稀土矿床的认识

稀土矿床 稀有及稀土金属矿床类型较多,主要与酸性岩浆作用(花岗岩、伟晶岩),及碱性岩浆作用有关,大部分矿化作用主要与热液活动有关。 1. 花岗岩型稀有及稀土金属矿床自五十年代在奈及利亚发现含铌铁矿花岗岩以来,对花岗岩中稀有金属矿化的成因一直存在着不同意见,一般认为花岗岩中稀有及稀土金属的矿化是含矿热液交代花岗岩形成的。也有人认为其中某些矿物是从岩浆中晶出的,属岩浆矿床。奈及利亚、苏联、法国等都有花岗岩型稀有及稀土金属矿床。这类矿床主要在中国华南地区分布广泛。矿床实例:江西雅山花岗岩型细晶石、铌钽铁矿矿床矿床位于武功山复背斜东北部的雅山岩体,区内主要地层为一套前泥盆系的浅变质砂页岩,有从加里东期至燕山晚期多次岩浆活动,其中以酸性花岗岩分布最广、规模最大。铌钽矿床与燕山期钠长石花岗岩株及花岗岩脉有关。矿体中稀有金属矿物主要有富锰铌钽铁矿、细晶石、含钽锡石及锂云母。锂、铷、铯主要赋存于锂云母中,部分铯分散于石榴石、部分铷分散在长石中。该矿床是一大型的综合性稀有金属矿床。 2. 霞石正长岩型稀有及稀土金属矿床与霞石正长岩这种碱性岩有关的矿床,可分为两个类型:钠质霞石正长岩型稀有及稀土金属矿床此类矿床常是铌、稀土及铀、钍的综合性矿床。稀有及稀土金属矿物主要为绿层硅铈钛矿(Rinkolite)。含矿岩体常具似层状构造。稀有及稀土金属矿物在碱性岩内呈浸染状或似层状分布。矿床 实例:辽宁凤城赛马碱性正长岩型稀有及稀土金属矿床矿区内出露太古代大理岩、元古代千枚岩、震旦纪石英岩、晚二迭纪碱性侵入岩、侏罗纪火山质凝灰岩及砂页岩。咸性正长岩(220-240 Ma)侵入于大理岩、千枚岩及石英岩中。矿床有三种主要矿化类型(亦与铀含量之增加有关): (1) 绿层硅铈钛矿型矿化:这是本矿床最主要的矿化型,构成了矿床主体,位于草绿色霓霞正长岩内。主要工业矿物为绿层硅铈钛矿。 (2) 富铀烧绿石型矿化:矿化赋存于岩体西部接触带的硅卡岩中。主要工业矿物为富铀烧绿石(U-rich Pyrochlore),常呈细小八面体晶体产出,粒径小于0.02mm,为黑色到褐色,具环带结构。 (3) 脉状沥青铀矿矿化:矿化赋存于岩体西部接触带的蚀变草绿色霓霞正长岩及部分云霞正长岩、黑色霓霞正长岩。含沥青铀矿之矿脉即充填于此类蚀变岩石的裂隙中。沥青铀矿呈胶状、肾状及浸染状与方解石、玉髓、萤石等一起组成矿脉。该类矿化规模不大。云霞正长岩型稀有及稀土金属矿床这类矿床在成因上与钠长石化云霞正长岩有关,常是锆、铌及稀土金属的综合性矿床,具有重要的工业意义。主要工业矿物是烧绿石,水锆石,其次为钍石、铌钙矿(Fersmite, [Ca,Ce,Na][Nb,Ta,Ti]2[O,OH,F]6),偶见易解石(Aeschynite, [Ce,Ca,Fe,Th][Ti,Nb]2[O,OH]6)、铈磷灰石等,常与钠长石化关系密切,局部地段迭加碳酸盐化,并伴随有烧绿石的形成。矿床实例:苏联樱桃山碱性岩型稀有金属矿床樱桃山碱性岩位于乌拉山南部,侵入于花岗片麻岩、角闪石黑云母片麻岩及角闪岩等变质岩系中。铌、钽在各种碱性岩中含量不均匀,其中以云霞正长岩中的含量最高。 由云霞正长岩到黑云母正长岩和霓辉正长岩中的含量递减,但铌钽的比值无显著变化。在云霞正长岩体的内接触带及岩体内裂隙、断层发育地段,钠长石交代作用尤为强烈,形成了钠长石岩。