西太平洋富钴结壳生长与富集特征

通过对西太平洋麦哲伦海山区富钴结壳的大尺度细致研究 ,笔者较为深入地探讨了该区结壳的生长与富集特征。研究表明 ,该区结壳自古近纪开始生长 ,生长速率变化范围为 1.5～ 12 .3mm/Ma,速率相差近一个数量级 ,平均生长速率为 3.81m m/Ma;生长过程中成矿元素的地球化学行为呈现明显差异 ;环境发生“骤变”的 O/M界面 ,可能是结壳生长过程中其构造和色泽发生“突变”的一个重要年代 ;成矿元素成分的时序演化主要受控于海水化学和各种不同地质作用的综合影响 ,成矿与非成矿地质作用在生长过程中呈现为互为消长的特征。研究发现 ,该区结壳和太平洋深海粘土元素的分配系数间存在着显著的线性相关关系 ,相关系数为 0 .89,显示它们有相近的元素富集机理。此外 ,笔者还从元素的滞留时间、阳离子的电子键能及其在海水中的水解行为与结壳富集特征间的关系进行了探讨。     

富钴结壳关键元素赋存状态与富集机理

富钴结壳是大洋低温海水中的溶解元素在海山边坡沉淀形成的壳状铁锰矿产,广泛分布于全球海山、海底高原斜坡之上,储量巨大.铁锰结壳高度富集Co、Ni、Pt、REE、Te等元素,达到海水丰度的105～1010倍,是未来新能源、高新技术元素的重要来源,具有极大的潜在经济价值.前人通过淋滤实验、吸附实验、现代海洋观测方法、海水化学...     

富钴结壳关键元素赋存状态与富集机理

富钴结壳是大洋低温海水中的溶解元素在海山边坡沉淀形成的壳状铁锰矿产,广泛分布于全球海山、海底高原斜坡之上,储量巨大。铁锰结壳高度富集Co、Ni、Pt、REE、Te等元素,达到海水丰度的105~1010倍,是未来新能源、高新技术元素的重要来源,具有极大的潜在经济价值。前人通过淋滤实验、吸附实验、现代海洋观测方法、海水化学分析、高分辨率精细矿物学研究等方法对富钴结壳中元素的赋存状态和富集机理进行了广泛而深入的研究。研究结果表明,富钴结壳主要由含铁水羟锰矿和铁氢氧化物组成,在海山附近的海洋化学过程中,含铁水羟锰矿和铁氢氧化物胶体分别优先吸附Co、Ni、Pt、REE和Cu、Pb、Te、REE等元素,表面氧化/置换作用造成了含铁水羟锰矿中Co、Pt、Ni、Ce及铁氢氧化物中Te、Ce的持续积累。富钴结壳极其缓慢的生长速率（1~10 mm/Ma）、超高孔隙度（60%）、极大的体表面积（300 m2/g）都促进了结壳中关键元素的超常富集。对富钴结壳关键元素富集机理的理解是富钴结壳古海洋反演研究的基础,海域富钴结壳地球化学差异的控制因素需要进一步研究,这些关键科学问题的理解有助于富钴结壳资源的勘探工作。     

西太平洋富钴结壳的分布、组分及元素地球化学

本文以富钴结壳的研究意义,趋势、西太平洋的地区域地质特征为背景,较为详细地阐述了西太平洋富钴结壳的区域分布特征、局部富集规律及其在水下平顶海山上的产出形态;论述了富钴结壳的物质组分,探讨了其含量变化与古海洋环境的关系;研究了富钴结壳的化学成分特征及其在空间上的变化规律,指出西太平洋富钴结壳成矿的良好前景,这对进一步开展富钴结壳成矿规律以及找矿勘探都有重要指导意义。     

太平洋富钴结壳中碲元素的地球化学特征及其富集机制探讨

文章通过对采自太平洋海域不同海山上68个结壳样品中Te元素地球化学特征的研究,探讨了富钴结壳中控制Te元素富集的古海洋氧化还原环境及其富集机制。分析表明,太平洋海域中大多数结壳的w(Te)变化于13.4×10-6~115.8×10-6,平均50×10-6,是海水w(Te)的109倍;结壳中w(Te)与Mn/Fe比值呈正相关,相关系数为0.51;与Fe呈负相关,相关系数为-0.61,显示结壳中Te与Co有类似的地球化学特征。古海水氧化还原环境的改变是控制结壳中Te元素含量变化的重要因素;能反映古海水氧化还原环境的Ce异常与结壳中Te含量基本呈同步变化趋势,Te含量具有随古海水氧化程度减弱而降低的特征。结壳中Te元素的富集主要受控于其内的Mn/Fe比值。Te元素的富集机制除被海水中带微弱正电荷的FeOOH胶体以库伦静电吸附外,还可能与δ-MnO2表面上以一种表面络合物方式的富集机制有关。Te进入结壳的存在形式及其在不同古海洋环境中的富集机制还有待进一步研究和探讨。     

