廣州地化所賀依琳等：微生物驅(qū)動氟碳鈰礦溶解為風(fēng)化殼型稀土礦床提供成礦物源（GCA）

風(fēng)化殼型稀土礦床（又稱離子吸附型稀土礦床）是全球中重稀土資源的主要來源。在該類礦床形成過程中，原生（含）稀土礦物風(fēng)化釋放稀土元素是稀土最終在風(fēng)化殼中以離子吸附態(tài)富集成礦的關(guān)鍵，但各類稀土賦存礦物的溶解行為及其對成礦的貢獻尚未明晰。氟碳鈰礦在成礦基巖中廣泛分布，同時也是三大稀土工業(yè)礦物之一。氟碳鈰礦等稀土氟碳酸鹽礦物通常在半風(fēng)化層便完全風(fēng)化，因此認為它們的抗風(fēng)化能力較弱，是成礦的重要物質(zhì)來源。然而，溶解反應(yīng)熱力學(xué)計算結(jié)果卻表明氟碳鈰礦在風(fēng)化殼型稀土礦床的弱酸性地下水環(huán)境中（pH=5.4–6）無法溶解（Li et al.,?2022）。野外觀測與模擬計算結(jié)果的不一致引發(fā)了對氟碳鈰礦風(fēng)化溶解機制的疑問。為此，中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所何宏平研究員團隊基于其前期研究（He et al.,2023,2024）提出“微生物作用可能是驅(qū)動氟碳鈰礦風(fēng)化釋放稀土元素的重要動力”這一假設(shè)并利用風(fēng)化型稀土礦床風(fēng)化殼中原位棲息的微生物菌株開展了礦物溶解實驗。

研究發(fā)現(xiàn)，與熱力學(xué)計算結(jié)果一致，在與風(fēng)化殼深部地下水環(huán)境相近的pH?= 6條件下，氟碳鈰礦難以通過酸解反應(yīng)被溶解。然而，相似條件下，微生物顯著增強了氟碳鈰礦溶解，稀土元素的溶解量提升約2個數(shù)量級。微生物釋放的葡萄糖酸、酒石酸等強有機配體，通過絡(luò)合和酸解作用協(xié)同促進稀土元素活化。在風(fēng)化殼中氟碳鈰礦等稀土氟碳酸礦物通常在弱風(fēng)化層已大量風(fēng)化，過快的風(fēng)化速率可能導(dǎo)致稀土元素過早流失，反而限制了其對成礦的有效貢獻。經(jīng)估算，在pH = 6條件下，實驗測定的氟碳鈰礦的溶解速率（R_Ce?= 10^?13?10^?12?mol?m^?2?s^?1）接近或略低于相似條件下估算的部分長石和云母類礦物的溶解速率。由此推斷，氟碳鈰礦溶解釋放出的稀土元素能被這些造巖礦物風(fēng)化形成的黏土礦物吸附富集，從而為成礦提供物質(zhì)來源。

上述發(fā)現(xiàn)表明微生物是驅(qū)動氟碳鈰礦自然風(fēng)化的重要因素，為氟碳鈰礦溶解的熱力學(xué)計算結(jié)果與自然現(xiàn)象之間的矛盾提供了可能的解釋，同時也為認識風(fēng)化殼型稀土礦床成礦物源以及完善其生物地球化學(xué)成礦模型提供了新視角。

本研究得到了以下項目的聯(lián)合資助：國家自然科學(xué)基金；國家重點研發(fā)計劃；廣東省科技計劃項目；廣州市科技計劃項目。相關(guān)成果已在線發(fā)表于地球化學(xué)期刊Geochimica et Cosmochimica Acta。

論文信息：Yilin He (賀依琳),Lingya Ma (馬靈涯),Xurui Li (李旭銳),Xun Liu (劉洵),Xiaoliang Liang (梁曉亮),Jianxi Zhu (朱建喜),Hongping He (何宏平).?Microbial-mediated bastnaesite dissolution as a viable source of clay-adsorbed rare earth elements in the regolith-hosted deposits. Geochimica et Cosmochimica Acta,2025,394: 43-52.

文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.gca.2025.02.027.

圖1?本研究中氟碳鈰礦的溶解速率（以R_Ce表示）與前人研究在相似條件下測定的（A）斜長石（Pl）和鉀長石（Kfs）、（B）黑云母（Bt）和白云母（Ms）的溶解速率（以R_Si表示）。Buffered-biow R_Ce是指恒定pH = 6條件下的微生物風(fēng)化實驗中測得的Ce釋放速率。同時將本研究中未添加緩沖劑的微生物風(fēng)化實驗（Exp-Biow）中穩(wěn)定酸性條件下（pH ~3.7）第8至30天Ce的釋放速率以及無菌化學(xué)溶解實驗中的Ce釋放速率置于圖中以作比較.

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文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.gca.2022.12.027.?

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文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2024.122186.

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文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.gca.2021.05.002.