中國(guó)粉體網(wǎng)訊 稀土元素（REE和Y）具有卓越的光電磁性能，在軍事、冶金工業(yè)、石油化工、玻璃陶瓷和新材料等方面有不可替代的應(yīng)用價(jià)值。近幾十年來(lái)，隨著高科技電子產(chǎn)業(yè)和綠色能源技術(shù)的突飛猛進(jìn)，陸地上稀土礦產(chǎn)被大量消耗。考慮到供應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)，許多國(guó)家開始在海洋探索新型的稀土資源。2011年，日本研究團(tuán)隊(duì)首次報(bào)道稱：東南太平洋和中北太平洋的深海沉積物富集高含量的稀土元素且儲(chǔ)量巨大，有望成為未來(lái)的稀土資源。隨后各方開始加快深海稀土礦的勘探和研究。然而，目前關(guān)于深海沉積物中的稀土富集機(jī)制仍存在爭(zhēng)議。
中山大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院孫曉明教授指導(dǎo)的一年級(jí)博士生廖健林等采用中北太平洋的深海沉積物樣品對(duì)此開展研究，取得新進(jìn)展。全巖地球化學(xué)分析數(shù)據(jù)表明稀土元素與磷酸鈣存在強(qiáng)烈的正相關(guān)關(guān)系，指示磷灰石是一種重要的稀土賦存礦物。廖健林等從納米地球化學(xué)的角度切入，探討磷灰石在沉積過(guò)程中的稀土元素分布和富集特征。掃描電鏡圖像表明富集稀土的磷灰石大多數(shù)是海洋生物遺骸（圖1），采用激光剝蝕與電感耦合等離子體質(zhì)譜圖聯(lián)用（LA-ICP-MS）的面掃技術(shù)，生物質(zhì)磷灰石內(nèi)部的稀土元素分布情況得以呈現(xiàn)（圖2），其分布特征暗示：稀土元素是在生物體之后由外而內(nèi)擴(kuò)散進(jìn)入到磷灰石內(nèi)部。利用目前技術(shù)最頂尖的球差矯正透射電鏡（Titan），得以在原子尺度直觀呈現(xiàn)了磷灰石晶格中以取代機(jī)制賦存的稀土元素（圖3）。
圖1. 生物質(zhì)磷灰石的掃描電鏡圖像
圖2. 采用LA-ICP-MS面掃技術(shù)呈現(xiàn)生物質(zhì)磷灰石的稀土分布特征
圖3. 球差矯正透射電鏡（Titan）揭示富稀土生物質(zhì)磷灰石在原子尺度的礦物學(xué)和地球化學(xué)特征
論文研究結(jié)果顯示：1.深海沉積物富集的REE主要來(lái)源于海水，稀土元素主要是以“擴(kuò)散進(jìn)入-取代賦存”的機(jī)制在生物質(zhì)磷灰石中完成富集（圖4），其取代模式為：REE3++Na+↔2Ca2+ 和/或 REE3++Si4+↔Ca2++P5+；2.深海富稀土沉積物中REE賦存狀態(tài)完全不同于陸地上、尤其是華南地區(qū)廣泛存在的離子吸附型稀土礦床，因此需要全新的回收工藝；3.生物磷灰石在海洋沉積物成巖過(guò)程中會(huì)發(fā)生蝕變，因此在利用磷灰石進(jìn)行古海洋環(huán)境重建時(shí)需要小心。
圖4. 生物質(zhì)磷灰石的稀土富集機(jī)制模式圖
本研究結(jié)果以廖健林為第一作者的論文發(fā)表在最新一期的地球化學(xué)領(lǐng)域權(quán)威學(xué)術(shù)期刊Chemical Geology上：Jianlin Liao, Xiaoming Sun*, Dengfeng Li, Rina Sa, Yang Lu, Li Xu, Yuguan Pan. 2019, New insights into nanostructure and geochemistry of bioapatite in deep sea REE-rich sediments: LA-ICP-MS, TEM, and Z-contrast imaging studies. Chemical Geology, 512: 58-68
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/墨玉）