其中烧绿石及锆石高度富集,形成了大型锆、铌矿床。 3. 碱性花岗岩型稀有及稀土金属矿床碱性花岗岩(多为A型花岗岩)常分布于活化地台内,呈规模不大的杂岩体。岩体中的暗色矿物为碱性角闪石(钠闪石,Riebeckite;钠铁闪石,Arfvedsonite)、碱性辉石(霓石,Aegirine)或黑云母及黑鳞云母。稀有金属矿物在岩体内呈浸染状分布,形成浸染状矿石。这类矿床常是多种稀有金属伴生,品位富,规模大,是重要的稀有金属矿床类型。该类矿床在苏联分布较多,中国内蒙古等地亦有分布。矿床实例:内蒙古巴尔哲碱性花岗岩型稀有及稀土金属矿床矿区位于大兴安岭隆起带南段,东西向和北东向构造体系相交之部位。区域内北东向或北北东向深断裂发育,沿这些深断裂,形成一系列中生代断陷盆地。盆地内有中生代火山熔岩及碎屑岩分布,其后有燕山期中性、中酸性及碱性花岗岩侵入。矿体内主要稀有及稀土金属矿物是锆石、硅铍钇矿、氟碳钙铈矿、独居石、铌铁矿、烧绿石、黑稀金矿及铌金红石等。含矿岩体内稀有及稀土金属矿化普遍,分布均匀,整个岩体就是矿体。岩体,,示岩浆来自上地函,且未受到地壳之污染。(eNd=[(143Nd/144Nd)samp/(143Nd/144Nd)bulk earth-1]′104) 该矿床是铍、铌、钽、稀土及锆等多种金属伴生的大型综合性矿床,具有很大的工业价值。 4. 火成碳酸岩型稀有及稀土金属矿床火成碳酸岩(carbonatite)是指岩浆成因的、以碳酸盐类矿物为主的一种火成岩。常与超基性-基性岩紧密伴生,有时也与碱性岩伴生。火成碳酸岩型矿床中,矿产以铌、钽、稀土金属为主,常规模巨大,矿石品位较富,有时整个碳酸岩体均含矿。在欧美铌的总储量中,这类矿床占98.9%。在稀土金属的总储量中,该类矿床的铈族稀土占44%。火成碳酸岩常呈岩筒、岩脉、环状脉、放射状脉及锥状脉等形式侵入于超基性-碱性杂岩体内,有时也具喷出岩特征,呈熔岩流及火山碎屑喷出物产出。火成碳酸岩的矿物成分复杂而多样,已发现的矿物有150种左右,其中碳酸盐类矿物占80-99%,主要是方解石、白云石、铁白云石、菱铁矿等。此外有自然元素、碳化物、硫化物、氧化物、卤化物、硫酸盐、磷酸盐、硅酸盐等矿物。稀有金属矿物主要有烧绿石、铀钽铌矿、铌钇矿、铌铁矿、方钍石、锆石、斜锆石、独居石、氟碳铈矿。碳酸岩的化学成分亦较复杂,有丰富的钡、锶、钛、铌、稀土金属、磷、铀、钍和氟等。火成碳酸岩型矿床分布相当广泛,例如巴西的阿拉克萨和卡塔罗(Araxa and Catalao)、马拉威的坎岗崆地(Kangankunde)、苏联科拉半岛的基比纳(Khibina, Kola Peninsula)、美国的比尔罗吉(Bear Lodge, Wyoming)和金姆公园(Gem Park, Colorado)、加拿大的索耳湖(Thor Lake, Northwest Territories)和加丁尼奥(Gatineau, Quebec)、挪威的范(Fen)、印度的沙努(Sarnu, Rajasthan)和西澳的威尔德山(Mt. Weld)等均属这一类矿床。矿床实例:巴西阿拉克萨火成碳酸岩(Araxa carbonatite)矿床巴西阿 拉克萨火成碳酸岩矿床是世界上最大的铌矿床,其储量占世界铌储量的70%以上。