玄武岩风化物中的弱盐酸浸取液中REE分布.doc

玄武岩风化产物在弱盐酸浸取液中REE与Al, P和Mn的分布马金龙1,2, 韦刚健1, 徐义刚11. 中国科学院广州地球化学研究所同位素年代学和地球化学重点实验室，广州，5106402. 中国科学院研究生院，北京，100039摘要: 本文用2N HCl对海南新生代玄武岩风化产物做了浸取实验，数据结果显示绝大部分REE（50%）都容易在弱酸中被浸出。上剖面以及下剖面中浸出含量较高的REE（250ppm）(不包括Ce)与Al显示良好的正相关性，说明了粘土矿物相对REE的附存起到了主要控制作用。 而P和Mn在这两种情况下相关性不明显，但在下剖面中浸出含量较低的REE（80%）多大于下剖面(KH06-8HK06-20) 的浸出比例(80%)，这可能与Al的不同矿物相在2NHCl中的溶解度所控制。与Al相反，P在上剖面的浸出量（330g/g和 20%)，从浸出比例来看，绝大部分的含P矿物相并没有浸出，而是仍然驻留在残余相中，从REE的浸出含量来看（见下文），很可能与REE有关的含P矿物相多被析出，而与其无关的其它含P矿物相以不溶物残留。Mn与Al不同，Mn的浸出比例（50%）远高于P的浸出比例，大部分的含Mn矿物相都易于溶解在弱酸性溶液中。从表中我们可以发现上下剖面的Mn的浸出比例比较相当，除了一些样品可能处在Mn矿物富集层（HK06-9）,所以样品显示极高的浸出比例，如HK06-9的浸出比例达86.04%。这可能由于Mn以不同的价态或是不同矿物相形式存在引起的。2.2 REE含量通常，化学风化产物中上剖面的REE部分的被迁移富集在下剖面，而且由于酸度的影响，往往HREE比LREE有更强的活动能力，从而导致上剖面轻重稀土明显的分异，而下剖面稀土分布趋于平缓(Mongelli, 1993; Nesbitt, 1979; Nesbitt and Markovics, 1997)。在我们的实验中，REE在上下剖面中轻重稀土的浸取比例有显著的差异: 上剖面(HK06-1HK06-7)中轻稀土浸取比例远大于重稀土，而下剖面(HK06-8HK06-20)这种趋势却缓和的多。前者La的浸取比例介于73.25%-79.49%之间, Dy介于55.67%-66.48%之间, 而Yb介于37.07%-61.10%之间. 后者La的浸取比例介于61.28%-82.98%之间，大都小于70%，多小于上剖面中的相应值。中稀土元素Dy的浸取比例介于60.08%-80.34%之间，高于上剖面的相应值，而重稀土元素Yb则明显比上剖面高，变化于61.02%-78.85%之间。上述的REE在2N HCl浸取液中的变化正好验证了风化剖面中REE的迁移规律。由于上剖面风化产物的酸性较大，重稀土在长期酸性环境中的迁移明显比轻稀土快，使得大部分重稀土在上剖面亏损而迁移富集在下剖面。当以等量的酸来浸取此风化产物时较为富集的LREE被大量浸出，而亏损的HREE则相对溶出较少。下剖面由于继承了上剖面淋滤下来的大量HREE使得轻重稀土的分异趋于平缓。与上剖面不同的是下剖面的风化产物的酸度明显减弱，所以当用2N HCl浸取时，HREE在酸度明显改变的情况下被大量溶出，而LREE的溶出比例却相对减小。Ce在稀土元素中比较特别，由于它是变价元素，所以在氧化状态下Ce3+多被氧化成Ce4+，以CeO2的形式存在于剖面中(Braun et al., 1990)。CeO2对酸不太敏感，所以相对其它LREE来说它的浸出比例较小，在原岩Ce含量最高的HK06-9样品中，它的浸出含量尽管也是最高的218.9g/g，但浸出比例却是最低的14.04%。2.3 REE与Al, P和Mn的关系已有的研究结果显示风化产物中REE的附存状态与P以及粘土相有着密切的关系(Banfield and Eggleton, 1989; Nesbitt, 1979; Price et al., 1991)，部分的剖面也显示Mn矿物相也明显附存REE(Rankin and Childs, 1976)。可见由于受到三种相的相互制约，要严格区分REE与他们的关系仍然是件比较困难的事情。考虑到部分粘土矿物相，磷酸盐矿物相和Mn的矿物相对酸比较敏感，易溶解于酸性溶液中，所以可能与之有关的稀土元素也会随着这些矿物相的溶解而同时被浸出，因此可能会为我们提供他们在这些矿物相中的附存信息。图X中，Al与REE（不包括Ce, 以下相同）的相关图显示，在上剖面HK06-1到HK06-7 的样品中Al与REE呈现良好的正相关关系，考虑到这层剖面的风化产物主要以粘土矿物相为主，因此可能暗示了在强烈的化学风化条件下，粘土矿物相是REE附存的主要载体。随着剖面高度的下降（从HK06-8到HK06-20），化学风化程度相对减弱，REE被高度富集在下剖面，在弱酸的提取中，绝大部分含稀土的矿物相都较为容易被溶解，REE浸出比例大都高于60%。高浸出含量的REE（250ppm）与Al呈现很好的正相关性，可见部分的REE依然与粘土矿物相有着密切的关系。而低浸出含量的REE(250ppm）与P没有显示相关性，而低浸出含量的REE与P呈现很好的正相关关系，可见在下剖面中，化学风化程度相对弱的条件下，P矿物相是REE附存的另外一个有效的载体，如：以磷酸稀土矿的形式存在等。这也与我们在全岩分析中观察到的结果相一致（图6.b）.在全岩分析中我们观察到：高REE的含量与Mn呈现正相关性，但在本文中Mn与高含量的REE关系不是很明显，反而与低含量的REE显示弱的正相关趋势，这与我们在全岩分析中观察的结果相一致。在化学风化过程中，我们知道活动的Ce3+ 容易在氧化环境中转化为Ce4+,以CeO2的形式存在于剖面中(Braun et al., 1990)。对于氧化介质除了溶解氧的作用外，在已有的报道中Mn的部分矿物相也可以很容易把Ce3+氧化为Ce4+，并与其共生(Koppi et al., 1996)。从我们的实验中发现，尽管Ce显示相对较低浸出比例，但提取的Mn含量与Ce 含量显示良好的正相关关系，这也从一个角度证明了化学风化剖面中与其它REE性质不同的Ce很大程度上受着Mn的矿物相的制约。2.4 原岩样品的浸取在本实验中我们同时也对此风化剖面的一个原岩样品（HK06-R1）做了相同的淋滤实验，我们很吃惊的发现，样品中的Al，P绝大部分被浸出，浸出比例分别达到84.39%和75.26%，而与之有关的REE也很大比例的被浸出，La的浸出比例达到84.52%, Nd的浸出比例达到82.33%, Yb的浸出比例达到64.92%，从而使得这些元素在淋洗的过程中发生不同程度的丢失。因此本文的数据不支持用2N 以上的HCl对新采的岩石样品做预处理，尤其当岩石样品被碎的较小、比表面积较大时这种影响更显著。RefererncesBanfield J. 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