中添加稀土可以与硫化物反应。通过添加稀土的含量，可以控制钢液中夹杂物的状态。

（2）细化晶粒。稀土在钢液中形成化合物，在凝固过程中可以防止铸钢晶体变大，从而使晶粒细化，提高铸钢的性能。若钢液中含有较多的硫元素，则添加稀土元素后可以缩小结晶的间距。对于超低碳铸钢，在钢液中添加稀土也能缩小结晶之间的距离。铸钢的晶粒细化后，不容易生成裂缝，即使在有裂缝的情况下，也可以使裂缝缓慢扩展。

（3）净化钢液，减少钢液中的硫、氧、磷等有害元素的含量。稀土元素是活泼金属，很容易与硫、磷等有害元素反应，从而生成稳定化合物后浮出钢液，减少有害元素。有害元素含量降低后，能够提升钢液的纯净度。

（4）微合金化作用。微合金化作用是指稀土元素在晶界上偏聚，而且能够和其它元素发生交互作用。交互作用能够引起晶界的结构、化学成分、能量的改变，并且影响其它元素的扩散，最后导致铸钢的组织结构和应用性能发生改变。

二 不同稀土含量对耐磨铸钢的影响

1、对耐磨铸钢组织的影响

不同的稀土含量对耐磨铸钢的晶体有不同的影响，以高锰钢为例，当高锰钢中的稀土含量为0.035%时，晶体的平均大小大约为 182μm，晶体之间的大小相差比较大，晶体内部存在颗粒形状的碳化物，晶体之间也存在很多网格形状的碳化物。当高锰钢中的稀土含量为0.0445%时，晶体的平均大小大约为 189μm，晶体之间的大小相差比较小，晶体内部的碳化物含量也比较小，晶体之间的碳化物形状与稀土含量为0.035%时相同，都是网格形状的。当高锰钢中的稀土含量为 0.052%时，晶体的平均大小大约为 201μm，晶体与晶体之间大小差别比较小，晶体内部、晶体与晶体之间的碳化物含量的情况与稀土含量为0.0445%时相似。

将以上稀土含量分别为0.035%、0.0445%、0.052%的铸态高锰钢进行加热操作，加热到1090摄氏度后保温一段时间，然后用水冷却，可以看到晶体的尺寸大小有所变化，晶体内部、晶体与晶体之间的碳化物含量也发生了改变。在此实验条件下，稀土含量为0.035%的高锰钢中，高锰钢晶体的平均大小变成了163μm，且大小不平均，晶体内部、晶体与晶体之间的碳化物含量降为零。稀土含量为0.0445%的高锰钢中，晶体的平均大小变成了255μm，大小也比较平均，晶体内部、晶体与晶体之间不含碳化物。稀土含量为0.052%的高锰钢中，晶体的平均大小变成了203μm，晶体大小比较平均，晶体内部、晶体与晶体之间不存在碳化物。

2、对耐磨铸钢性能的影响

不同的稀土含量对耐磨铸钢的性能有很大影响，对铸钢的硬度、延伸性、抗冲击性等性能都有一定程度的影响。

耐磨铸钢的硬度值是其耐磨性能的指标之一，以高锰钢为例，当高锰钢中的稀土含量为0.035%时，钢材的硬度值处于250HB 左右；当高锰钢中的稀土含量为0.0445%时，钢材的硬度值处于220HB 左右；当高锰钢中的稀土含量为0.052%时，钢材的硬度值处于230HB 左右。

耐磨铸钢的延伸性能跟其中含有的夹杂物有关联，夹杂物的数量、种类与分布对耐磨铸钢的延伸性、拉伸性能有很大影响。将稀土添入耐磨铸钢的钢液中后，钢液中的夹杂物变成了稳定化合物。应在耐磨铸钢中添加适量的稀土元素，因为如果稀土元素的添加量过多，会使得夹杂物的化合物体积变得过大，最终使得铸钢性能变差。

稀土能够减弱耐磨铸钢中有害元素硫、磷等在晶界的偏析，提高晶界能，强化晶界。稀土对晶界的这种改善作用，能够减小在冲击过程中沿晶脆断现象，当晶界强度增加，裂纹沿晶脆断的可能性下降，则相应的穿晶断裂的倾向性增加，降低了裂纹的继续扩展，最终使耐磨铸钢的抗冲击性能增强。

