广州海洋局在深海稀土研究再次取得重要进展

　　近日，国际权威期刊《Geochimica et Cosmochimica Acta》（中科院一区Top，IF=5.92）以“Enrichment and source of rare earth elements and yttrium in phosphate fractions from deep sea sediments: constraints from chemical leaching experiments”（深海沉积物磷酸盐组分中稀土元素富集和来源：化学浸出实验的限制）为题发表了广州海洋地质调查局深海矿产资源研究团队在深海沉积物稀土元素富集机制研究方面的最新成果，团队负责人为广州海洋局何高文正高级工程师，这是该团队在深海稀土研究领域取得的又一重要进展。

　　随着绿色能源和新兴材料对稀土需求的不断增加，迫切需要多样化的稀土资源提供稳定的供给。富稀土深海沉积物是极具潜力的补充资源，近十年来国内外同行开展了大量针对性的调查研究。然而，关于深海稀土富集机制研究，尤其是磷酸盐组分对稀土元素的超常富集作用仍不明确，海水-沉积物界面的稀土元素迁移、富集过程亦不清楚，以上问题制约着深海稀土成矿模式的建立和找矿突破。

　　团队对采自西太平洋深海盆地超常稀土富集的沉积物柱状样（P57）开展化学淋滤实验、矿物学、元素和同位素分析，揭示了磷酸盐组分对深海沉积物稀土元素的贡献，并证实稀土元素富集主要在海水-沉积物界面附近完成。研究发现，深海沉积物中稀土元素与磷、钙含量以及生物磷灰石颗粒含量呈现良好的相关性（图1），揭示了磷酸盐组分对稀土元素的控制作用。同时，定量揭示了沉积物中稀土元素与赋存物相的关系，可表达为：∑REY = 0.002 × [Al₂O₃] + 0.004 × [MnO] + 0.057 × [P₂O₅] - 235.7（R=0.98，n=1471）。深海沉积物中磷酸盐组分具有独特的高稀土含量，称为“富稀土磷酸盐”，比海洋磷块岩以及陆上沉积型磷矿高1~2个数量级。深海沉积物稀土富集过程中，磷的堆积是基础，富稀土磷酸盐的形成是关键。海底底流对沉积物的侵蚀和分选造成富稀土生物磷灰石颗粒的聚集，易形成富稀土层。

　　图1 P57站位各层位稀土元素与主要元素之间的含量变化关系

　　磷酸盐组分、富稀土沉积物均具有与海水相似的Ce负异常、Y正异常独特稀土模式，指示了主要的海水来源。然而海水的稀土元素含量极低，生物颗粒的可逆吸附，促进海水稀土元素“自上而下”的迁移（图2），并在沉积物-海水界面附近释放和富集。磷酸盐组分的沉积通量和对稀土元素的富集能力远远大于铁锰氧化物，尽管后者强烈的选择性富集对海水稀土模式影响很大，稀土元素最终主要富集在磷酸盐组分中。沉积物内部孔隙水系统较为脆弱，没有稳定的稀土元素补给，即使铁锰氧化物发生稀土元素溶解，亦不足以改变磷酸盐组分的稀土组成。

　　图2 远洋水柱中溶解态Nd、Fe、Mn、P浓度的纵向剖面

　　论文第一作者为广州海洋局任江波和蒋雪筱，通讯作者为局副总工程师何高文，合作者包括王汾连、杨天邦、罗帅杰、邓义楠、周建厚、邓希光、姚会强，以及桂林理工大学余红霞。该研究由南方海洋科学与工程广东省实验室（广州）首批人才团队引进重大专项项目（GML2019ZD0106）、国家自然科学青年基金（42002085, 92162216, 42103071）、中国地质调查局项目（DD20191009, DD20190629）等联合资助。

　　相关论文信息： https://doi.org/10.1016/j.gca.2022.08.035

(任江波)