该矿床是在六十年代初期,由于其附近具有强放射性而被发现的,所提供的铌为西方世界所需的60%以上。阿拉克萨碱性岩体形成于白垩纪,侵入于前寒武系的阿拉克萨群中。呈岩筒状,直径约4.5km。岩体近地表部分已遭受强烈的红土化作用。主要碳酸盐类矿物是白云石类。火成碳酸岩具铌矿化,品位一般低于0.4%。原生碳酸岩遭受了强烈的风化作用,从而使铌进一步富集,该带Nb2O5的品位达2.5%以上,个别甚至高达5%,是主要的工业矿体。主要铌矿物为水钡锶烧绿石,伴生矿物有针铁矿、褐铁矿、磁铁矿、重晶石、独居石等。该矿床除铌外,还可回收铀、钍及稀土金属等。 5. 花岗伟晶岩型稀有金属矿床这类矿床是稀有金属的重要来源。花岗伟晶岩中常有锂、铍、铌、钽、铷、铯、锆、铪及稀土金属等高度富集,形成多种稀有金属矿物,如锂云母、锂辉石、透锂长石、绿柱石、硅铍石、铌铁矿、钽铁矿、褐钇铌矿、烧绿石、细晶石、锆石、曲晶石及铯沸石等。含稀有金属伟晶岩属于复杂伟晶岩,其中热液交代作用发育,主要是白云母化,钠长石化和锂云母化。大部分稀有金属矿物的形成和富集均与这些交代作用有关。伟晶岩的形成包括结晶分异作用及热液交代作用两个阶段,稀有金属的富集一部分与结晶作用有关,一部分与热液交代作用有关。挪威奥斯陆地区(Oslo Region)的正长岩伟晶岩中含22种稀土元素矿物。矿床实例:新疆富蕴县可可托海伟晶岩型稀有金属矿床可可托海位于新疆东北角,接近蒙古的边界,矿区内最重要的三号伟晶岩脉产于角闪辉长岩中。 该伟晶岩脉分异良好,交代作用发育,含有多种稀有金属矿。伟晶岩具明显的带状构造,由脉壁到中心可分成以下几带:文象(graphic)结构带石英、锂辉石带糖粒状钠长石带白云母、钠长石带块状微斜长石带钠长石、锂云母带石英、白云母带石英、铯沸石带叶钠长石、锂辉石带块体微斜长石和块体石英带绿柱石主要分布于、带。锂以锂辉石、锂云母形式富集于、带。铌主要富集于-带。钽主要富集于-带。铯集中于‰带。铷全部分散于白云母、锂云母和钾长石内,这些矿物形成愈晚含铷愈多。铯主要分散于绿柱石、白云母、锂云母和钾长石中,只有少量在晚期阶段形成铯沸石中。铪主要富集在锆石内,从脉壁到中心,锆石中含铪量逐渐增高。整个岩脉属早燕山期的侵入体。该伟晶岩体规模巨大,多种稀有金属矿物伴生,为伟晶岩成因及演化的研究提供了丰富的实际资料。近代由于锂主要采自蒸发盐岩,此矿床之经济价值锐减。 6. 云英岩型稀有金属矿床云英岩型(气成热液型)稀有金属矿床中含有稀有金属铍、锂,并经常有钨、锡伴生。这类矿床一般分布于花岗岩体顶部的砂岩、页岩及火山岩等围岩内。矿体多成脉状及网脉状。主要矿石矿物有绿柱石、日光榴石(Helvite)、锂云母及铁锂云母。矿床规模一般为中小型。在花岗岩浆结晶作用的晚期,含F, H2O, S, CO2的气化热液对花岗岩进行强烈的交代形成各种相的云英岩以及铍矿物的富集。此类矿床在苏联、蒙古、非洲及中国都有较广泛的分布。矿床实例:广东万峰山云英岩型绿柱石-日光榴石铍矿床矿区内地层为侏罗纪小坪煤系,由砾岩、砂岩及页岩组成, 夹有劣质煤层。有两次燕山期的岩浆活动,先后形成石英斑岩和黑云母花岗岩,两者呈侵入接触。黑云母花岗岩体内钠长石化及云英岩化交代作用发育,形成钠长石化花岗岩、云英岩化花岗岩及云英岩型稀有金属矿床。