太平洋富钴结壳中碲元素的地球化学特征及其富集机制探讨

文章通过对采自太平洋海域不同海山上68个结壳样品中Te元素地球化学特征的研究,探讨了富钴结壳中控制Te元素富集的古海洋氧化还原环境及其富集机制。分析表明,太平洋海域中大多数结壳的w（Te）变化于13.4×10^-6~115.8×10^-6,平均50×10^-6,是海水w（Te）的10⁹倍;结壳中w（Te）与Mn/Fe比值呈正相关,相关系数为0.51;与Fe呈负相关,相关系数为-0.61,显示结壳中Te与Co有类似的地球化学特征。古海水氧化还原环境的改变是控制结壳中Te元素含量变化的重要因素;能反映古海水氧化还原环境的Ce异常与结壳中Te含量基本呈同步变化趋势,Te含量具有随古海水氧化程度减弱而降低的特征。结壳中Te元素的富集主要受控于其内的Mn/Fe比值。Te元素的富集机制除被海水中带微弱正电荷的FeOOH胶体以库伦静电吸附外,还可能与δ-MnO₂表面上以一种表面络合物方式的富集机制有关。Te进入结壳的存在形式及其在不同古海洋环境中的富集机制还有待进一步研究和探讨。     

西太平洋某区水下海山上的富钴结壳

通过对西太平洋某区水下海山上富钴结壳的类型、物质组分、主要成矿元素地球化学特征及其在空间分布规律的首次初步研究,阐述古地质、古地球化学、古海洋环境对富钴结壳形成富集的影响,对进一步开展工作和找矿勘探有重要指导意义。     

西太平洋富钴结壳元素组合特征及其地质意义

海山富钴结壳是一种重要的海底固体矿产。对西太平洋海山的56个结壳样品进行了23种化学组分分析,并利用R型聚类分析和R型因子分析,分别提取四组元素组合和四个主因子。综合特征表明．富钴结壳在形成过程中,经历了一次强度较大的锰矿物相成矿作用,Co、Ni等元素的富集与此有关;铁矿物相的成矿作用强度较小,但表现出多期次的特点;锰、铁矿物是不同成矿作用的产物;结壳形成过程中,可能遭受了二次磷酸盐化作用,结壳中磷酸盐矿物的形成对铁矿物相的形成可能有抑制作用。     

大洋磷酸盐化作用对富钴结壳元素富集的影响

中国首次对与大洋富钴结壳密切相关的磷酸盐化作用进行了研究.对取自西太平洋麦哲伦海山区一厚度为10 cm的富钴结壳样品,自顶至底以5 mm间距采取了20个分层样品进行了成矿元素和稀土元素分析.结果表明,未被磷酸盐化的新结壳和磷酸盐化的老结壳间主要成矿元素的含量相差显著.老结壳中Fe、Mn、Si、Al、Zn、Mg、Co、Ni、Cu元素亏损,亏损次序为Co>Ni>Mg>Al>Mn>Si>Cu>Zn>Fe;而Ca、P、Sr、Ba、Pb元素含量增加,富集次序为P>Ca>Ba>Pb>Sr.研究认为,结壳中磷酸盐化作用的强弱制约着富钴结壳成矿元素含量的变化,磷酸盐化作用是造成老结壳中主要成矿元素Co、Ni等贫化流失的根本原因.研究还表明,磷酸盐化作用对富钴结壳的稀土元素丰度也产生一定影响,使老结壳的稀土总量和Ce含量高于新结壳,但未显著改变其稀土配分模式和分馏特征.研究证实,老结壳的Y正异常与磷酸盐化作用无关.磷酸盐化作用的研究为富钴结壳矿产资源的评价和综合利用提供了有用信息.     

太平洋富钴结壳中稀土元素的赋存状态

采用化学提取方法对采自太平洋国际海域的板状和结核状富钴结壳的稀土元素进行了分级提取 ,并利用等离子质谱仪 (ICP MS)测定了稀土元素的质量分数。结果表明 ,结壳中稀土元素在不同结合态中的富集顺序为 :残渣态 >有机结合态 >锰氧化物结合态 >碳酸盐结合态 >吸附态。稀土总质量分数的 5 6 %以上集中在残渣态中 ,并主要赋存于非晶态FeOOH物相中 ,说明FeOOH的形成对稀土元素的富集具有重要作用。水羟锰矿占结壳中X衍射结晶矿物的 95 %以上 ,但其稀土质量分数仅占稀土总质量分数的 1 6 %左右。呈有机结合态的稀土元素含量约占结壳稀土总质量分数的 2 0 % ,表明有机质对于结壳的形成及稀土元素的富集具有显著影响     

