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

風化殼型稀土礦床（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）稀土礦物風化釋放稀土元素是稀土最終在風化殼中以離子吸附態富集成礦的關鍵，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礦物之一。氟碳鈰礦等稀土氟碳酸鹽礦物通常在半風化層便完全風化，因此認為它們的抗風化能力較弱，是成礦的重要物質來源。然而，溶解反應熱力學計算結果卻表明氟碳鈰礦在風化殼型稀土礦床的弱酸性地下水環境中（pH=5.4–6）無法溶解（Li et al.,?2022）。野外觀測與模擬計算結果的不一致引發了對氟碳鈰礦風化溶解機制的疑問。為此，中國科學院廣州地球化學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動氟碳鈰礦風化釋放稀土元素的重要動力”這一假設并利用風化型稀土礦床風化殼中原位棲息的微生物菌株開展了礦物溶解實驗。

研究發現，與熱力學計算結果一致，在與風化殼深部地下水環境相近的pH?= 6條件下，氟碳鈰礦難以通過酸解反應被溶解。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個數量級。微生物釋放的葡萄糖酸、酒石酸等強有機配體，通過絡合和酸解作用協同促進稀土元素活化。在風化殼中氟碳鈰礦等稀土氟碳酸礦物通常在弱風化層已大量風化，過快的風化速率可能導致稀土元素過早流失，反而限制了其對成礦的有效貢獻。經估算，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化形成的黏土礦物吸附富集，從而為成礦提供物質來源。

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

本研究得到了以下項目的聯合資助：國家自然科學基金；國家重點研發計劃；廣東省科技計劃項目；廣州市科技計劃項目。相關成果已在線發表于地球化學期刊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化實驗（Exp-Biow）中穩定酸性條件下（pH ~3.7）第8至30天Ce的釋放速率以及無菌化學溶解實驗中的Ce釋放速率置于圖中以作比較.

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參考文獻:

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

[2] He Y,Ma L,Liang X,Li X,Zhu J,He H. Resistant rare earth phosphates as possible sources of environmental dissolved rare earth elements: Insights from experimental bio-weathering of xenotime and monazite. Chemical Geology,2024,661: 122186.?

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.