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稀土La^(3+)离子在高岭石表面吸附的原位AFM研究

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大地构造与成矿学 2024年第2期48卷 283-292页

作者：冉凌瑜王高锋王迎亚梁晓亮朱润良朱建喜何宏平中国科学院广州地球化学研究所矿物学与成矿学重点实验室/广东省矿物物理与材料研究开发重点实验室广东广州510640 中国科学院深地科学卓越创新中心广东广州510640 中国科学院大学北京100049

离子吸附型稀土矿是我国优势矿产资源,该类型矿床中,稀土元素主要是以离子的形式吸附在高岭石、埃洛石和铁锰氧化物等次生矿物上。本文主要通过原子力显微镜(AFM)的微观区域的力学测量功能,结合DLVO理论,研究原位水环境下稀土La^(3+)对... 详细信息

离子吸附型稀土矿是我国优势矿产资源,该类型矿床中,稀土元素主要是以离子的形式吸附在高岭石、埃洛石和铁锰氧化物等次生矿物上。本文主要通过原子力显微镜(AFM)的微观区域的力学测量功能,结合DLVO理论,研究原位水环境下稀土La^(3+)对高岭石不同表面(Si面和Al面)Stern电位的影响,揭示高岭石对La^(3+)的吸附能力随Si面和Al面表面性质不同而变化。实验结果表明:当La^(3+)浓度从0增加至1.0 mmol/L时,高岭石Si面的Stern电位由−46 mV转变为4 mV,表明高岭石Si面对La^(3+)有吸附作用;而Al面的Stern电位(在28~31 mV之间波动)几乎没有变化,表明高岭石Al面对La^(3+)的吸附作用不强。该研究表明在pH=4~6的风化壳条件下,高岭石Si面对La^(3+)的吸附可能占主导作用,Al面的贡献相对较小。本研究从微观角度揭示了稀土元素在高岭石不同表面的吸附特征,明确了高岭石不同表面对稀土元素吸附的贡献,为阐明风化壳中稀土的富集机制提供信息。

关键词：黏土矿物高岭石稀土吸附 AFM 离子吸附型稀土

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离子吸附型稀土矿床的诱导成矿学研究

大地构造与成矿学 2024年第2期48卷 293-301页

作者：李宁波王焰朱建喜杨武斌中国科学院广州地球化学研究所矿物学与成矿学重点实验室/广东省矿物物理与材料研究开发重点实验室广东广州510640 中国科学院深地科学卓越创新中心广东广州510640 中国科学院大学北京100049

诱导成矿学的核心理念是针对低品位矿石、尾矿和具有成矿潜力岩石中的关键金属资源,通过人工干预手段诱导目标金属元素活化和富集,在有限的时间尺度内形成具有经济价值的可利用资源。离子吸附型稀土矿床是全球稀土资源的主要来源之一,... 详细信息

诱导成矿学的核心理念是针对低品位矿石、尾矿和具有成矿潜力岩石中的关键金属资源,通过人工干预手段诱导目标金属元素活化和富集,在有限的时间尺度内形成具有经济价值的可利用资源。离子吸附型稀土矿床是全球稀土资源的主要来源之一,近年来为全球提供了80%以上的中、重稀土资源供给。该类矿床的形成主要受控于内生稀土初始富集和表生风化淋积成矿两个过程,而后者对于成矿极为关键。由于我国华南地区具有适宜形成离子吸附型稀土矿床的气候条件、大量出露的花岗质岩石及风化壳,因此对该地区开展人工诱导成矿技术研发将具有重要应用前景。通过分析离子吸附型稀土矿床形成的控制因素,预计可选择具有成矿潜力的花岗岩、含稀土风化壳和低品位矿床作为主要诱导成矿对象。通过调控地形地貌、生态、水文和风化壳物理化学条件等加速风化进程,促进稀土元素释放,引导稀土元素定向迁移,并在指定位置进行沉淀成矿,形成具有经济价值的富集稀土的矿体。特别是在该过程中可控制轻重稀土元素的分异,促使其形成富集重稀土的矿体,为解决全球重稀土资源紧缺和保障重稀土资源持续供给提供有效实施方案。因此,对离子吸附型矿床开展诱导成矿学研究具有重要的理论意义和应用价值,可作为诱导成矿学的重点研究方向之一。

关键词：诱导成矿学离子吸附型稀土矿床风化过程稀土元素迁移沉淀

南岭地区离子吸附型稀土矿床基岩的稀土元素预富集机制探讨

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大地构造与成矿学 2024年第2期48卷 200-212页