麦哲伦海山富钴结壳的稀有气体丰度及He、Ar同位素组成

使用MM5400质谱计对麦哲伦海山富钴结壳和结壳基岩进行稀有气体同位素分析,以此示踪结壳形成期间的海洋环境.富钴结壳的He、Ne、Ar、Kr、Xe稀有气体同位素丰度模式与ASW(air-saturated water,馋和空气的海水)的变化趋势一致,说明结壳是在与海水交换平衡的流体环境中形成的.结壳的分馏因子F3比饱和空气的海水的F3高2～3个数量级,表明其相对于海水而言是富集3He的.其相对于空气亏损3He、富集Kr和Xe的模式与高度富集3He、亏损Kr和Xe的星际尘粒的模式完全不同,暗示地球外物质并不是支配富钴结壳稀有气体同位素丰度模式的主要因素.结壳中高的R值甚至超过上地幔代表NORB(大洋中脊玄武岩)的典型值8Ra(Ra为地球大气中3He/4He比值,R为样品中3He/4He比值),揭示了热点型地幔热液对西太平洋海洋环境的局部贡献.圈层结壳的各结壳层之间的R值差异明显,各结壳层之间的R值的变化趋势是"较高→最高→较高",结壳中层具有高达15.60Ra的R值,明显有深部地幔流体的加入,这进一步表明滋养结壳生长的热液环境本质上是源于地幔柱型的热点热液.玄武质基岩具有较低的R值,说明该类基岩在形成时严重混染有地壳物质,也说明结壳的物源并非来自玄武质基岩.结壳的40At/36Ar比值接近于饱和空气的海水值,也表明结壳的成矿流体与周围海水发生了充分的交换.     

铀试剂螯合形成树脂分离富集极谱连测样品的贵金属元素

采用2-邻胂酸偶氮苯-1, 8-二羟基-3, 6-二磺酸钠(铀试剂) 作为螯合剂制备螯合形成树脂, 并研究了该树脂的性能及对分离富集和测定结果的影响因素。实验发现, 用pH = 1.0的盐酸溶液做淋洗剂、柱高为8 cm、流速为1.00 mL /min、pH = 1.0的3%的硫脲-盐酸40 mL洗脱时, 贵金属离子能和常见的金属离子分离, 定量富集于树脂上。用极谱法测定贵金属元素的标准回收实验表明, 其回收率为94% ～106%。     

西太平洋维嘉平顶山沉积特征及富钴结壳资源意义

基于中国大洋36和41航次浅地层剖面数据,结合DSDP钻井及国内外相关研究,对西太平洋维嘉平顶山顶部沉积物的浅地层剖面特征、沉积环境、沉积时代、沉积物厚度分布特征等进行了研究,发现3种主要的地层反射特征,分别代表3个沉积单元;山顶沉积物的厚度分布呈现出3个沉积中心区和4个基岩裸露/沉积物稀薄区的特点;平顶山东部的沉积异常可能与始新世的第二次火山活动有关。根据富钴结壳的生长和发育特点,结合维嘉平顶山的沉积物分布特征,圈定了结壳资源潜力分布区。维嘉平顶山作为中国重要的富钴结壳合同区块,本次研究对其富钴结壳资源进一步的勘探工作具有指导意义。     

铬黑T 形成树脂分离富集极谱测试地质样品中贵金属Pt、Rh、Ru 研究

合成并研究了铬黑T 形成树脂分离富集地质标准样品中的钌、铂、铑,获得了最佳实验条件。结果表明: pH = 2. 00 的盐酸溶液作为介质、温度为293 K、流速v≤1. 0 mL·min － 1、柱高h≥10. 0 cm,铂、铑、钌吸附率均在95%以上; 在293 K,使用40 mL 的pH 2. 00 盐酸－ 3%硫脲溶液静态洗脱或以1. 0 mL·min － 1的流速进行动态洗脱,洗脱率均在95%以上。树脂对铂、铑、钌的吸附过程符合拟二级动力学模型。实验条件下的标准回收实验,回收率均＞ 95%。对地质标准样品进行了分析测定,相对误差均＜ 7%。铂、铑、钌的相对标准偏差分别是铂: 0. 852 0%和0. 325 0%; 铑: 4. 20%和 4. 89%; 钌: 1. 24%和1. 79%。铂、铑、钌的检出限分别为3. 55 × 10 － 6 μg·mL － 1、6. 23 × 10 － 7 μg· mL － 1、1. 92 × 10 － 5μg·mL － 1。该方法的准确度和精密度较高。     

