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風(fēng)化殼型稀土礦床(又稱離子吸附型稀土礦床)是全球中重稀土資源的主要來(lái)源。在該類礦床形成過(guò)程中，原生(含)稀土礦物風(fēng)化釋放稀土元素是稀土最終在風(fēng)化殼中以離子吸附態(tài)富集成礦的關(guān)鍵，但各類稀土賦存礦物的溶解行為及其對(duì)成礦的貢獻(xiàn)尚未明晰。氟碳鈰礦在成礦基巖中廣泛分布，同時(shí)也是三大稀土工業(yè)礦物之一。氟碳鈰礦等稀土氟碳酸鹽礦物通常在半風(fēng)化層便完全風(fēng)化，因此認(rèn)為它們的抗風(fēng)化能力較弱，是成礦的重要物質(zhì)來(lái)源。然而，溶解反應(yīng)熱力學(xué)計(jì)算結(jié)果卻表明氟碳鈰礦在風(fēng)化殼型稀土礦床的弱酸性地下水環(huán)境中(pH=5.4–6)無(wú)法溶解(Li et al.,?2022)。野外觀測(cè)與模擬計(jì)算結(jié)果的不一致引發(fā)了對(duì)氟碳鈰礦風(fēng)化溶解機(jī)制的疑問(wèn)。為此，中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所何宏平研究員團(tuán)隊(duì)基于其前期研究(He et al., 2023, 2024)提出“微生物作用可能是驅(qū)動(dòng)氟碳鈰礦風(fēng)化釋放稀土元素的重要?jiǎng)恿Α边@一假設(shè)并利用風(fēng)化型稀土礦床風(fēng)化殼中原位棲息的微生物菌株開(kāi)展了礦物溶解實(shí)驗(yàn)。

研究發(fā)現(xiàn)，與熱力學(xué)計(jì)算結(jié)果一致，在與風(fēng)化殼深部地下水環(huán)境相近的pH?= 6條件下，氟碳鈰礦難以通過(guò)酸解反應(yīng)被溶解。然而，相似條件下，微生物顯著增強(qiáng)了氟碳鈰礦溶解，稀土元素的溶解量提升約2個(gè)數(shù)量級(jí)。微生物釋放的葡萄糖酸、酒石酸等強(qiáng)有機(jī)配體，通過(guò)絡(luò)合和酸解作用協(xié)同促進(jìn)稀土元素活化。在風(fēng)化殼中氟碳鈰礦等稀土氟碳酸礦物通常在弱風(fēng)化層已大量風(fēng)化，過(guò)快的風(fēng)化速率可能導(dǎo)致稀土元素過(guò)早流失，反而限制了其對(duì)成礦的有效貢獻(xiàn)。經(jīng)估算，在pH = 6條件下，實(shí)驗(yàn)測(cè)定的氟碳鈰礦的溶解速率(RCe?= 10?13?10?12?mol?m?2?s?1)接近或略低于相似條件下估算的部分長(zhǎng)石和云母類礦物的溶解速率。由此推斷，氟碳鈰礦溶解釋放出的稀土元素能被這些造巖礦物風(fēng)化形成的黏土礦物吸附富集，從而為成礦提供物質(zhì)來(lái)源。

上述發(fā)現(xiàn)表明微生物是驅(qū)動(dòng)氟碳鈰礦自然風(fēng)化的重要因素，為氟碳鈰礦溶解的熱力學(xué)計(jì)算結(jié)果與自然現(xiàn)象之間的矛盾提供了可能的解釋，同時(shí)也為認(rèn)識(shí)風(fēng)化殼型稀土礦床成礦物源以及完善其生物地球化學(xué)成礦模型提供了新視角。

本研究得到了以下項(xiàng)目的聯(lián)合資助：國(guó)家自然科學(xué)基金(42172049);國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2021YFC2901701)；廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目(2023B1212060048)；廣州市科技計(jì)劃項(xiàng)目(2024A04J4827)。相關(guān)成果已在線發(fā)表于地球化學(xué)期刊Geochimica et Cosmochimica Acta。

文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.gca.2025.02.027.

     圖1?本研究中氟碳鈰礦的溶解速率（以RCe表示）與前人研究在相似條件下測(cè)定的（A）斜長(zhǎng)石（Pl）和鉀長(zhǎng)石（Kfs）、（B）黑云母（Bt）和白云母（Ms）的溶解速率（以RSi表示）。Buffered-biow RCe是指恒定pH = 6條件下的微生物風(fēng)化實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的Ce釋放速率。同時(shí)將本研究中未添加緩沖劑的微生物風(fēng)化實(shí)驗(yàn)（Exp-Biow）中穩(wěn)定酸性條件下（pH ~3.7）第8至30天Ce的釋放速率以及無(wú)菌化學(xué)溶解實(shí)驗(yàn)中的Ce釋放速率置于圖中以作比較.