稀土元素地球化學全解

1、會計學1稀土元素地球化學全解稀土元素地球化學全解第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 稀土元素是稀有元素的一部分，稀土元素是稀有元素的一部分，“稀有元素稀有元素”這一這一名稱是歷史原因造成的，并不十分科學。大約在名稱是歷史原因造成的，并不十分科學。大約在1919世世紀中葉起，人們將某些發(fā)現較晚且應用有限的元素稱紀中葉起，人們將某些發(fā)現較晚且應用有限的元素稱之為之為“稀有元素稀有元素”以后就一直沿用下來。以后就一直沿用下來。 稀有元素稀有元素：是一類克拉克值低或極低且不易富集成：是一類克拉克值低或極低且不易富集成礦、而為現代工業(yè)、國防與尖端技術所必需的金屬或礦、而為現代工業(yè)、國防與尖端技術所必需的金屬或非金屬

2、元素。非金屬元素。 各國對稀有元素分類的標準稍有不同，有些國家將各國對稀有元素分類的標準稍有不同，有些國家將W W、SnSn、MoMo、BiBi列為稀有元素，有的國家將列為稀有元素，有的國家將TiTi、B B、SrSr、BaBa等也列為稀有元素。等也列為稀有元素。 稀土元素稀土元素：鑭系元素：鑭系元素+ +Y Yv稀有元素類型的劃分稀有元素類型的劃分主體稀有元素主體稀有元素：LiLi、RbRb、CsCs、BeBe、NbNb、TaTa、ZrZr、HfHf （8 8個親石元素）個親石元素）LiLi氫彈材料、宇航固體燃料添加劑氫彈材料、宇航固體燃料添加劑BeBe航天工業(yè)；航天工業(yè)；NbNb、TaTa

3、鋼鐵工業(yè)鋼鐵工業(yè)分散元素分散元素：InIn、GaGa、GeGe、CdCd、SeSe、TeTe、TlTl、ReRe、ScSc （主要是親硫元素）主要是親硫元素） InIn2 2O O3 3液晶顯示器液晶顯示器放射性元素放射性元素：U U、ThTh、PoPo、AtAt、RnRn、FrFr與錒系等元素與錒系等元素。v稀土元素名稱的由來稀土元素名稱的由來 以往由于分析技術水平低，誤認為它們在地以往由于分析技術水平低，誤認為它們在地殼中很稀少，另外它們一般發(fā)現于富集的風化殼殼中很稀少，另外它們一般發(fā)現于富集的風化殼上，呈土狀，故名稀土。實際上稀土并不稀，上，呈土狀，故名稀土。實際上稀土并不稀，REERE

4、E的地殼豐度為的地殼豐度為0.017%0.017%，CeCe、LaLa、NdNd的豐度比的豐度比W W、SnSn、MoMo、PbPb、CoCo還高。中國是稀土大國，我國還高。中國是稀土大國，我國的稀土礦尤為豐富（贛南、白云鄂博）。的稀土礦尤為豐富（贛南、白云鄂博）。 中國是稀土大國，我國的稀土礦尤為豐富中國是稀土大國，我國的稀土礦尤為豐富 。 我國內蒙白云鄂博稀土礦我國內蒙白云鄂博稀土礦 稀土元素氧化物是一種含量稀少的不溶氧稀土元素氧化物是一種含量稀少的不溶氧化物，于是便得名化物，于是便得名rare earth element（REE）。此外，此外，TR=terres rares 在拉丁文里也

5、代在拉丁文里也代表稀土元素。表稀土元素。 1968 1968年國際純化學和應用化學學會建議年國際純化學和應用化學學會建議“稀土元稀土元素素”代表周期表上的代表周期表上的B B族元素即族元素即ScSc、Y Y、LnLn（鑭系鑭系元素）、錒系元素。但這一用法沒有為地球化學文元素）、錒系元素。但這一用法沒有為地球化學文獻所采納。獻所采納。 一般認為，稀土元素包括一般認為，稀土元素包括Ln+YLn+Y共共1616個元素。個元素。La 鑭 蘭 Ce 鈰 市 Pr 鐠 普 Nd 釹 女 Pm 钷 迫 Sm 釤 三 Eu 銪 友 Gd 釓 軋 Tb 鋱 特 Dy 鏑 敵 Ho 鈥 伙 Er 鉺 爾 Tm 銩