富钴结壳资源量评估参数的分形特征研究

概述了富钴结壳资源量评估参数及其分形特征;对中国太平洋调查区海山数据发现的研究表明,富钴结壳的丰度、厚度和钴等量品位(CEG)经过累计和的系列变换后与水深、坡度、坡向之间呈多重分形分布。这一结果为资源量计算时地质块段的划分提供了定量依据。     

大洋富钴结壳资源调查与研究进展

富钴结壳是继多金属结核资源之后被发现的又一深海沉积固体矿产资源,在太平洋、大西洋和印度洋的海底均有分布。据估算,全球三大洋海山富钴结壳干结壳资源量为(1081.1661~2162.3322)×108t。世界各国对富钴结壳的调查始于20世纪80年代初,截至目前,已有日本、中国、俄罗斯和巴西等4个国家与国际海底管理局签订了富钴结壳勘探合同,而韩国的矿区申请也于2016年获得核准。富钴结壳按形态可分为板状结壳,砾状结壳和钴结核3种类型。富钴结壳内部结构构造在宏观上通常表现为三层构造,即底部亮煤层、中部疏松层和顶部较致密层;在微观下主要表现为柱状构造、叠层构造、斑块状构造、纹层状构造等多种类型。富钴结壳的矿物成分主要为自生的铁锰矿物,包括水羟锰矿、钡镁锰矿、羟铁矿、四方纤铁矿、六方纤铁矿、针铁矿等。富钴结壳富含Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Pb、Zn等金属元素以及稀土元素和铂族元素,其中Co含量尤为显著。三大洋中,以太平洋富钴结壳的Co平均含量最高。富钴结壳的生长过程极其缓慢,平均仅几毫米每百万年。研究表明,西太平洋富钴结壳最早于始新世-早中新世开始生长。目前通常认为富钴结壳为水成成因,即Co、Fe、Mn等金属元素来源于海水。此外,有研究表明微生物在富钴结壳的形成过程中也起着非常重要的作用。富钴结壳的分布及特征受地形、水深、基岩类型、海水水文化学特征、经纬度等多种因素的影响,其主要分布于碳酸盐补偿深度以上、最低含氧带以下、水深800~2500 m的海山、岛屿斜坡和海底高地上,西、中太平洋海山区被认为是全球富钴结壳的最主要产出区。     

手持式X射线荧光光谱仪测定富钴结壳样品中锰铁钴镍铜锌

便携式X射线荧光光谱仪可以快速进行多元素实时分析,在富钴结壳资源勘查中有广阔的应用前景,但是现有仪器的分辨率和稳定性有待进一步提高,特别是现场原位分析法的应用有待研究。本文针对富钴结壳中目标元素含量相对较高的特点,采用松散粉末法制样,建立了手持式X射线荧光光谱仪快速测定太平洋富钴结壳样品中Mn、Fe、Co、Ni、Cu和Zn的分析方法。该方法用多金属结核和富钴结壳国家标准物质进行验证,测定值的相对标准偏差(RSD)在0.2%~3.0%之间,测定值与标准值的相对误差为92.9%~107.6%。样品现场分析和实验室分析的数据对比表明,除了低含量Cu略有超差外,Mn、Fe、Co、Ni、Zn和品位均无超差,完全满足该类矿产资源勘查规程的要求。本法简单、高效,适用于对野外富钴结壳资源作出快速的初步评价。     

关于对我国大洋富钴结壳进行地质经济评价工作的讨论

对我国正在进行的针对富钴结壳资源调查的地质经济评价工作进行了探讨,对影响富钴结壳资源量评价的几个关键指标,海山地形及其坡度,富钴结壳覆盖率,厚度,品位,丰度进行了分析,提出了沿等高线和垂直于等高线进行勘探网点布设和根据勘探进程合理选择评估方法的建议,鉴于目前我国以勘查圈定矿区为主要目的,故暂拟侧重于地质资源量评估,在鉴探早期和后期以算术平均法为主,中期以克拉格法为主。     

锍镍试金富集-等离子体质谱法测定西太平洋富钴结壳中的铂族元素

根据西太平洋麦哲伦海山富钴板状结壳样品的成分特征,对常规的锍镍试金配方作了改进;酌情减少捕集剂羰基镍的加入量,可显著降低铂族元素的空白值。富集后的样品,采用电感耦合等离子体质谱测定铂族元素（PGE）。其中,Ru、Rh、Pd、Ir和Pt用常规外标法测定,^175Lu作内标;Os用同位素稀释法测定。用国家一级标准物质GBW07290和GBW07291作监控分析质量的参考样,结果满足要求。