《矿物学杂志》关键金属矿物学专题前言

国外地学动态课题组译 李莉审

过去10 年来,“关键金属(critical metals)”一词得以广泛使用。由于大规模使用于新科技,对关键金属的需求量日益增多,但是其供应却受到限制。供应限制的原因并非自然界缺少这些关键金属,而是由于这些金属的生产主要集中在少数几个国家。

目前尚无明确的关于关键金属的名单,因为其确切的定义会随着背景和作者而发生变化。欧盟委员会(EC,2014 年)发表的紧缺原料清单是广为采用的目录之一。该目录将稀土元素(REE),尤其是重稀土元素(HREE),列为最紧缺的原料。欧盟委员会列举的其他关键金属包括钨、锑、铌、镁及钴。锂也被划分为关键金属。锰被认为接近于关键金属。

人们还未完全了解关键金属在复杂的自然系统中的地质资源禀赋。在特征多变的矿石矿物中可以发现这些金属。比如,超过100 种含有稀土元素的矿石矿物存在于自然界中——尽管其中只有少数矿物找到了可靠的加工方法,对稀土元素进行选矿、开采及分离。在任何关键金属矿床实现真正的生产之前,非常有必要详细了解其矿物学特征,因为这将有助于制定矿物加工工艺流程。因此,本专题论文集涉及到了对关键金属的矿物学研究。其中的大多数论文发表于2014 年,如希腊米洛斯岛欧洲稀土资源会议、南非约翰内斯堡第21 届国际矿物学协会大会。

尽管自2009~2010 年的“稀土危机”以来,人们已就此进行了集中研究与探索,但稀土元素生产仍然集中在中国,稀土元素仍属于最关键金属之列。本期中有几篇论文提到了全球范围内稀土元素的替代性资源的可能性。在全球背景下看,已确认的全球最大的稀土元素资源包括格陵兰南部的伊利毛沙克(Ilímaussaq)侵入杂岩体,这里产出两个超大型矿床——克林勒内(Kringlerne)稀有稀土金属矿床和科瓦内吉拉德(Kvanefjeld)稀土矿床。其中,克林勒内矿床位于层状钠质霞石正长岩带上,稀土元素则主要赋存于异性石类矿物中。在本期杂志中,Borst 等(2016)指出,事实上该矿床有相当大比例的矿物已发生了热液蚀变,而被其他矿物组合所交代。他们详细描述了这些矿物组合,并首次将硅锆钙石(gittinsite)看作是异性石的一种蚀变产物,表明流体成分对蚀变矿物组合具有明显的影响。通常,稀土元素存在于假晶中。然而,作者注意到,蚀变组合可能随原生异性石类矿物的不同而具有不同特性,由此可能会对矿物加工造成很大影响。

Friis(2016)使用来自科瓦内吉拉德的样品,对伊利毛沙克杂岩中的蚀变和矿物交代现象进行了研究。该项研究首次描述了伊利毛沙克杂岩中的莫斯克文石(moskvinite)-(Y),并指出原生稀土矿物发生蚀变可将轻稀土元素与重稀土元素分离开来,所生成的假晶中同时包含铈磷灰石(britholite)-(Ce)等轻稀土矿物和莫斯克文石-(Y)等重稀土矿物。很显然,在克林勒内杂岩中,稀土元素出现在原始结晶的边界层内——尽管矿物特征已发生了变化。

为了降低能耗并减少对环境的影响,研究人员就稀土元素的替代性资源开展了研究。Deady 等(2016)对红泥作为稀土元素资源的可能性进行了调查。红泥是铝生产过程中产生的废物,在欧洲许多地方有大量堆积。通过希腊和土耳其的案例研究,他们分析了铝土矿及所产生红泥的矿物学和稀土元素地球化学特征。结果发现,在加工过程中,稀土元素会集中保留在红泥中,
说明这些红泥废物很可能成为欧洲重要的稀土元素资源。

在本期论文中,Moldoveanu 和Papangelakis(2016)概述了稀土元素的萃取浸取过程,他们对不同地方的离子吸附型粘土样品进行了测试。

Sanematsu 等(2016)的论文主题是基岩原始成分和矿物成分如何控制离子吸附型矿床的性质。他们认真分析了哪些矿物在缅甸南部的岩浆分异和钙碱性花岗岩风化过程中对轻- 重稀土元素之比起着控制作用。

通常,全球的锂资源分布在卤水矿床(尤其是南美)和伟晶岩矿床中。在本期论文中,Roda-Robles 等(2016)概述了欧洲一个主要的锂矿化地区——西班牙和葡萄牙的伊比利亚地块。

最后,随着锰需求量的增加,人们开始关注更大范围的矿床类型。
Zarasvandi 等(2016)研究了伊朗特提斯蛇绿岩中的锰矿床,并借助地球化学方法对其成因作了探讨。

Kathryn M. Goodenough, Frances Wall. Critical Metal
Mineralogy: Preface to the special issue of Mineralogical Magazine. Mineralogical Magazine,
2016, 80(1): 1-4.

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