6、 丟 Yb 鐿 肄 Lu 镥 路 LREE：La EuHREE：GdLu，YLREE：La SmMREE：Eu DyHREE：HoLu，YYCe和稀土元素的分類稀土元素的分類表征表征REEREE組成的參數組成的參數（1 1）稀土元素總量）稀土元素總量REEREE；（2 2）輕重稀土元素比值）輕重稀土元素比值 Ce/Y Ce/Y；LREE/HREELREE/HREE；（3 3）（）（La/YbLa/Yb）N N、(La/Lu)(La/Lu)N N、(Ce/Yb)(Ce/Yb)N N （4 4）Eu/EuEu/Eu* *(Eu)(Eu)和和Ce/CeCe/Ce* *（CeCe）：）： Eu=Eu

7、Eu=EuN N/(Sm/(SmN N+Gd+GdN N)/2 )/2 Eu1Eu1為正異常為正異常 Eu1Eu1為負異常為負異常 Eu=1Eu=1為無異常為無異常 Ce=Ce Ce=CeN N/(La/(LaN N+Pr+PrN N)/2)/2NNNNGdSmEuEuEuEu2*NNNNLaCeCeCeCePr2*110100/ La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu巖石球粒隕石2Ce*Eu*CeEuNN稀土元素的主要性質稀土元素的主要性質 （1 1）57577171號號“鑭系元素鑭系元素”屬電子充填在第屬電子充填在第三層三層“4f4f型元素型元素

8、”, ,易失去易失去6s6s2 25d5d1 1或或6s6s2 24f4f1 1三個三個電子，呈三價，這十五個元素在自然界密切共電子，呈三價，這十五個元素在自然界密切共生，成組成串進入礦物晶格。生，成組成串進入礦物晶格。Y Y是第是第5 5周期過渡周期過渡元素的起點，次外層元素的起點，次外層d d型充填，外電子排布為型充填，外電子排布為5s5s2 24d4d1 1 ，呈三價陽離子。，呈三價陽離子。（2 2）二個變價元素及其形成條件二個變價元素及其形成條件：Eu4fEu4f7 7最穩(wěn)定，它最穩(wěn)定，它僅失去僅失去6s6s層上兩個電子，呈層上兩個電子，呈EuEu2+2+（EuEu3+3+），）， E

9、uEu3+3+e+e還原為還原為EuEu2+2+，EhEh0 0 = - 0.43 = - 0.43伏特。伏特。 由于由于EuEu2+2+與與CaCa2+2+晶體化學性質相似，往往可以使晶體化學性質相似，往往可以使EuEu2+2+脫離脫離REEREE3+3+整體，而單獨活動，這樣在巖漿早期富整體，而單獨活動，這樣在巖漿早期富CaCa2+2+的環(huán)境中，斜長石一般含較高的的環(huán)境中，斜長石一般含較高的EuEu2+2+，形成斜長，形成斜長石的石的“正銪異常正銪異?！?。 CeCe正好相反，具有最不穩(wěn)定的正好相反，具有最不穩(wěn)定的4f4f2 2電子充填，除電子充填，除f f2 2上二個電子，還有上二個電子，

10、還有6s6s2 2二個電子都可丟失，故呈二個電子都可丟失，故呈CeCe4+4+（CeCe3+3+），）， 在強氧化條件下，在強氧化條件下，CeCe3+3+氧化為氧化為CeCe4+4+， Ce4+與與REEREE3+3+整體脫離，形成所謂的整體脫離，形成所謂的“負鈰異常負鈰異?！?。（3 3）稀土元素離子電位居中，在堿性條件）稀土元素離子電位居中，在堿性條件下，形成絡陽離子。稀土元素的碳酸鹽、下，形成絡陽離子。稀土元素的碳酸鹽、硫酸鹽、氟化物的絡合物易溶于水，絡合硫酸鹽、氟化物的絡合物易溶于水，絡合物是稀土元素的主要遷移形式：物是稀土元素的主要遷移形式：NaNa3 3（TRFTRF6 6）、）、N

11、aNa3 3TRTR（CO3CO3）3 3 、NaNa3 3TRTR（SOSO4 4）3 3 。稀土元素的測試方法稀土元素的測試方法等離子光譜法（等離子光譜法（ICPICP）：）：（JA-1600JA-1600電感耦合體發(fā)射光譜法精度可達電感耦合體發(fā)射光譜法精度可達ppbppb十十億分之一）億分之一） 國內較常用，國內較常用，1515個元素，測定下限：個元素，測定下限：0.10.11 1 ppmppm。中子活化法（中子活化法（NAANAA）：）： 測定測定LaLa、CeCe、NdNd、SmSm、EuEu、TbTb、YbYb、Lu 8Lu 8個元素。個元素。同位素稀釋質譜法（同位素稀釋質譜法（I