作者：豆敬兆王焰谭伟赵子送中国科学院广州地球化学研究所矿物学与成矿学重点实验室广东广州510640 广东省矿物与材料研究开发重点实验室广东广州510640 中国科学院深地科学卓越创新中心广东广州510640 中国科学院大学北京100049

南岭地区离子吸附型稀土矿床是目前全球重稀土的主要来源。在岩浆演化及热液蚀变过程中,稀土元素在成矿基岩中的迁移和富集过程受稀土元素的地球化学行为控制。本文对比了离子吸附型轻、重稀土矿床中基岩在矿物组合、岩石化学及主要稀... 详细信息

南岭地区离子吸附型稀土矿床是目前全球重稀土的主要来源。在岩浆演化及热液蚀变过程中,稀土元素在成矿基岩中的迁移和富集过程受稀土元素的地球化学行为控制。本文对比了离子吸附型轻、重稀土矿床中基岩在矿物组合、岩石化学及主要稀土矿物类型等方面的差异,简要介绍了南岭地区离子吸附型稀土矿床基岩中热液活动与稀土元素富集的相关研究进展。其中富重稀土矿床的基岩主要为高硅碱长花岗岩(SiO_(2)>75%),基岩中硅铍钇矿和氟碳钙钇矿为主要稀土矿物。岩浆期后热液过程中,早期形成的氟铈矿等轻稀土矿物可导致残余流体富集重稀土元素,并形成重稀土热液矿物,稀土氯络合物可能是流体中迁移并富集重稀土元素的主要介质。而富轻稀土矿床的基岩主要为黑云母花岗岩、花岗闪长岩等(SiO_(2)矿物为褐帘石和榍石,为岩浆演化晚期结晶产物,其在后期含F^(−)、CO_(3)^(2−)/HCO_(3)^(–)流体作用下蚀变成氟碳钙铈矿;这一过程导致轻稀土元素在基岩中被重新活化并再次富集。含F^(−)、CO_(3)^(2−)/HCO_(3)^(–)流体可能与南岭地区地下水的贡献有关。

关键词：南岭地区离子吸附型稀土矿床花岗质基岩热液蚀变稀土富集

上寨离子吸附型稀土矿床褐帘石结构和成分特征及其对成矿的指示

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大地构造与成矿学 2024年第2期48卷 248-258页

作者：冯雨周陈华勇郑惠肖兵初高彬张俊岭中国科学院广州地球化学研究所矿物学与成矿学重点实验室广东广州510640 中南大学有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室湖南长沙410083 中国科学院大学北京100049 广东省矿物物理与材料研究开发重点实验室广东广州510640

上寨矿床为华南地区新发现的一个同时富含轻重稀土的离子吸附型稀土矿床,矿体位于粗粒黑云母花岗岩风化壳中。褐帘石是粗粒黑云母花岗岩中一种重要的副矿物(占比约为0.11%)。化学成分分析结果显示原生褐帘石具有富轻稀土元素的特征,其... 详细信息

上寨矿床为华南地区新发现的一个同时富含轻重稀土的离子吸附型稀土矿床,矿体位于粗粒黑云母花岗岩风化壳中。褐帘石是粗粒黑云母花岗岩中一种重要的副矿物(占比约为0.11%)。化学成分分析结果显示原生褐帘石具有富轻稀土元素的特征,其轻稀土(LREE)和重稀土元素(HREE)含量以及(La/Yb)N值分别为177940~188928μg/g、3732~5499μg/g和92.6~153。这些原生褐帘石轻稀土元素含量约占全岩轻稀土元素总量的86%,为上寨矿床轻稀土元素的主要来源。通过显微观察结合背散射图像可以发现,上寨矿床成矿母岩中的原生褐帘石被热液流体交代后蚀变形成了氟碳钙铈矿,在这个过程中褐帘石中的轻稀土和Ca元素被淋滤出来后主要进入了氟碳钙铈矿中,指示褐帘石被交代形成氟碳钙铈矿的过程中轻稀土元素发生了活化、迁移和富集。另外,被交代的褐帘石其Fe_(2)O_(3)T、MnO和MgO含量降低,而Sr、Y、Nb、W、Th、U、Zr以及HREE含量增加,这些增加的HREE可能来源于热液流体或其他富HREE的原生矿物。本研究表明,原生褐帘石被热液流体交代有利于轻稀土元素的富集成矿,但对重稀土矿化的贡献较小。

