风化型稀土矿_

风化型稀土矿主要是风化壳淋积型稀土矿,广泛分布在江西、广东、福建、广西、海南、湖南、云南和浙江等省^[23,24]。稀土配分类型主要以中重稀土配分为主,约占矿山比例的90% ,重稀土配分类型占矿山比例的8% ,轻稀土配分类型占矿山比例的2%^[25]。

风化型淋积型稀土矿的形成条件十分复杂,池汝安等认为风化型淋积型稀土矿的形成必须满足以下三个条件^[26,27]: __,原岩必须含有稀土,这是必要条件; 第二,稀土必须是赋存在可风化的稀土矿物和副矿物上,这能满足稀土矿物风化后形成稀土离子的内在条件; 第三,原岩必须处于温暖湿润的气候地区,受生物、物理和化学作用,这是符合原岩风化的外在条件。原岩风化后形成黏土矿物,然后稀土矿物风化后形成水合或羟基水合离子吸附于黏土矿物上,从而形成风化壳淋积型稀土矿^[28,29]。

3. 1 典型的风化壳淋积型稀土矿

风化壳淋积型稀土矿的稀土配分可分为中重稀土配分型、重稀土配分型和轻稀土配分型三种,它们的代表稀土矿分别为信丰矿、龙南矿和寻乌矿,其稀土配分见图4^[10]。

3. 1. 1 中重稀土配分型稀土矿

信丰型稀土矿是一种典型的中钇富铕稀土矿,原矿稀土品位在0. 05% 左右。形成中钇富铕稀土矿床的原岩可以是加里东期或燕山期的各种花岗岩和火山岩等。这种矿床在风化壳淋积型稀土矿中分布最为广泛,大部分稀土矿床都为此稀土配分类型^[30]。

信丰型稀土矿的稀土配分强烈地选择中重稀土配分型,轻稀土约占53. 96% ; 中稀土约占15. 82% ,该类型矿物的最大特点是Eu₂O₃配分特别高,约为0. 93% ; 重稀土含量约为29. 09% ,其中Y₂O₃为24. 26% ,该类型稀土矿是典型的风化壳中重稀土配分型稀土矿。

3. 1. 2 重稀土配分型稀土矿

龙南稀土矿原岩是燕山早期的白云母花岗岩和黑云母花岗岩,其所含的独立稀土矿物主要是硅铍钇矿和氟碳钙钇矿,因此原岩风化后形成一个以钇元素为主的重稀土矿床,为富钇重稀土矿,矿石稀土品位都在0. 08% 以上^[31]。从图4 可以看出,龙南稀土矿稀土配分强烈地选择重稀土配分型,其中重稀土含量约占75. 17% ,而Y₂O₃的含量就高达64. 90% ; 中稀土约为17. 01% ; 轻稀土仅约7. 82% 。在龙南稀土矿中,白云母花岗岩全风化层矿石重稀土品位占稀土总量的74. 82% ~ 88. 45% ,轻稀土只占11. 55% ~ 25. 18% ,其比值为4. 4:1。黑云母花岗岩全风化层矿石重稀土含量占稀土总量的61. 64% ,轻稀土却占38. 36% ,比值约为1. 6:1。龙南稀土矿是典型的风化壳重稀土配分型稀土矿。

3. 1. 3 轻稀土配分型稀土矿

寻乌稀土矿中稀土元素主要以铈和镧为主,是发现的风化壳淋积型稀土矿床中唯一以轻稀土为主的稀土矿床,特别是不存在铈亏效应的稀土矿床,也是一个罕见的以铈为主的轻稀土矿床。寻乌矿原矿稀土品位约为0. 1% ,其稀土配分较为特殊,是典型的低钇富铈稀土矿^[25]。从图4 中可以看到,寻乌稀土矿稀土配分强烈地选择轻稀土配分,其中La₂O₃和Nd₂O₃分别为17. 33% 和18. 62% ,特别是Ce O₂高达47. 16% ,轻稀土共占90. 44% ; 中稀土约占5. 49% ,Eu₂O₃约占0. 63% ; 重稀土约占4. 62% ,其中Y₂O₃仅为2. 55% 。该类型稀土矿是典型的风化型轻稀土配分稀土矿。原因在于该矿矿体存在低价锰的化合物,是一个强烈的还原气氛,使得铈能以三价离子存在^[32]。

3. 2 不同地区中重稀土矿的稀土配分

风化壳淋积型稀土矿以中重稀土配分型稀土矿最为普遍,通常称为信丰型稀土矿,约占90% ,广泛分布在江西、广东、福建、广西、海南、湖南、云南和浙江等省。不同地区中重稀土矿的稀土配分如图5 所示^[10,25]。

这些地区的该类稀土矿床,铕的配分均较高,存在明显的富集。钇的配分均在24. 50% 以上,有的甚至高达34. 75% 。这些稀土矿中中重稀土配分为46% ~ 63% ,属于典型的中重稀土配分型稀土矿,且为中钇富铕稀土矿。

特别值得注意的是该类稀土矿床中,58 号元素铈的配分值明显低于57 号的镧和59 的镨,违背了地球化学中的“奇偶规则”,存在明显的铈亏效应。铈的配分值都低于11% ,有的甚至低至0. 31% 。

铈是地壳中丰度最高的稀土元素。在大部分岩石中,其铈元素也是丰度最高的稀土元素。铈元素由于有特殊的电子结构( 4f¹5d¹s²) ,其三价离子电子结构( 4f¹) 不稳定,容易再失去一个f电子,形成稳定态四价铈( 4f⁰) 。因此,在岩石的风化过程中,矿物的晶格中解离出来三价离子铈,容易发生氧化还原反应,形成四价铈^[13]。铈被氧化为四价铈( Ce^{4 +}) 后,很容易与HCO^{3 -}配合形成稳定的可溶性配合物,随地下渗水迁移流走,造成铈的亏损^[32,33]。

3.3原岩风化和稀土提取产品的稀土配分变化规律

原岩到风化壳矿石,再从风化壳矿石到风化壳淋积型稀土矿的提取产品,它们的配分值呈现出铕的配分Eu₂O₃增加,从0.77%增加至0.91%,其中从原岩到风化壳矿石变化较大,增加0.12%。在地质上将风化壳矿石和风化壳淋积型稀土矿的提取产品与陨石的稀土元素的配分值相比,铕的配分值明显增高,表明原岩在风化过程中铕能明显的富集,这就是富铕效应^[34~36]。图6还可以得出,从原岩到风化壳矿石,再到风化壳淋积型稀土矿提取产品,中重稀土配分有所提高,分别为45.04%、47.57%和51.66%。