12、DMSIDMS）：）： 能測能測LaLa、CeCe、NdNd、SmSm、EuEu、GdGd、DyDy、ErEr、YbYb、Lu 10Lu 10個個元素，準確度很高。元素，準確度很高。X X熒光光譜法（熒光光譜法（XRFSXRFS）：）：檢測限一般為檢測限一般為101020 20 ppmppm原子吸收光譜法（原子吸收光譜法（AASAAS）：）：1515個元素，測個元素，測LREELREE精度較差。精度較差。v稀土元素的存在形式稀土元素的存在形式被吸附狀態(tài)被吸附狀態(tài)：含量很低時，不能進入礦物晶格，只是：含量很低時，不能進入礦物晶格，只是為礦物缺陷、解理等部位吸附。為礦物缺陷、解理等部位吸附。類質同

13、象：類質同象：與與REEREE發(fā)生類質同象的元素有發(fā)生類質同象的元素有BaBa2+2+、SrSr2+2+、ThTh4+4+、CaCa2+2+、U U4+4+、MnMn2+2+、HfHf4+4+、ZrZr4+4+、ScSc3+3+、FeFe2+2+。獨立礦物獨立礦物：REEREE含量大于含量大于5.8%5.8%的礦物可以看成是稀土元的礦物可以看成是稀土元素的獨立礦物，目前共發(fā)現約素的獨立礦物，目前共發(fā)現約6565種稀土元素礦物。具有種稀土元素礦物。具有工業(yè)價值的稀土礦物如獨居石（工業(yè)價值的稀土礦物如獨居石（含有鈰和鑭的磷酸鹽礦物含有鈰和鑭的磷酸鹽礦物 ）（REO=55REO=5560%60%）、

14、）、氟碳鈰礦（氟碳鈰礦（ REO=60REO=6070%70% ）、磷釔礦）、磷釔礦（REO=42REO=4251%51%）等等1010余種。余種。v研究稀土元素的意義研究稀土元素的意義 自從自從18831883年開發(fā)出煤氣燈白織紗罩（含有稀土和氧化年開發(fā)出煤氣燈白織紗罩（含有稀土和氧化鋯）以來，世界上有許多研究機構正在不斷開發(fā)稀土元鋯）以來，世界上有許多研究機構正在不斷開發(fā)稀土元素的新用途。目前世界上每年消耗的稀土總量約素的新用途。目前世界上每年消耗的稀土總量約5 5萬噸萬噸，他們主要集中在西方國家。，他們主要集中在西方國家。 一個國家的稀土元素消耗量大體上反映了該國的科技一個國家的稀土元素

15、消耗量大體上反映了該國的科技發(fā)展水平，如美國年消耗量約發(fā)展水平，如美國年消耗量約25002500噸。我國的稀土儲量噸。我國的稀土儲量居世界第一，約占總儲量的居世界第一，約占總儲量的90%90%，且品種齊全。目前已，且品種齊全。目前已成為氟碳鈰礦和稀土元素的主要生產國，但產量不高，成為氟碳鈰礦和稀土元素的主要生產國，但產量不高，其中大部分用以出口創(chuàng)匯。其中大部分用以出口創(chuàng)匯。 稀土元素的用途廣泛，從原子能、冶金、石油、航稀土元素的用途廣泛，從原子能、冶金、石油、航空、航天、電子與電氣工業(yè)、化學紡織、照明、照相空、航天、電子與電氣工業(yè)、化學紡織、照明、照相、玻璃、陶瓷、醫(yī)藥、農業(yè)直至生活中常用的打

16、火石、玻璃、陶瓷、醫(yī)藥、農業(yè)直至生活中常用的打火石都要用到稀土。都要用到稀土。 目前消耗最多的是目前消耗最多的是石油和裂化催化行業(yè)石油和裂化催化行業(yè)41-45%41-45% （作為催化劑，只要在石油中加入少量的稀土，就能作為催化劑，只要在石油中加入少量的稀土，就能加速裂化，處理能力可提高加速裂化，處理能力可提高2424，汽油產率增長，汽油產率增長1313，并能分離出高級汽油，并能分離出高級汽油）冶金應用冶金應用33-37%33-37%，陶瓷和玻璃工業(yè)陶瓷和玻璃工業(yè)16-19%16-19%，磁、電等研究方面的應用磁、電等研究方面的應用4-8%4-8%。 Sm-Co Sm-Co金屬互化物可制成永久

