粘土矿物和氧化铁矿物对稀土元素地球化学行为的影响
2020-01-17 · 技术研发知识服务融合发展。
碳酸盐岩红色风化壳中的粘土矿物和氧化铁矿物对碳酸盐岩风化成土过程中稀土元素的地球化学行为有着重要影响。碳酸盐岩红色风化壳剖面中稀土元素总量特征和分布模式与剖面中粘土矿物和氧化铁矿物的分布规律有着直接联系,说明碳酸盐岩风化成土过程中粘土矿物和氧化铁矿物的形成和演化过程控制着稀土元素的地球化学行为及分异演化。
粘土矿物吸附态是风化壳中稀土元素的主要存在形式,也是稀土元素富集和分异的载体和物质基础(马英军等,2004)。碳酸盐岩红色风化壳中稀土元素的高度富集带和铈元素的强烈亏损都集中地位于碳酸盐岩风化前锋岩土过渡带的粘土矿物发育部位,这些粘土矿物都是在碳酸盐岩风化成土初期由胶体溶液淀积作用形成的埃洛石、有序度较低高岭石和岩溶水交代作用形成的粘土矿物。岩土过渡带粘土矿物中的稀土元素含量是母岩的10倍以上,说明粘土矿物对稀土元素的吸附能力强,且吸附容量大。这已被大量的模拟实验所证实,例如:江西有色冶金研究所和江西908大队曾用各种电解质溶液,在常温常压下分别对花岗岩风化壳中粘土进行了浸取和吸附实验。实验结果表明,粘土中的稀土大部分能被电解质溶液的离子所交换,粘土矿物具有很强吸附稀土阳离子的能力,并且有很大的吸附容量(王中刚等,1989)。稀土和电解质阳离子的交换反应是可逆的,反应式为:
碳酸盐岩风化成土作用及其环境效应
同时,由于粘土矿物本身的结构、结晶度、晶体化学、表面电荷、颗粒大小等的差异,粘土矿物对稀土元素的吸附具有选择性(宋云华等,1986;林传仙等,1994),不同的粘土矿物将吸附不同的稀土元素,从而引起稀土元素的分异,形成与红色风化壳剖面粘土矿物组合分带相对应的稀土元素垂直分带现象。
碳酸盐岩红色风化壳剖面稀土元素分布的另一个重要特征,就是红色风化壳中铁质条带或铁壳等氧化铁矿物富集带也是剖面中上部稀土元素富集带,这说明氧化铁矿物对红色风化壳中稀土元素具有特殊的富集作用,并且对轻稀土元素的富集程度高于重稀土元素,w(∑Ce)/w(∑Y)比值在4左右,轻稀土元素总量占稀土元素总量的75%以上,显示出明显的轻重稀土元素分异特征。红色风化壳中的氧化铁矿物具有颗粒细、比表面大、活性高、吸附能力强和吸附容量大等特点,是风化成土过程中稀土元素的主要吸附剂和重要载体,特别是氢氧化铁矿物,如针铁矿,具有不稳定的表面结构化学特征及表面电荷不平衡,表面羟基的质子也易解离,从而易于与稀土离子发生选择性吸附,使稀土元素发生分异。在新西兰红色石灰土中的铁锰结核中就存在类似的现象。Rankin and Childs(1976)对新西兰红色石灰土铁锰结核中稀土元素的研究发现,铁锰氧化物明显富集稀土元素,尤其是铈元素。随着风化程度的升高,铁锰相铈占的比例逐渐增加,在紧靠表土层的淀积层中铁锰相铈的比例最高,约占全部铈总量的70%左右,铈正异常表现得尤为突出,表明淀积层中铈主要由铁锰氧化物控制,而且该层(Ce/Ce)N′值高达196。由此可见,在碳酸盐岩风化成土过程中氧化铁矿物对稀土元素的富集起着十分重要的作用,氧化铁矿物对稀土元素的选择性吸附也是风化成土过程中稀土元素分异的重要原因。
2020-03-25 广告