中國粉體網訊 稀土元素（REE和Y）具有卓越的光電磁性能，在軍事、冶金工業、石油化工、玻璃陶瓷和新材料等方面有不可替代的應用價值。近幾十年來，隨著高科技電子產業和綠色能源技術的突飛猛進，陸地上稀土礦產被大量消耗。考慮到供應風險，許多國家開始在海洋探索新型的稀土資源。2011年，日本研究團隊首次報道稱：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量巨大，有望成為未來的稀土資源。隨后各方開始加快深海稀土礦的勘探和研究。然而，目前關于深海沉積物中的稀土富集機制仍存在爭議。
中山大學地球科學與工程學院孫曉明教授指導的一年級博士生廖健林等采用中北太平洋的深海沉積物樣品對此開展研究，取得新進展。全巖地球化學分析數據表明稀土元素與磷酸鈣存在強烈的正相關關系，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的角度切入，探討磷灰石在沉積過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譜圖聯用（LA-ICP-MS）的面掃技術，生物質磷灰石內部的稀土元素分布情況得以呈現（圖2），其分布特征暗示：稀土元素是在生物體之后由外而內擴散進入到磷灰石內部。利用目前技術最頂尖的球差矯正透射電鏡（Titan），得以在原子尺度直觀呈現了磷灰石晶格中以取代機制賦存的稀土元素（圖3）。
圖1. 生物質磷灰石的掃描電鏡圖像
圖2. 采用LA-ICP-MS面掃技術呈現生物質磷灰石的稀土分布特征
圖3. 球差矯正透射電鏡（Titan）揭示富稀土生物質磷灰石在原子尺度的礦物學和地球化學特征
論文研究結果顯示：1.深海沉積物富集的REE主要來源于海水，稀土元素主要是以“擴散進入-取代賦存”的機制在生物質磷灰石中完成富集（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賦存狀態完全不同于陸地上、尤其是華南地區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程中會發生蝕變，因此在利用磷灰石進行古海洋環境重建時需要小心。
圖4. 生物質磷灰石的稀土富集機制模式圖
本研究結果以廖健林為第一作者的論文發表在最新一期的地球化學領域權威學術期刊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
（中國粉體網編輯整理/墨玉）