17、磁鐵（第二代），而金屬互化物可制成永久磁鐵（第二代），而Nd-Fe-BNd-Fe-B永久磁鐵的磁性很強（第三代）。永久磁鐵的磁性很強（第三代）。 含稀土的銀鎂合金質輕堅固，是飛機、導彈、火箭含稀土的銀鎂合金質輕堅固，是飛機、導彈、火箭的良好結構材料。的良好結構材料。 一些稀土元素的同位素具有放射性，可用于探傷、一些稀土元素的同位素具有放射性，可用于探傷、醫(yī)療和科研中。如銩的同位素可用于制造輕便的手提醫(yī)療和科研中。如銩的同位素可用于制造輕便的手提X X光機，僅光機，僅2 2千克重，且不需要電源，攜帶方便。千克重，且不需要電源，攜帶方便。 Pr Pr和和PmPm的同位素可用于制造微型原子電池，其應

18、用的同位素可用于制造微型原子電池，其應用范圍甚廣，如高空或洋底測量用的半導體儀表，精微范圍甚廣，如高空或洋底測量用的半導體儀表，精微的助聽器等都可用其作電源。的助聽器等都可用其作電源。 玻璃工業(yè)對稀土拋光粉、脫色劑和著色劑的需求量也玻璃工業(yè)對稀土拋光粉、脫色劑和著色劑的需求量也逐年增加。平板玻璃和顯象管熒光屏拋光需要逐年增加。平板玻璃和顯象管熒光屏拋光需要氧化鈰拋氧化鈰拋光粉光粉；玻璃著色和脫色需要氧化鈰、氧化釹、氧化鐠、；玻璃著色和脫色需要氧化鈰、氧化釹、氧化鐠、氧化鉺和氧化鈥；氧化鉺和氧化鈥； 高級照相機鏡頭需要高級照相機鏡頭需要氧化鑭氧化鑭。有時鏡頭中含氧化鑭高。有時鏡頭中含氧化鑭高達達

19、4040。 陶瓷工業(yè)對陶瓷工業(yè)對鐠鐠的需求量也較大。的需求量也較大。 稀土元素的摻入可制造一些特殊玻璃，如含稀土元素的摻入可制造一些特殊玻璃，如含CeOCeO2 2的耐的耐高溫玻璃、防紫外線的眼鏡片玻璃等。高溫玻璃、防紫外線的眼鏡片玻璃等。 一種內壁涂有稀土粉末的新型燈泡，它能把紫外一種內壁涂有稀土粉末的新型燈泡，它能把紫外線變成可見光而使其效率增加線變成可見光而使其效率增加4 4倍。倍。 一種用一種用Y Y Tb Tb Tm Tm FeFe2 2O O3 3作原料的儲存器已廣作原料的儲存器已廣泛應用于計算機中，其特點是最適合于二進制信息的泛應用于計算機中，其特點是最適合于二進制信息的存取，即

20、使斷電時也不會把信息丟失。存取，即使斷電時也不會把信息丟失。 稀土元素可以用作超導材料，如稀土元素可以用作超導材料，如 LaLaBaBaCuCu氧化物氧化物在在3636K K時達到超導，時達到超導，Y YBaBaCuCu氧化物在氧化物在100100K K時達時達到超導。到超導。 幾乎所有的稀土金屬都可用作激光材料，其中最重幾乎所有的稀土金屬都可用作激光材料，其中最重要的是要的是NdNd。 在農業(yè)上，合理地施用稀土在農業(yè)上，合理地施用稀土“微肥微肥”，促進植物，促進植物對磷的吸收和運轉，有助于提高農作物的產量。對磷的吸收和運轉，有助于提高農作物的產量。 大量實驗研究表明，在一定濃度范圍內，大量實

21、驗研究表明，在一定濃度范圍內，REEREE對動對動植物生長有促進作用，但超過一定濃度后便起抑制作植物生長有促進作用，但超過一定濃度后便起抑制作用甚至使動物死亡（用甚至使動物死亡（LaLa2 2O O3 3與與CeOCeO2 2幾乎無毒）。就幾乎無毒）。就LREELREE與與HREEHREE比較而言，前者的營養(yǎng)作用優(yōu)于后者，毒害作比較而言，前者的營養(yǎng)作用優(yōu)于后者，毒害作用隨離子半徑的減小而增加，其毒性增加順序為：用隨離子半徑的減小而增加，其毒性增加順序為： LaCePrNdSmEuYTmYbLaCePrNdSmEuYTmYb。第二節(jié)第二節(jié) 稀土元素的豐度稀土元素的豐度球粒隕石中的稀土元素的豐度球