以高锰钢为例，当高锰钢中的稀土含量为0.035%时，铸钢的断口的韧窝不十分显著，且存在着很多稀土夹杂物，在夹杂物四周的断裂痕迹十分明显。当高锰钢中的稀土含量为0.0445%时，铸钢的断口存在夹杂物，形状为点状，其四周的断裂痕迹比较显著。当高锰钢中的稀土含量为0.035%时，铸钢的断口的夹杂物为颗粒形状，其四周的断裂痕迹不十分明显。经过观察得知，当高锰钢中的稀土含量为0.035%时，铸钢断口的对冲击性低于稀土含量分别为0.0445%与0.035%的情况。然而，如果稀土添入量太多时，会使得夹杂物的化合物体积变得过大，高锰钢的对冲击性能也会变差。

3、对耐磨铸钢铸造性能的影响

稀土能够增强耐磨铸钢的流动性。这是因为稀土与钢液中的硫、氧等有害元素产生反应，生成稳定状态的稀土化合物能够全部溶于钢液中，从而有效增强钢液的流动性。另一方面，添加稀土可以使铸态组织的树枝晶壁变短，从而使钢液粘度降低，提高钢液流动性。

稀土能够提高耐磨铸钢的线收缩率。加入稀土后，耐磨铸钢中的铸态组织将由针状或网状组织的铁素体分布均匀，与此同时，铁素体数量增多，共析膨胀量减少，从而提高线收缩率。

此外，稀土还能够降低耐磨铸钢的铸造应力。稀土与铸钢中的低熔点元素反应后，将会增强铸钢的高温可塑性，从而降低铸钢的铸造应力。

结束语

将适量的稀土元素加入耐磨铸钢的钢液中能够起到细化晶粒，净化钢液的作用，并提高耐磨铸钢的硬度、强韧性、抗冲击性及铸造性能。

参考文献

[1] 王龙妹，杜挺，卢先利等.微量稀土元素在钢中的作用机理及应用研[J]，稀土，2001，22（4）：37-39.

[2] 尹燕.新型不锈钢中稀土强化及耐腐蚀性能机理研究[D]，南京：南京理工大学，2008.

稀土元素篇8

【关键词】稀土 硬质合金 物理力学性能

综述

稀土元素在冶金、机械、石油化工、能源、轻工、环境保护、农业和 电子 行业应用十分广泛,其作用倍受关注,普遍认为其为“未来的元素”。在金属材料方面,稀土一直是人们寄以希望的提高其性能的改性强化材料。国内外对稀土的研究很早就进行了,国内已成功地应用在钢铁制造业,取得了良好的效果。在硬质合金中的应用也取得了很大的成效,这方面的报道也很多。

稀土元素是元素周期表中第三族第六周期的镧系元素以及它们相似的钇和钪共十七个元素。稀土元素化学性能很活泼,与氧、硫的亲和力很强,其化合物也十分稳定。椐资料报道,在硬质合金中添加微量的稀土氧化物,即使没有使硬质合金的强度和硬度下降,但却导致硬质合金的切削性能的下降,如其分布在机体内不均匀,有偏聚,也可成为氧化物夹杂,故稀土氧化物在硬质合金基本上没有的到应用。可见,添加方式和混合效果直接关系到硬质合金物理力学性能的好坏,通常添加微量元素有以单质、氧化物和固溶体(中间合金)形式加入,中间合金形式加入方法广泛应用在黑色和有色金属合金冶炼方面,而硬质合金通常是以稀土金属和氧化物形式加入。氧化物形式加入不可取,而稀土金属在粉末状态加入,制取和添加工艺难度较大,从而一定程度上限制了应用。目前常用的是稀土钴的混合粉作为添加剂,应用效果良好。

1 实验过程及应用效果

(1)混合粉配比:yt5re(细颗粒wc、tic-wc饱和固溶体和co以及稀土钴添加剂,ce加入量为钴含量的0.5%),配制成wc-5tic-10co-re硬质合金的实验料粉。

(2)球磨:经湿磨(乙醇介质,球料比3:1),真空干燥。

(3)其它;加入成型剂压制成形。a标5mm×5mm×30mm抗弯试样和粗加工刀片。然后经(1470-1530)℃40min真空烧结。

(4)测试结果:

ts℃ 1420℃1450℃1470℃

hra89.589.9 89.7

бbb(mpa)168019101850

ρ13.013.0 13.1

(5)使用对比结果(98w-fe-ni-co棒材切削):

