近日，中國(guó)科學(xué)院深海科學(xué)與工程研究所深海極端環(huán)境模擬研究實(shí)驗(yàn)室研究員周義明與博士后萬(wàn)野，在Earth and Planetary Science Letters上，發(fā)表了研究論文Role of sulfate in the transport and enrichment of REE in hydrothermal systems。該研究揭示了硫酸鹽對(duì)熱液中稀土元素遷移與富集的新機(jī)制。

　　研究表明，含稀土硫酸鹽熱液在高溫條件下可分離為不混溶的兩種液相，高度富集REE和硫酸鹽的高密度液相（L1）、貧REE和硫酸鹽的低密度液相（L2）（圖1）。這種現(xiàn)象傾向于在富CO₂、低壓和低氯化物含量的熱液中發(fā)生。由于不混溶的兩個(gè)液相具有明顯的密度差異且貧REE液相作為基質(zhì)具有較低的粘度，富REE液相將在重力作用下與貧REE液相高效分離，從而實(shí)現(xiàn)熱液體系中REE的高效富集，為高品位稀土礦床的形成提供物質(zhì)基礎(chǔ)。

　　科研人員應(yīng)用原位拉曼光譜分析技術(shù)，在線分析高溫高壓條件下流體的組成和結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，除前人報(bào)道的REESO₄⁺和REE(SO₄)₂^-外（C3、C1），REE³⁺與SO₄^2-可形成更復(fù)雜的絡(luò)合物【REE_m(SO₄)n^3m-2n, m>1，C4、C5、C6】（圖2）。上述復(fù)雜絡(luò)合離子對(duì)的形成，導(dǎo)致熱液流體中液-液不混溶的發(fā)生。此外，HSO₄^-也可與REE³⁺直接絡(luò)合并遷移REE（圖2）。

　　研究應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室建立的拉曼光譜定量分析技術(shù)，評(píng)估不同絡(luò)合物遷移REE的貢獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)上述新的絡(luò)合物在高溫條件能夠遷移50%以上的REE。因此，硫酸鹽遷移、富集REE的能力或被低估。

圖1.熱液條件下含稀土硫酸鹽流體的相行為特征

圖2.液-液相分離發(fā)生前后流體的拉曼光譜特征