22、粒隕石中的稀土元素的豐度 球粒隕石的豐度值通常被用來研究其它地質體時球粒隕石的豐度值通常被用來研究其它地質體時作標準用，并不是任何球粒隕石都具有所謂的球粒隕作標準用，并不是任何球粒隕石都具有所謂的球粒隕石豐度值，它們中大多數在該值石豐度值，它們中大多數在該值5 510%10%范圍內波動。范圍內波動。 任何用于標準化的球粒隕石值都應得到國際上公任何用于標準化的球粒隕石值都應得到國際上公認，然而，到目前為止還沒有做到這一點，不同的人認，然而，到目前為止還沒有做到這一點，不同的人采用不同的數值來標準化采用不同的數值來標準化( (其結果相差不大其結果相差不大) )。球粒隕石球粒隕石北美頁巖北美頁巖球粒

23、隕石標準化后的北美頁巖球粒隕石標準化后的北美頁巖高鋁玄武巖高鋁玄武巖三類玄武巖的稀土球粒隕石標準化分布形式三類玄武巖的稀土球粒隕石標準化分布形式 地殼和地幔中的稀土元素的豐度地殼和地幔中的稀土元素的豐度 由表可見，地球上由下地幔向上至由表可見，地球上由下地幔向上至地殼稀土元素豐度大大增加。地幔中的地殼稀土元素豐度大大增加。地幔中的稀土元素分異不明顯，與球粒隕石相似稀土元素分異不明顯，與球粒隕石相似。由地幔分熔形成的地殼。由地幔分熔形成的地殼REEREE含量增加并含量增加并且有明顯的分異，輕稀土在且有明顯的分異，輕稀土在REEREE總量中的總量中的比例增加。另外，地殼的不同構造單元比例增加。另外

24、，地殼的不同構造單元中稀土元素的分布模式也有所不同，大中稀土元素的分布模式也有所不同，大陸殼比大洋殼更富輕稀土元素。陸殼比大洋殼更富輕稀土元素。0.11/ La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu巖石球粒隕石250.2阿爾卑斯型橄欖巖（虧損地幔）阿爾卑斯型橄欖巖（虧損地幔）0.11/ La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu巖石球粒隕石250.2純橄巖純橄巖0.11/ La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu巖石球粒隕石250.2石榴二輝橄欖巖石榴二輝橄欖巖火成巖中的稀

25、土元素的豐度火成巖中的稀土元素的豐度 超基性巖 基性巖 中性巖 酸性巖 堿性巖 REE 1060 10700 20500 81997 1154613 LREE/HREE 0.36 0.615 122 0.7140 10120 酸性巖漿巖常常具有明顯的負銪異常特征。產生過酸性巖漿巖常常具有明顯的負銪異常特征。產生過巖漿的地幔巖一般具有明顯的稀土元素虧損（即豐度巖漿的地幔巖一般具有明顯的稀土元素虧損（即豐度值比球粒隕石還低），但在產生堿性巖漿的地幔源區(qū)值比球粒隕石還低），但在產生堿性巖漿的地幔源區(qū)，其地幔巖石通常具有輕稀土富集型特征，這是由于，其地幔巖石通常具有輕稀土富集型特征，這是由于地幔交代作

26、用的結果。地幔交代作用的結果。原始巖漿成分演化過程中原始巖漿成分演化過程中REEREE的分餾特征的分餾特征 福建福建A A型花崗巖的球粒隕石標準化型花崗巖的球粒隕石標準化REEREE型式型式 北美平均頁巖（北美平均頁巖（NASCNASC）豐度：豐度：La 32；Ce 73；Pr 7.9；Nd 33；Sm 5.7；Eu 1.24；Gd 5.2；Tb 0.85；Dy 5.8；Ho 1.04；Er 3.4；Tm 0.50；Yb 3.1；Lu 0.48。92. 6)/(NLuLa68. 0Eu沉積巖中的稀土元素的豐度沉積巖中的稀土元素的豐度北美頁巖通常用作沉積巖的標準化值北美頁巖通常用作沉積巖的標準化

