近日，中國科學院深海科學與工程研究所深海極端環境模擬研究實驗室研究員周義明與博士后萬野，在Earth and Planetary Scienacce Letters上，發表了研究論文Role of sulfate in the transport and enrichment of REE in hydrothermal systems。該研究揭示了硫酸鹽對熱液中稀土元素遷移與富集的新機制。
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）。這種現象傾向于在富CO2、低壓和低氯化物含量的熱液中發生。由于不混溶的兩個液相具有明顯的密度差異且貧REE液相作為基質具有較低的粘度，富REE液相將在重力作用下與貧REE液相高效分離，從而實現熱液體系中REE的高效富集，為高品位稀土礦床的形成提供物質基礎。
科研人員應用原位拉曼光譜分析技術，在線分析高溫高壓條件下流體的組成和結構。結果表明，除前人報道的REESO4+和REE(SO4)2-外（C3、C1），REE3+與SO42-可形成更復雜的絡合物【REEm(SO4)n3m-2n, m>1，C4、C5、C6】（圖2）。上述復雜絡合離子對的形成，導致熱液流體中液-液不混溶的發生。此外，HSO4-也可與REE3+直接絡合并遷移REE（圖2）。
研究應用實驗室建立的拉曼光譜定量分析技術，評估不同絡合物遷移REE的貢獻，發現上述新的絡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-液相分離發生前后流體的拉曼光譜特征
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