与常规yt5比较:耐磨性提高3倍,崩刃下降2倍,寿命3.2倍。(测试期间生产统计数)

2 结果分析

上述结果表明,在硬质合金中加入稀土ce能够有效地提高合金的强度、耐磨、抗冲击等性能,从而提高合金的使用寿命。

组织结构决定合金性能,从ce的加入对组织产生影响方面进行解析。

(1)ce在合金中的分布状态和作用

经金相观察,ce与钴相固溶,造成了co相的晶格畸变,从而强化了粘结相。另外,与原材料带入的有害杂质硫、氧结合成化合物,从而净化了相界面。因为硫、氧的存在阻碍了粘结相和硬质相、硬质相与硬质相的接触连接,降低了结合强度。减少硫、氧的危害,必然提高了粘结相与硬质相wc的润湿效果。另外有资料报道,稀土相还可以溶解部分其他有害杂质,同样也减低了这些有害杂质对合金的危害。这说明稀土金属在合金中能够起到净化粘结相和晶粒表面,增加粘结相与晶粒之间的润湿效果和降低有害杂质影响的作用。据报道,稀土的加入还有助于w等元素溶于黏结相,起到了“弥散强化”作用,因此,使稀土合金的抗弯强度大大的提高。

(2)稀土金属ce在在真空烧结方面的作用

从实验结果表明,在各个温度的烧结过程中,合金的晶粒度细小均匀,没有明显长大的现象,说明稀土金属能够有效的抑制合金晶粒长大,稳定烧结工艺,从而获得性能良好的合金产品。

(3)稀土金属的优化合金组织结构的作用

从金属金相图谱中看出,在400℃上下有同素异晶体转变,即高温稳定的α-co(fcc结构)固溶体转变成低温相β-co(hcp结构),α是立方体系有十二个滑移系,显朔性。β是六方晶格有三个滑移系显脆性。稀土的添加使co相的α-co为主相,稳定fcc晶体结构,有利于提高co的朔性。这一点已在应用中刀具的崩刃效果得到了充分的证明,在金相的观察中也可以看到,是抗冲击性能明显提高。

3 结论

(1)稀土元素能够提高硬质合金的物理力学性能且效果明显。

(2)稀土元素在硬质合金中可优化合金组织结构和净化相界面。

(3)稀土元素能够细化合金晶粒,稳定烧结工艺,降低烧结温度的敏感性。

以上是从宏观的性能表现和微观的晶体结构粗浅地分析了稀土元素对硬质合金的作用和影响,稀土元素在硬质合金中的作用可能并非这么简单,还有待进一步的研究和探讨。

参考 文献

[1]尤力平.稀土学报,1990(8)4.

稀土元素篇9

关键词：火山岩 地球化学 主量元素特征 微量元素特征

中图分类号：P588.14 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2016）08-0252-01

研究区位于东天山地域，属于典型的造山带地区，跨越了天山和准噶尔盆地的东尾部，行政区划属哈密地区管辖。研究区早石炭世中―晚期火山岩相类型较全面，从次火山相-瀑发相-喷溢相-火山沉积相均可见到。火山岩组合主要为一套岛弧相的中基性-中酸性火山碎屑岩、火山熔岩及火山沉积岩。

一、区域地质背景

通过对研究区早石炭世火山岩分布的调查研究，得知该区火山活动极为强烈，火山岩分布面积广泛，主要为一套裂谷型和岛弧型火山岩系。其出露地层有托斯巴斯陶组、姜巴斯套组，其中托斯巴斯陶组主要分布于研究区西南部，其岩性组合为灰、灰绿、灰紫色薄-中层状流纹质火山尘凝灰岩、凝灰质砂岩夹灰、深灰色粉砂岩、钙质粉砂岩，粉砂质泥岩及少量凝灰质长石岩屑砂岩、生物碎屑砂岩。上部夹少量鲕、豆粒钙质泥岩及透镜状泥灰岩。流纹质火山尘凝灰岩、火山尘凝灰岩内含大量放射虫。姜巴斯套组在研究区广泛分布，其岩性组合为灰绿、灰黄绿、暗绿、暗灰色富含钙质的火山碎屑岩（凝灰粉砂岩、凝灰细砂岩、凝灰粗砂岩、凝灰粉砂质泥岩）和陆源碎屑岩，其中炭质泥岩、炭质粉砂岩及长石质杂砂岩较多。