27、值頁巖、硬砂巖、砂巖、灰?guī)r頁巖、硬砂巖、砂巖、灰?guī)r中中REEREE含量順序減少含量順序減少。 太古代 沉積巖 元古代 沉積巖 古生代 沉積巖 中生代 沉積巖 REE 132 162 224 282 ppm Nd/Sm 大 小 水體中稀土元素的豐度水體中稀土元素的豐度 REEREE主要存在于巖石中，從母巖和土壤中溶出進入水體。主要存在于巖石中，從母巖和土壤中溶出進入水體。 海水中海水中REE=11.5REE=11.5毫微克毫微克/ /升，相當于升，相當于0.013 0.013 ppbppb。LREE/HREE = 2LREE/HREE = 2，具有明顯的負具有明顯的負CeCe異常，用北美頁巖標準

28、化后，明顯富集異常，用北美頁巖標準化后，明顯富集HREEHREE。 元素被帶入海水后，元素被帶入海水后，CeCe只能停留只能停留5050年，而其它元素可以停留年，而其它元素可以停留200200400400年。超過這年。超過這個時間后，個時間后，CeCe以以Ce(OH)Ce(OH)4 4形式沉淀下來。形式沉淀下來。 河水的稀土元素含量與海水類似，但不具有負鈰異常。天然和人工礦泉水的總體河水的稀土元素含量與海水類似，但不具有負鈰異常。天然和人工礦泉水的總體稀土元素含量也差不多，似乎是更富集輕稀土元素，因為一定量的輕稀土元素對人稀土元素含量也差不多，似乎是更富集輕稀土元素，因為一定量的輕稀土元素對人

29、體有益無害。體有益無害。生物中稀土元素的豐度生物中稀土元素的豐度 稀土元素通過吸收方式進入植物，通過環(huán)境接觸稀土元素通過吸收方式進入植物，通過環(huán)境接觸和食物鏈進入動物和人體。和食物鏈進入動物和人體。 植物中植物中REEREE含量與其生長的土壤中稀土元素豐度呈含量與其生長的土壤中稀土元素豐度呈正相關關系，總體上看，植物相對富集輕稀土元素。正相關關系，總體上看，植物相對富集輕稀土元素。 在干燥的山核桃葉中，在干燥的山核桃葉中，REE=3REE=32300 ppm2300 ppm。 現代魚骨中現代魚骨中REE100 ppmREE100 ppm；而古代魚骨中而古代魚骨中REEREE可達可達9500 9

30、500 ppmppm，原因至今不明。原因至今不明。某些植物及土壤的球粒隕石標準化某些植物及土壤的球粒隕石標準化REEREE分布型式分布型式1 1大麥土壤；大麥土壤；2 2油頁巖；油頁巖；3 3豆類豆類； 4 4小麥；小麥；5 5稞麥；稞麥； 6 6大麥；大麥；7 7水稻水稻 一定量的稀土元素有助于農作物產量的提高，但高一定量的稀土元素有助于農作物產量的提高，但高含量的稀土量會使植物具有中毒的特征。因此，我國含量的稀土量會使植物具有中毒的特征。因此，我國早在早在19921992年就制定了主要食品的稀土元素國家標準。年就制定了主要食品的稀土元素國家標準。 人體中的稀土含量與器官有關，食物中的稀土元

31、素人體中的稀土含量與器官有關，食物中的稀土元素多數通過人體排出體外；重稀土主要富集于內臟器官多數通過人體排出體外；重稀土主要富集于內臟器官，而輕稀土元素主要富集于骨骼中。，而輕稀土元素主要富集于骨骼中。第三節(jié)第三節(jié) 稀土元素的地球化學行為稀土元素的地球化學行為REEREE的分配系數的分配系數分配系數分配系數某些造巖礦物的稀土元素分配系數某些造巖礦物的稀土元素分配系數玄武巖和安山巖中玄武巖和安山巖中礦物礦物/ /熔體間熔體間REEREE的分配系數的分配系數 英安巖和流紋巖中英安巖和流紋巖中礦物礦物/ /熔體間熔體間REEREE的分配系數的分配系數 從圖中曲線特征可知：從圖中曲線特征可知： 1.1

