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风化淋积型稀土矿床是我国重要的稀土资源,广泛分布于我国华南地区。该类稀土矿床的成矿母岩类型丰富,包括花岗岩、凝灰岩、灰岩以及变质岩等。其中花岗岩风化壳稀土矿床分布最为广泛,其矿床成因、成矿规律等方面研究也较为深入,而针对凝灰岩风化壳稀土矿床的研究较少,亟待开展。本文以粤北八尺稀土矿凝灰岩风化壳和花岗岩风化壳为研究对象,采用X射线荧光光谱(XRF)、电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等分析测试手段对两种不同类型的风化壳及其细粒矿物组分的主、微量元素、微观形貌及结构等特征开展了系统研究。主要获得以下几方面认识: (1)凝灰岩风化壳和花岗岩风化壳中稀土元素均发生富集,稀土元素的富集与粘土矿物密切相关。 凝灰岩风化壳和花岗岩风化壳的风化作用是不断脱硅富铝的过程,风化壳中风化程度越高(化学蚀变指数越大),铝的含量越高,钾、钠等碱性元素含量越低。两种类型的风化壳均富集轻稀土元素,随风化壳深度的增加,轻重稀土元素之比降低;风化壳的细粒矿物组分中稀土元素含量均约为全风化层中稀土元素含量的2倍,稀土元素的富集与细粒矿物组分密切相关。 (2)凝灰岩风化壳和花岗岩风化壳中存在粘土矿物(高岭石、埃洛石)、稀土元素次生矿物方铈石(CeO2)、铁氧化物矿物(如针铁矿(α-FeOOH)、赤铁矿(α-Fe2O3))以及锰氧化物矿物等纳米矿物。 凝灰岩风化壳和花岗岩风化壳中矿物包括石英与粘土矿物,以及部分未风化的长石;粘土矿物主要为埃洛石、高岭石和少量伊利石。其细粒矿物组分主要为粘土矿物。风化壳中稀土元素次生矿物方铈石、铁氧化物矿物(针铁矿、赤铁矿等)以及锰氧化物矿物之间共生关系明显,这些纳米矿物晶体大小为几到十几纳米,呈多晶集合体,赋存于埃洛石和高岭石等粘土矿物表面。 (3)八尺风化淋积型稀土矿中稀土离子和次生矿物方铈石主要通过吸附赋存于粘土矿物表面。 风化壳中粘土矿物由于类质同象置换而荷负电;在粘土矿物表面具有丰富的羟基,可能使其表面具有丰富的活性吸附位。因而,稀土离子和次生矿物方铈石通过吸附赋存于粘土矿物表面。 以上研究结果表明,八尺风化淋积型稀土矿凝灰岩风化壳和花岗岩风化壳中稀土元素的赋存特征与其粘土矿物组分密切相关,未来需进一步从矿物学角度系统研究稀土元素不同的赋存方式及其与粘土矿物之间的相互作用机制。本论文工作对研究稀土元素地球化学演化、稀土矿成矿机理以及稀土矿处理工艺等方面具有实际意义。