二、岩石化学特征

本次在研究区托斯巴斯陶组火山岩未取地球化学分析样，但根据以往工作资料及邻区资料可知，该组火山岩岩石里特曼指数（σ）值多小于3.3，属钙碱性岩石，其投点及计算，岩石碱度多为钙碱性，火山岩系多为亚碱性系列中的钙碱性亚系列。

本次在研究区石炭系下统姜巴斯套组火山岩共取了6件岩石样品，做了化学全分析，其分别为安山岩（2件）、英安岩（1件）、流纹岩（3件），所取6件样品中有1件因次生变化较强，化学分析数据不宜采用，其他5件岩石中的Al2O3、CaO+Na2O+K2O分子比特征表现为Al2O3>CaO+Na2O+K2O，属铝过饱和类型，q（石英）的含量分别为17.55%、9.14%、28.66%、32.62%、29.14%，属二氧化硅过饱和类型。可见由安山岩―英安岩―流纹岩有如下变化规律：SiO2从低向高；MgO、Al2O3从高向低，磷灰石、钛铁矿副矿物含量从趋势上看逐渐变少，AR（碱度）从低向高，FL（长英指数）从低向高，DI（分异指数）从低到高变化，程度较高，SI（固结指数）从高向低，以上可知各岩石化学特征均与岩石酸碱度成正比。

三、稀土元素特征

在石炭系下统姜巴斯套组火山岩中采集6件样品，分别为安山岩、英安岩、流纹岩，其稀土元素含量及稀土元素特征值见图1，2为稀土元素标准化配分曲线模式图。

图1、2 可以看出：姜巴斯套组火山岩稀土元素总量从安山岩-英安岩―流纹岩呈增高趋势（113.39―248.44），即表现为岩石的碱度率增高，轻稀土值在83.64―200.94之间，重稀土值在29.75―79.88之间，两者轻重稀土之比在1.56―3.50之间；LaN/LuN比值最高为10.839，Ce/Y比值在0.84―3.03之间，上述参数值表现出以下特点：稀土总量较高，轻稀土强烈富集，重稀土亏损，岩石总体表现：岩浆作用晚期富集，因而在配分曲线图上配分曲线表现出斜率总体较大。

从图1、2中可以看出，稀土配分曲线总体表现为右倾明显，反映出轻稀土富集，重稀土亏损；根据稀土元素分析值计算可知，6件岩石样品的LaN/SmN比值在1.62―4.35之间，GdN/LuN比值在0.95―1.73之间，表明在轻稀土内部分馏程度很高，重稀土内部分馏程度较高，图1、2中稀土配分曲线形态说明，轻稀土分馏特征较明显。所采6件岩石的δEu值在0.04―0.973之间，均小于1，具负铕异常特征，属铕亏损型岩石，其中4件流纹岩具强负铕异常特征，图解中Eu的位置出现了“谷”偏离，且曲线程度较大，说明铕亏损程度大。6件岩石样品中的δCe值在0.83―0.953之间，略小于1，说明岩石具负铈异常，曲线显示不是特别明显；从岩石稀土元素的曲线变化特征可以看出，样品所在地区石炭系下统姜巴斯套组的火山岩为过渡型岩浆结晶分异产物。图2中流纹岩负铕异常的“V”字型模式曲线指示：岩石起源于深源，且经历部分熔融、分离结晶等复杂的成岩过程。

四、微量元素特征

在石炭系下统姜巴斯套组的火山岩中采集6件样品，其微量元素分析成果数据经过处理，图3、4为MORB标准化值微量元素组成模式图。

从图3、4中可看出流纹岩、英安岩、安山岩这三类岩石的Nb、Ti、P和Ba表现亏损明显，其模式曲线上为较深的V型谷，还可以看出所有岩石的Th均表现富集，其呈现在在模式曲线上为 “峰”， 流纹岩、英安岩、安山岩在MORB标准化微量元素图中锯齿状呈现较明显，说明其微量元素分馏特征较明显，从图3、4中还可以看出高场强元素相比相邻大离子亲石元素亏损明显，以上分析表明：早石炭世中晚期火山岩均具有典型的岛弧火山岩岩石微量元素地球化学特征。

五、结论

1.研究区岩石化学分析表明本区岩石属铝过饱和类型，SiO2含量普遍偏高。另外由安山岩―英安岩―流纹岩具SiO2逐渐增高，MgO，Al2O3逐渐降低，以及副矿物逐渐减少的特征；

2.研究区稀土元素含量表现为轻稀土富集，重稀土亏损的特点，且具有明显的负铕异常和一定的负铈异常；稀土配分曲线形态表明元素轻稀土分馏明显，且明显负铕异常所呈“V”字型模式指示物质来源于深部，经历了复杂的成岩过程；

3.研究区微量元素含量特征表明该区微量元素具B型俯冲消减带中岩浆微量元素特征，与典型岛弧火山岩微量元素特征相一致，可指示本区成岩环境。

参考文献

[1]邱家骧，开合构造与岩浆活动，地质通报，2004，3：222-231.