32、.不同礦物中稀土元素的含量有著明顯的不不同礦物中稀土元素的含量有著明顯的不同；同； 2.2.同一礦物中輕重稀土元素的含量也有一定同一礦物中輕重稀土元素的含量也有一定的差異；的差異； 3.3.元素元素EuEu在圖中所涉及的礦物里相對虧損。在圖中所涉及的礦物里相對虧損。斜長石斜長石/ /熔體熔體對之間對之間REEREE分配系數變化范圍和平均值分配系數變化范圍和平均值酸性巖漿巖酸性巖漿巖玄武巖和安山質巖石玄武巖和安山質巖石花崗巖常見明顯的負銪異常，而某些基性巖又表現出花崗巖常見明顯的負銪異常，而某些基性巖又表現出正銪異常特征，為什么正銪異常特征，為什么? ?從上圖可以得出，斜長石與基性、中性和酸性巖

33、漿從上圖可以得出，斜長石與基性、中性和酸性巖漿保持平衡時，稀土元素保持平衡時，稀土元素EuEu主要集中在斜長石晶體中，主要集中在斜長石晶體中，因而巖漿中的因而巖漿中的EuEu含量明顯低了很多，這種趨勢又以酸含量明顯低了很多，這種趨勢又以酸性巖最為突出。性巖最為突出。在花崗巖漿的形成以及巖漿向上運移和侵位過程中在花崗巖漿的形成以及巖漿向上運移和侵位過程中，總有部分斜長石保留在巖漿源區(qū)（未熔完的斜長石，總有部分斜長石保留在巖漿源區(qū)（未熔完的斜長石）或者因分離結晶而離開巖漿，導致花崗巖漿由于斜）或者因分離結晶而離開巖漿，導致花崗巖漿由于斜長石的損失而顯示出明顯的負長石的損失而顯示出明顯的負EuEu異

34、常特點。異常特點。在基性巖漿演化的早期，橄欖石、斜長石等礦物首在基性巖漿演化的早期，橄欖石、斜長石等礦物首先結晶，這些礦物通常聚集在巖漿房的底部，形成有先結晶，這些礦物通常聚集在巖漿房的底部，形成有堆晶結構的基性、超基性巖。由于這部分巖石中相對堆晶結構的基性、超基性巖。由于這部分巖石中相對富集斜長石，因而常常表現出某種正銪異常特征。富集斜長石，因而常常表現出某種正銪異常特征。 稀土元素的分配系數受溫度、壓力、氧逸度稀土元素的分配系數受溫度、壓力、氧逸度和成分的控制?？傮w上看，分配系數和成分的控制?？傮w上看，分配系數D D一般小于一般小于1 1，HREEHREE分配系數常常大于分配系數常常大于L

35、REELREE。一般情況下，巖一般情況下，巖漿巖的漿巖的La/YbLa/Yb比值小于比值小于9 9，而一些極高，而一些極高La/YbLa/Yb比值比值的巖漿巖往往被認為是其巖漿源區(qū)存在石榴石相的巖漿巖往往被認為是其巖漿源區(qū)存在石榴石相的緣故（石榴石中富集重稀土元素，且石榴石未的緣故（石榴石中富集重稀土元素，且石榴石未熔完）。熔完）。 造巖礦物中造巖礦物中CaCa2+2+與與REEREE3+3+的地球化學性質相近，易的地球化學性質相近，易于發(fā)生類質同象。所以，巖漿作用中于發(fā)生類質同象。所以，巖漿作用中REEREE在某種程度上在某種程度上，主要取決于，主要取決于CaCa在巖漿中的原始濃度。在巖漿中

36、的原始濃度。 在巖漿作用過程中，稀土元素中只有在巖漿作用過程中，稀土元素中只有EuEu才有才有EuEu2+2+離離子存在，其含量高低主要受氧逸度的控制。由于子存在，其含量高低主要受氧逸度的控制。由于EuEu2+2+（1.121.12）與與CaCa2+2+ （1.03 1.03 ）的離子半徑相近，因此，）的離子半徑相近，因此，自然界中自然界中EuEu常常富集在富鈣的礦物中，斜長石通常具常常富集在富鈣的礦物中，斜長石通常具有正銪異常特征就是這個緣故。有正銪異常特征就是這個緣故。風化沉積過程中風化沉積過程中REEREE行為行為在海底風化過程中，洋脊玄武巖的稀土元素含量變在海底風化過程中，洋脊玄武巖的