云英岩中不同矿物组合的分布具明显的分带性,形成不同的云英岩带。由云英岩体中心向外可分成以上几带:绿柱石-日光榴石带;黄玉-石英云英岩带;黄玉-黑鳞云母-石英云英岩带;黑鳞云母-石英云英岩带。上述四带组成了含铍云英岩型矿体。组成云英岩的矿物主要是石英、黄玉、黑鳞云母及白云母。铍矿物是绿柱石、日光榴石、羟硅铍石及蓝柱石。有黑钨矿、锡石及黄铁矿等伴生。 7. 风化壳型稀有及稀土金属矿床风化壳型稀有及稀土金属矿床主要是含稀有及稀土金属的花岗岩经风化作用后,此等金属发生新的富集而形成。这种富集作用可由稳定的原生矿物堆积而成,或是原生矿物在风化过程中分解形成游离的稀有及稀土金属离子,而后被黏土矿物吸附而成。这类矿床埋藏浅、结构疏松、易采、易选,具有很大的工业价值。奈及利亚焦斯高原(Jos Plateau)上的花岗岩风化壳中的铌铁矿是这类矿床的典型代表,是世界铌铁矿的主要产地之一。中国南方各省(区)也分布有这类矿床。 8. 海滨砂矿型稀有及稀土金属矿床澳大利亚、印度、巴西及中国沿海地区皆有此类矿床分布。矿床实例为海南岛海滨锆石、独居石、钛铁矿砂矿床;矿区位于海南岛东岸,岩源为区内之中生代花岗岩,矿层分布于砂堤群及干凅之舄湖。 9. 复合成因稀有、稀土矿床是指成矿物质具有多种来源、成矿阶段多期次和成矿作用多成因的矿床,有下列特征: (1) 大地构造位置上,多处于地台(或大陆)边缘的深大断裂带附近。 (2) 含矿层属于浅海相沈积,岩石组合为碎屑岩和碳酸盐岩。 (3) 主要成矿时代几乎都在元古代,有些热液成矿作用发生于后。 (4) 矿区内岩浆活动频繁,发育出碱性基性岩和花岗岩。 (5) 矿体大都呈层状,似层状或透镜状。 (6) 矿石中不同来源的元素和矿物种类多,组合复杂。矿床实例内蒙古白云鄂博铁铌稀土矿床矿区位于包头之北的白云村,宽沟大断裂与乌兰宝力格深大断裂的交汇处,分布着中元古代(约1500 Ma)的一套白色石英岩、板岩、灰岩和白云岩,总厚度大于9000公尺。矿区东西长约18km,南北宽约5km,白云岩是主要含矿层,矿石显著富集的元素有铁、铌、钽、轻中稀土、钇等,以往主要是开采铁矿,但目前已知是世界最大的稀土矿床。白云鄂博已经发现的矿物达170种左右,其中铌、稀土、钛、锆、钍及铁的矿物近60种,属于世界承认的新矿物有19种。矿体和围岩发育有广泛的热液交代作用,系由海西期酸性岩浆及其热液所形成,分为接触交代,钠、氟交代和充填交代。矿床之形成除与花岗岩之侵入有明显关系外,尚与碱性岩浆热液作用有关。矿石中87Sr/86Sr初始比为0.7030~0.7065,平均为+3.8 ,矿液可能源于深部(地函),热液成矿作用所形成的白云母类K-Ar等时年龄为270Ma。整区可分为以沈积成因为主,接触交代成因为主和热液交代成因为主的矿床,是一个多成因的典型矿床。 稀土元素的发现稀土一词是历史遗留下来的名称。稀土元素(Rare Earth Element)是从18世纪末叶开始陆续发现,当时人们常把不溶于水的固体氧化物称为土。稀土一般是以氧化物状态分离出来的,又很稀少,因而得名为稀土(Rare Earth,简称RE或R)。 这些稀土元素的发现,从1794年芬兰人加多林(J。Gadolin)分离出钇到1947年美国人马林斯基(J。A。Marinsky)等制得钷,历时150多年。