稀土元素篇10

关键词：稀土；现状；存在问题

稀土，是指元素周期表中的原子序数57-71的15种镧系元素和与镧系元素关系密切的原子序数21的钪（Y）、和原子序数39的钇（Sc）。15种镧系元素同位于周期表第6周期的57号位置上，一般分为两组分别是铈组的镧（La）、铈（Ce）、镨（Pr）、钕（Nd）、钷（Pm）、钐（Sm）、铕（Eu），钇组的钆（Gd）、铽（Tb）、镝（Dy）、钬（Ho）、铒（Er）、铥（Tm）、镱（Yb）、镥（Lu）。虽然稀土名称中带有“土”，但其本身是极其活泼的金属元素，活泼性仅次于碱金属和碱金属氧化物。稀土元素是在1794年，由芬兰的化学家加多林从未知的矿化物发现的，即从硅铍钇矿中发现了“钇土”（氧化钇）。由于各种稀土元素的性质极其相似，又多以氧化物混合物的形式存在于各种复杂的矿物中。因此，稀土元素的分离和提纯是一项极其困难的工作。事实上，从1794年发现钇土开始，到1945年最后一个稀土元素钷的被提取出来，前后共经历了150多年。

1 中国稀土现状

稀土元素在地壳中分布十分广泛，但是分布却很不均匀，其中亚洲有中国、印度，北美有美国、加拿大，还有俄罗斯、澳大利亚、南非、埃及等几个国家。世界稀土资源储量最大的国家是中国，其中，内蒙古包头的白云鄂博稀土矿是以氟碳铈矿为主的，与美国加利福尼亚的芒廷帕斯矿并称世界的最大矿之一。根据中国稀土学会统计，截至2009年世界稀土资源量（折合稀土氧化物REO）为8，109万吨，其中中国为1，859万吨，占世界稀土资源量的23%。其它稀土资源丰富的国家或组织包括独联体（23%），美国（16%），澳大利亚（7%）和印度（4%）。世界上许多国家的稀土产品对中国的稀土有很强的依赖性，从产量来看，2011年中国稀土约为9.7万吨，稀土产品产量已经接近了世界总产量的90%，在国际市场上处于绝对的垄断地位。

中国的稀土资源及稀土工业主要有以下特点。

1.1 储量大

目前，我国稀土的矿业工业储量和远景储量均位居世界首位，其中，位于内蒙古自治区包头市的白云鄂博矿，不仅储量居世界第一，而且开发条件得天独厚，是我国也是目前世界上最大的稀土矿山。

1.2 稀土资源种类丰富

我国的稀土矿物不仅种类丰富，有以氟碳铈矿、独居石矿为主的各类轻稀土矿物，也有以离子型矿、磷钇矿等为主的重金属矿物。同时还有一些具有一定工业价值的稀土矿，如褐钇铌矿等。

1.3 稀土资源有“北轻南重”的分布特点

目前，国内已探明的稀土矿中，北方主要分布在内蒙古的白云鄂博和山东微山地区，南方主要是江西赣南、四川凉山和广东粤北等地区，形成了“北轻南重”的分布特点。轻稀土主要分布在北方的内蒙，离子型中重稀土矿主要分布在南方的江西等地区。

1.4 轻重稀土的开采利用存在问题

轻稀土矿含量多、利用范围广，但常常伴有危害性放射性元素，如钍等，不仅容易产生环境污染问题，还会给人类健康和生态环境造成一定的压力。在内蒙古自治区包头市郊区，包钢稀土形成的稀土废渣随废液通过管道输送到尾矿坝，日积月累的堆积，目前已形成了容量达1.7亿吨的“稀土湖”，严重污染环境；在江西赣州，一些开矿区甚至连井水都被污染，当地居民的健康受到严重威胁，恶性疾病高发。离子型中重稀土矿被称为“工业味精”，是世界各国争先抢夺的稀有矿物，而世界已探明的重稀土分布，几乎全部集中在中国的南方地区。由于离子型稀土中的稀土元素呈离子态吸附于土壤之中，矿区分散、矿点众多、采富弃贫、采易弃难现象严重，资源回收率较低，使得规模化工业性开采的难度大。