关键词：褐帘石稀土活化离子吸附型稀土矿床华南地区

单个流体包裹体成分激光剥蚀原位分析方法及其在矿床学中应用

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大地构造与成矿学 2024年

作者：高振丽杨武斌屈潘中国科学院广州地球化学研究所矿物学与成矿学重点实验室/广东省矿物物理与材料研究开发重点实验室

流体包裹体是矿物晶体生长过程中或生长后被捕获的微小珠滴,可以直接保存有关古流体的物理和化学信息,被广泛应用于矿床学研究。单个流体包裹体激光剥蚀分析能够原位测量流体包裹体中的多种元素组成,是有效检测成矿流体组成的重要分析手... 详细信息

流体包裹体是矿物晶体生长过程中或生长后被捕获的微小珠滴,可以直接保存有关古流体的物理和化学信息,被广泛应用于矿床学研究。单个流体包裹体激光剥蚀分析能够原位测量流体包裹体中的多种元素组成,是有效检测成矿流体组成的重要分析手段,目前主要有LA-ICP-MS、LIBS和LA-ICP-AES等方法,其中以LA-ICP-MS的优势最为明显。本文对流体包裹体原位分析过程中包括包裹体选择策略、包裹体剥蚀方法、检测测量方法及其定量计算原理等方面的研究进展进行综述,并认为光谱和质谱的联用分析技术可以有效地提高分析精确度和准确度,是未来单个流体包裹体原位分析应该重点发展的方向。同时,本文总结了近年来单个流体包裹体成分分析在矿床学研究中的重要应用和贡献,包括成矿流体的来源、成矿元素的迁移和沉淀过程。

关键词：流体包裹体微区分析激光剥蚀电感耦合等离子质谱仪激光诱导击穿光谱仪矿床学

钴类质同象置换对黄铁矿氧化产活性氧性能的影响机制

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地球化学 2024年

作者：李亚欢黄娥夏玉林梁晓亮中国科学院广州地球化学研究所矿物学与成矿学重点实验室/广东省矿物物理与材料研究开发重点实验室中国科学院大学

黄铁矿(FeS2)是地壳中分布最广的硫化物矿物。由于其形成于还原环境，暴露于地表后会发生氧化作用，产生过氧化氢(H2O2)和羟基自由基（·OH）等活性氧物种，从而影响元素和环境物质的迁移和转化，相关过程及其反应机制受到广泛关注... 详细信息

黄铁矿(FeS2)是地壳中分布最广的硫化物矿物。由于其形成于还原环境，暴露于地表后会发生氧化作用，产生过氧化氢(H2O2)和羟基自由基（·OH）等活性氧物种，从而影响元素和环境物质的迁移和转化，相关过程及其反应机制受到广泛关注。黄铁矿结构中广泛存在类质同象置换。相比于纯黄铁矿，钴（Co）含量为3.6%的黄铁矿氧化产生更多的H2O2和·OH，但相关增强机制及其影响因素尚未明确。因此，本研究制备了不同Co含量的类质同象置换黄铁矿，通过系统的结构与表面性质表征和模拟实验，探究了Co置换对黄铁矿氧化产活性氧性能的影响机制。结果表明，在Co含量为1.0%～7.8%范围内，随着置换量增加，黄铁矿氧化产·OH活性增强，而产H2O2浓度降低，同时产·OH机制由均相Fenton反应向非均相Fenton反应转变，这与Co置换提高黄铁矿的电导率有关。上述认识有助于理解和掌握黄铁矿的氧化机制及其地球化学意义。

关键词：黄铁矿 Co类质同象置换过氧化氢羟基自由基 Fenton反应

风化壳中不同种类黏土矿物对离子态稀土元素富集的贡献——以帽峰山风化剖面为例

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大地构造与成矿学 2024年第2期48卷 270-282页

作者：徐洁黄伟光王高锋徐永进魏景明朱建喜何宏平中国科学院广州地球化学研究所矿物学与成矿学重点实验室/广东省矿物物理与材料研究开发重点实验室广东广州510640 中国科学院深地科学卓越创新中心广东广州510640 中国科学院大学北京100049 广晟有色金属股份有限公司广东广州510610

在离子吸附型稀土矿床中,黏土矿物被认为是可交换离子态稀土元素的主要载体。高岭石和埃洛石是风化壳中富集稀土元素的主要黏土矿物,高岭石和埃洛石属同族矿物,结构相似,互为多型,由于常规方法无法准确区分高岭石和埃洛石的矿物组成和含... 详细信息