37、稀土元素含量變化極小，不過，玄武質玻璃可能有部分化極小，不過，玄武質玻璃可能有部分LaLa和和CeCe的丟失的丟失。在濕熱的（大陸）氣候條件下，稀土元素可以活化在濕熱的（大陸）氣候條件下，稀土元素可以活化，HREEHREE元素易于形成重碳酸鹽和有機配合物而優(yōu)先遷元素易于形成重碳酸鹽和有機配合物而優(yōu)先遷移，而移，而LREELREE則主要通過植物吸收的方式來遷移。則主要通過植物吸收的方式來遷移。在干旱或冷凍條件下，在干旱或冷凍條件下，REEREE基本不遷移?；静贿w移。在酸性條件下，在酸性條件下，LREELREE易于從粘土中遷移出來，有時可易于從粘土中遷移出來，有時可能隨雨水向土壤底層遷移并富集成

38、礦。能隨雨水向土壤底層遷移并富集成礦。在沉積過程中，部分稀土元素溶解進入海水中，在海在沉積過程中，部分稀土元素溶解進入海水中，在海洋環(huán)境下，洋環(huán)境下，CeCe3+3+氧化為氧化為CeCe4+4+進而以進而以CeOCeO2 2沉淀下來，特別是沉淀下來，特別是為鐵錳氫氧化物所吸附，于是在海相的鐵錳結核中常常為鐵錳氫氧化物所吸附，于是在海相的鐵錳結核中常常特別富集鈰。特別富集鈰。在成巖過程中，在成巖過程中，REEREE基本保持不變。如果基本保持不變。如果EhEh變化較大時變化較大時，變價元素，變價元素CeCe和和EuEu的含量可能有少量變化。的含量可能有少量變化。變質作用中變質作用中REEREE行為

39、行為 在變質作用過程中，稀土元素含量基本不在變質作用過程中，稀土元素含量基本不變。即使在高級變質作用過程中往往也沒有什變。即使在高級變質作用過程中往往也沒有什么明顯的變化。么明顯的變化。第四節(jié)第四節(jié) 稀土元素在地質中的應用稀土元素在地質中的應用測定巖礦的年齡（測定巖礦的年齡（Sm-NdSm-Nd、Lu-HfLu-Hf法）法）研究礦物、巖石的成因與分類研究礦物、巖石的成因與分類研究巖漿演化研究巖漿演化研究成巖成礦的物化條件（研究成巖成礦的物化條件（EuEu與與fofo2 2）研究物質來源（研究物質來源（同位素初始比值同位素初始比值）研究地球及其它行星的形成和演化研究地球及其它行星的形成和演化研究

40、災變事件（研究災變事件（Y Y）稀土元素在地質中的應用稀土元素在地質中的應用1 1、變質巖原巖恢復：、變質巖原巖恢復：根據稀土元素設計的圖根據稀土元素設計的圖解可以用來恢復變質巖的原巖（如圖）。解可以用來恢復變質巖的原巖（如圖）。圖為圖為地殼不同巖石的地殼不同巖石的w w(La)/(La)/w w(Yb)(Yb)w w(REE)(REE)圖解圖解 不同類型的巖石其不同類型的巖石其La/Yb-REELa/Yb-REE在圖中有不同的限定在圖中有不同的限定區(qū)域，據此可以用來恢復變質原巖。區(qū)域，據此可以用來恢復變質原巖。碳酸鹽類巖石中方解石與磷灰石的碳酸鹽類巖石中方解石與磷灰石的Yb/CaYb/CaY

41、b/LaYb/La圖解圖解2.研究礦物、巖石的成因與分類研究礦物、巖石的成因與分類對于花崗巖類：對于花崗巖類：應用稀土元素組成模式圖可以較容易的區(qū)分應用稀土元素組成模式圖可以較容易的區(qū)分I I型（地殼中未經風化的火型（地殼中未經風化的火成巖熔融形成的巖漿產物）和成巖熔融形成的巖漿產物）和S S型（地殼中未經風化的沉積巖熔融形成的巖漿產物）花型（地殼中未經風化的沉積巖熔融形成的巖漿產物）花崗巖（如圖）；崗巖（如圖）； 左圖為左圖為I I型花崗巖的稀土元素組成模式圖，右圖為型花崗巖的稀土元素組成模式圖，右圖為S S型花崗巖的稀土元素組成模式圖型花崗巖的稀土元素組成模式圖。從圖中可以明顯的看出，較。從圖中可以明顯的看出，較I I型花崗巖，型花崗巖，S S型花崗巖中更加富積重稀土，同時具有型花崗巖中更加富積重稀土，同時具有負負EuEu異常。異常。分析巖石成因分析巖石