其中大部分稀土元素是欧洲的一些矿物学家、化学家、冶金学家等发现制取的。钷是美国人马林斯基、格兰德宁(L。E。Glendenin)和科列尔(C。D。Coryell)用离子交换分离,在铀裂变产物的稀土元素中获得的。过去认为自然界中不存在钷,直到1965年,芬兰一家磷酸盐工厂在处理磷灰石时发现了痕量的钷。 稀土元素的发现者及命名原因 稀土元素组成 稀土就是化学元素周期表中镧系元素——镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu),以及与镧系的15个元素密切相关的两个元素——钪(Sc)和钇(Y)共17种元素,称为稀土元素。通常把镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕称为轻稀土元素(铈组稀土),钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇称为重稀土元素(钇组稀土)。 也有的根据稀土元素物理化学性质的相似性和差异性,除钪之外(有的将钪划归稀散元素),划分成三组,即轻稀土组为镧、铈、镨、钕、钷;中稀土组为钐、铕、钆、铽、镝;重稀土组为钬、铒、铥、镱、镥、钇。 周期系ⅢB族中原子序数为21、39和57~71的17种化学元素的统称。其中原子序数为57~ 71的15种化学元素又统称为镧系元素。 稀土元素的电子结构 稀土元素的特性 稀土元素是周期表中IIIB族钪、钇和镧系元素之总称。其中钷是人造放射性元素。他们都是很活泼的金属,性质极为相似,常见化合价+3,其水合离子大多有颜色,易形成稳定的配化合物。溶剂萃取和离子交换是目前分离稀土的较好方法。镧、铈、镨、钕等轻稀土金属,由于熔点较低,在电解过程可呈熔融状态在阴极上析出,故一般均采用电解法制取。可用氯化物和氟化物两种盐系,前者以稀土氯化物为原料加入电解槽,后者则以氧化物的形式加入。 稀土矿物 在自然界中主要矿物有独居石、铈硅石、铈铝石、黑稀金矿和磷酸钇矿。因其天然丰度小,又以氧化物或含氧酸盐矿物共生形式存在,故得名。 已经发现的稀土矿物有250种以上,最重要的有氟碳铈镧矿[(Ce,La)FCO3]、独居石[CePO4,Th3(PO4)4]、磷钇石(YPO4)、黑稀金矿[(Y,Ce,Ca) (Nb,Ta,Ti)2O6]、硅铍钇矿(Y2FeBe2Si2O10)、褐帘石[(Ca,Ce)2(Al,Fe)3Si3O12]、铈硅石[(Ce,Y,Pr) 2Si2O7·H2O]。 现已查明,稀土元素并不稀少,特别是中国的稀土资源十分丰富,有开采价值的储量占世界第一位。从1794年芬兰J加多林从瑞典斯德哥尔摩附近的于特比镇发现钇开始,一直到1947年美国JA马林斯基从铀的裂变产物中分离出钷,共经历150多年。 稀土元素用途 大多数稀土元素呈现顺磁性。钆在0℃时比铁具更强的铁磁性。铽、镝、钬、铒等在低温下也呈现铁磁性,镧、铈的低熔点和钐、铕、镱的高蒸气压表现出稀土金属的物理性质有极大差异。钐、铕、钇的热中子吸收截面比广泛用于核反应堆控制材料的镉、硼还大。稀土金属具有可塑性,以钐和镱为最好。除镱外,钇组稀土较铈组稀土具有更高的硬度。 稀土元素已广泛应用于电子、石油化工、冶金、机械、能源、轻工、环境保护、农业等领域。