在离子吸附型稀土矿床中,黏土矿物被认为是可交换离子态稀土元素的主要载体。高岭石和埃洛石是风化壳中富集稀土元素的主要黏土矿物,高岭石和埃洛石属同族矿物,结构相似,互为多型,由于常规方法无法准确区分高岭石和埃洛石的矿物组成和含量,从而无法准确区分各黏土矿物对稀土元素富集的贡献。本文以帽峰山风化剖面为研究对象,采用甲酰胺法处理风化壳样品,对风化壳中的高岭石和埃洛石进行半定量分析。并且,通过模拟吸附实验,查明了各类黏土矿物对稀土离子的吸附特征和吸附量,并结合等温吸附模型,揭示了黏土矿物对稀土离子的吸附机理。进一步通过理论计算,量化了各类黏土矿物对风化剖面不同深度稀土元素富集的贡献。结果表明,全风化层稀土元素富集的主要贡献矿物是高岭石,全风化层下部和表土层稀土元素富集的主要贡献矿物是埃洛石,半风化层稀土元素富集的贡献矿物同时包括高岭石、埃洛石和伊利石。本文半定量分析了风化壳中高岭石和埃洛石的矿物组成,量化了各类黏土矿物对风化壳各层稀土元素富集的贡献作用,厘清了各类黏土矿物对稀土离子的吸附机理,为进一步认识风化壳中稀土元素富集机制奠定理论基础。

关键词：离子吸附型稀土富集黏土矿物高岭石埃洛石

黏土矿物衍生纳米材料作为锂离子电池负极材料的研究进展

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硅酸盐学报 2024年第7期52卷 2381-2395页

作者：黄海铭李向军韦寿淑杜静谢捷洋陈情泽朱润良中国科学院广州地球化学研究所中国科学院矿物学与成矿学重点实验室/广东省矿物物理与材料研究开发重点实验室广州510640 中国科学院深地科学卓越创新中心广州510640 中国科学院大学北京100049 惠州市鼎元新能源科技有限公司广东惠州516227

黏土矿物因具有独特的微纳米结构、较大的比表面积和良好的热/化学稳定性等特点,其衍生纳米材料在锂离子电池负极材料领域的应用中展现出了巨大的潜力。本文综述了最新的国内外进展,重点介绍了黏土矿物衍生纳米材料的制备以及在锂离子... 详细信息

黏土矿物因具有独特的微纳米结构、较大的比表面积和良好的热/化学稳定性等特点,其衍生纳米材料在锂离子电池负极材料领域的应用中展现出了巨大的潜力。本文综述了最新的国内外进展,重点介绍了黏土矿物衍生纳米材料的制备以及在锂离子电池负极材料领域的应用,并探讨了在商业化领域存在的挑战。

关键词：黏土矿物纳米材料锂离子电池负极材料

有机蒙脱石/聚氨酯海绵复合气凝胶去除疏水性有机污染物性能

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硅酸盐学报 2024年

作者：何诗雅刘相君韦寿淑陈情泽朱润良中国科学院广州地球化学研究所矿物学与成矿学重点实验室/广东省矿物物理与材料开发重点实验室中国科学院深地科学卓越创新中心中国科学院大学

疏水性有机污染物对生态系统和人类健康造成了严重危害，亟需开发低成本、高效、环保及可再生的吸附剂用于去除疏水性有机污染物。本研究通过超声溶胀和冷冻干燥法制得密度低(34.61 mg/cm3)、疏水性强和可燃性低的有机蒙脱石/聚氨酯海... 详细信息

疏水性有机污染物对生态系统和人类健康造成了严重危害，亟需开发低成本、高效、环保及可再生的吸附剂用于去除疏水性有机污染物。本研究通过超声溶胀和冷冻干燥法制得密度低(34.61 mg/cm3)、疏水性强和可燃性低的有机蒙脱石/聚氨酯海绵复合气凝胶。对该复合气凝胶的形貌和结构进行了分析，并探究了其对疏水性有机污染物、油和有机溶剂的吸附/吸收能力。结果表明：有机蒙脱石/聚氨酯海绵复合气凝胶对苯蒸汽的静态吸附量可达682.3 mg/g，对溶液中双酚A和硝基苯的吸附量分别为339.8 mg/g和137.0 mg/g，对不同油和有机溶剂的吸收量为20.8～37.0 g/g，且具有良好的可重复利用性。此外，有机蒙脱石/聚氨酯海绵复合气凝胶对实际污水中的有机物也有较好的吸收性能（7.12 g/g），且易于回收利用，有望作为1种高效的蒙脱石基吸附材料应用于污染控制领域。

关键词：蒙脱石气凝胶吸附有机污染物油/水分离