1.5 稀土工业形成完整的工业体系

我国的稀土工业经过近50年的发展，开发、利用的技术已经获得全面提高，尤其是中国科学院院士徐光宪教授提出的稀土串级理论后，稀土矿的工艺技术获得了显著提升。我国已建有内蒙古包头钢铁稀土公司、甘肃稀土公司、四川金攀西稀土有限责任公司、江西南方稀土高技术有限公司等大型稀土生产公司，以及众多的中小型企业。目前，已从稀土矿的采选、冶炼、加工、分离发展到稀土装备的制造、稀土制品的应用，这说明我国已经形成完整的稀土工业体系。生产规模的不断壮大，产品类型的不断增加，都在表明我国已经成为世界稀土工业强国，而稀土工业也将朝着全方位、高精端的方向快速发展。

1.6 稀土市场稳定发展，研发水平进一步提高

我国稀土工业取得的快速发展，不但基本上满足了国内经济社会发展的需要，也为全球稀土现状的发展作出了巨大的贡献。随着中国经济的快速发展，中国稀土行业市场也不断扩大，形成国有、民营、外资等多种经济成分并存的投资现状，稀土市场现金规模也在不断壮大。科研水平的提高，主要体现在稀土新材料产业的进步与发展，例如：稀土激光和发光材料、磁性材料、稀土储氢材料、稀土超导材料、稀土气体净化催化材料等。同时，将稀土的高效性能运用到节能灯、镍氢电池等民用终端产品，也在很大程度上满足了世界各国高科技行业发展的需求。

2 中国稀土工业发展带来的负面影响

中国的稀土行业在高速发展的同时也带来了很多的负面影响，中国也为此付出了巨大代价。尤其是环境上的损失使我们不得不重视稀土的不断开发带来的一系列问题。

2.1 稀土资源的过度开发

虽然我国的稀土储量位居世界首位，但随着各地区的无节制开采，以及国外新的稀土矿的不断开发，我国稀土资源储量正呈现急剧下降的趋势，很多的矿区都面临着矿山资源不断衰减的恶劣形势，最为明显的是曾经让我们为之骄傲的白云鄂博矿，现在它的主要矿区的稀土资源仅有原来产量的30%，采选利用率也仅有10%。相比于美国、日本等发达国家，我国的稀土开采利用率较低。美国虽然也有较丰富的稀土资源，占到世界稀土资源的16%，但却大量进口中国廉价的稀土资源，而将本国的资源进行战略储备。这将会使我国在未来的能源储备上处于战略劣势，必然会威胁到我国的经济发展、能源安全。

2.2 生态环境破坏严重

稀土在开采、选冶、分离中，会严重的破坏当地的生态环境，轻者有可能造成水土流失，土壤污染、酸化，重者稀土矿渣中的金属元素会使得污染农田，使得农田失去大量的有机质，使我们赖以生存的农田成为废田。大多数的轻稀土矿多伴生有重金属。因此，在提纯过程中易产生大量高污染气体、高浓度工业废水，同时还会产生具有放射性的矿渣。内蒙古白云鄂博矿区的大面积“矿湖”就是典型的污染产物。离子型中重稀土矿虽采用较为先进的原地浸矿工艺，但仍会产生多种含有重金属的污染物，对植被、地表水、地下水和农田都会产生不同程度的污染。同时，破坏生态环境的恢复与治理，将会花费地方财政更多的财力、物力，成为稀土矿区面临的问题。

2.3 稀土产业结构不合理

尽管我国稀土工业发展迅速，但仍需加强稀土新材料和稀土终端应用技术的研发，不断缩小与世界领先水平的差距。由于我国稀土产品的自主知识产权和稀土新型材料的制备技术较差，高要求的产品没有基本的技术支撑，使得稀土产业呈现不均衡发展，低端产品有残留，高端产品缺乏。同时，国内市场拥有大量中小企业，但有关键核心竞争力的大型国际企业却数量匮乏，稀土价格一直不能和金属等原材料相比，生态环境损失与换取的经济利益不成正比，这些都没有将我国稀土资源的巨大优势体现出来。

参考文献

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