应用稀土可生产荧光材料、稀土金属氢化物电池材料、电光源材料、永磁材料、储氢材料、催化材料、精密陶瓷材料、激光材料、超导材料、磁致伸缩材料、磁致冷材料、磁光存储材料、光导纤维材料等。 常用的氯化物体系为KCl-RECl3他们在工农业生产和科研中有广泛的用途,在钢铁、铸铁和合金中加入少量稀土能大大改善性能。用稀土制得的磁性材料其磁性极强,用途广泛。在化学工业中广泛用作催化剂。稀土氧化物是重要的发光材料、激光材料。 中国拥有丰富的稀土矿产资源,成矿条件优越,堪称得天独厚,探明的储量居世界之首,为发展中国稀土工业提供了坚实的基础。稀土价格: 碳酸稀土 REO 42.0-45.0% 国产 18500-19200 (元/吨) 9月14日氧化镧 La2O3/TREO 99.0-99.9% 国产 30000-33000 (元/吨) 9月14日 氧化铈 CeO2/TREO 99.0-99.5% 国产 24000-25000 (元/吨) 9月14日 氧化钕 Nd2O3/TREO 99.0-99.9% 国产 22 (元/吨) 9月14日 氧化镨 Pr6O11/TREO 99.0-99.5% 国产 21 (元/吨) 9 氧化铽 99.9-99.99% 国产 2820-2920 (元/千克) 9月14日 氧化镝 99.5-99.9% 国产 1350-1400 (元/千克) 9月14日 氧化铕 99.9-99.99% 国产 2950-3000 (元/千克) 9月14日 氧化钇 99.99-99.999% 国产 47000-50000 (元/吨) 9月14日 镨钕氧化物(Nd2O3+Pr6O11)/TREO≥75.0% 国产 19 (元/吨) 9月14日 氧化钐≥99.5% 国产 18000-19000 (元/吨) 9月14日 金属镧La/TREM≥99.0% 国产 54000-57000 (元/吨) 9月14日 金属镨 Pr/TREM 96.0-99.0% 国产 25 (元/吨) 9月14日 金属钕 Nd/TREM 99.0-99.9% 国产 26 (元/吨) 9月14日 金属铈Ce/TREM≥99.0% 国产 47000-50000 (元/吨) 9月14日 金属铽≥99.9% 国产 3500-3800 (元/千克) 9月14日 金属镝≥99% 国产 1650-1750 (元/千克) 9月14日 镨钕合金Pr≥20-25% 国产 25 (元/吨) 9月14日 镨钕镝合金≥99% 国产 24 (元/吨) 9月14日 金属钇 Y/TREM 99.9-99.95% 国产 280-330 (元/千克) 9月14日混合稀土金属TREM≥99.0% Nd/TREM≥10% 国产 58000 (元/吨) 9月14日 混合稀土金属TREM≥99.0% Nd/TREM≥15% 国产 60000 (元/吨) 9 电池级混合稀土金属TREM≥99.0% Nd/TREM≥15% 国产 76000-80000 (元/吨) 9月14日 富镧金属La/TREM≥50.0% TREM≥98.5% 国产 48000-52000 (元/吨) 9月14日 富铈金属Ce/TREM≥65.0% TREM≥98.5% 国产 42000-47000 (元/吨) 9月14日 镝铁合金≥99.5% 国产 138 (元/吨) 9月14日