《稀有金屬元素地球化學(xué)》課件

稀有金屬元素地球化學(xué)課程概述課程目標(biāo)掌握稀有金屬元素地球化學(xué)基礎(chǔ)主要內(nèi)容涵蓋分類、特性、成礦機(jī)制等學(xué)習(xí)方法第一章：稀有金屬元素概述定義稀有金屬元素的基本概念分類不同類型稀有金屬元素劃分重要性在工業(yè)和科技中的戰(zhàn)略意義稀有金屬元素的定義地殼豐度低含量低于0.01%的金屬元素分布稀散難以形成獨立礦床工業(yè)應(yīng)用廣現(xiàn)代高科技產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵原料稀有金屬元素的分類稀有輕金屬鋰、鈹、銣、銫稀有難熔金屬鈦、鋯、鉿、釩、鈮、鉭稀有分散元素鎵、銦、鉈、鍺、錸稀土元素鑭系元素、釔、鈧稀有金屬元素的重要性高科技產(chǎn)業(yè)電子、航空航天、國防工業(yè)的關(guān)鍵原材料國家戰(zhàn)略影響國家安全和技術(shù)獨立性經(jīng)濟(jì)發(fā)展推動新興產(chǎn)業(yè)革命的重要資源第二章：稀有金屬元素的地球化學(xué)特征地球化學(xué)性質(zhì)元素的化學(xué)行為特征分布元素在地殼中的分布規(guī)律豐度元素在地殼中的含量稀有金屬元素的地殼豐度克拉克值概念元素在地殼中的平均含量以百萬分之一(ppm)或質(zhì)量百分比表示主要稀有金屬克拉克值鋰：20ppm鈹：2.8ppm鈧：22ppm鈮：20ppm豐度與稀有性豐度越低，開采成本越高影響工業(yè)利用潛力和經(jīng)濟(jì)價值稀有金屬元素的分布特征地殼分布規(guī)律與元素地球化學(xué)性質(zhì)及地質(zhì)演化歷史有關(guān)巖石中分布不同巖石類型中含量變化明顯礦床中富集特定地質(zhì)條件下可形成經(jīng)濟(jì)價值礦床稀有金屬元素的地球化學(xué)性質(zhì)原子結(jié)構(gòu)與電子構(gòu)型決定元素的化學(xué)性質(zhì)和成鍵特性離子勢與離子半徑影響元素在礦物中的替代行為氧化還原性質(zhì)控制元素在地質(zhì)環(huán)境中的遷移和富集第三章：稀有金屬元素的地球化學(xué)行為巖漿過程高溫熔融條件下的元素行為熱液過程流體介質(zhì)中的元素遷移轉(zhuǎn)化沉積過程地表條件下的元素富集與分散稀有金屬元素在巖漿過程中的行為部分熔融稀有元素在初始熔體中的富集分離結(jié)晶不兼容元素在殘余熔體中的富集巖漿分異晚期巖漿階段特定元素高度富集稀有金屬元素在熱液過程中的行為＞200℃熱液溫度高溫有利于元素遷移4-8適宜pH范圍酸堿度影響絡(luò)合穩(wěn)定性10?2?絡(luò)合常數(shù)決定元素在熱液中的溶解度稀有金屬元素在沉積過程中的行為風(fēng)化與搬運(yùn)原生礦物分解，元素釋放進(jìn)入水系統(tǒng)吸附與共沉淀黏土礦物和鐵錳氧化物對元素的富集成巖作用壓實和膠結(jié)過程中元素再分配第四章：稀有金屬元素的成礦作用成礦類型不同地質(zhì)環(huán)境下形成的礦床類型成礦機(jī)制元素富集成礦的物理化學(xué)過程典型礦床世界和中國的代表性稀有金屬礦產(chǎn)稀有金屬元素的主要成礦類型巖漿型偉晶巖、堿性巖、碳酸巖礦床熱液型熱液脈狀、接觸交代型礦床沉積型砂礦、蒸發(fā)巖型礦床風(fēng)化型風(fēng)化殼型、離子吸附型礦床稀有金屬元素的成礦機(jī)制源元素來源與初始富集運(yùn)元素遷移的介質(zhì)與方式聚元素沉淀與富集成礦典型稀有金屬礦床實例第五章：鋰（Li）的地球化學(xué)1地球化學(xué)特征鋰元素的基本性質(zhì)與分布規(guī)律2成礦類型鋰資源的主要賦存形式3應(yīng)用與前景鋰在新能源領(lǐng)域的重要地位鋰的地球化學(xué)特征原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)原子序數(shù)3，最輕的金屬元素電子構(gòu)型1s22s1易失電子成為Li?離子地殼豐度與分布克拉克值約20ppm主要富集于酸性巖漿巖海水中含量約0.17ppm地球化學(xué)行為親石元素與Na、K元素地球化學(xué)性質(zhì)相似熱液條件下易遷移鋰的主要成礦類型花崗偉晶巖型鋰輝石、鋰云母等礦物，品位高鹽湖鹵水型鋰離子在鹵水中富集，開采成本低沉積巖型鋰黏土礦床，品位較低但儲量大鋰的應(yīng)用與資源前景鋰電池陶瓷玻璃潤滑脂空氣處理其他用途第六章：鈹（Be）的地球化學(xué)地球化學(xué)特征鈹元素的基本性質(zhì)與分布成礦類型鈹資源的主要賦存狀態(tài)環(huán)境影響鈹?shù)亩拘耘c環(huán)境行為鈹?shù)牡厍蚧瘜W(xué)特征原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)原子序數(shù)4，輕元素電子構(gòu)型1s22s2高熔點，輕質(zhì)高強(qiáng)度地殼豐度與分布克拉克值約2.8ppm富集于花崗巖和偉晶巖與鋰、錫、鎢等元素共生地球化學(xué)行為親石元素離子半徑小，易形成絡(luò)合物在熱液條件下遷移能力強(qiáng)鈹?shù)闹饕傻V類型花崗偉晶巖型綠柱石、綠玉等礦物，晶體碩大熱液交代型與鎢、錫共生，形成復(fù)雜礦物組合火山噴氣型少見，與揮發(fā)分富集相關(guān)鈹?shù)沫h(huán)境地球化學(xué)鈹?shù)亩拘钥芍侣遭敳。绊懞粑到y(tǒng)環(huán)境遷移轉(zhuǎn)化土壤吸附強(qiáng)，水體遷移能力有限治理與修復(fù)螯合劑固定，物理隔離等技術(shù)第七章：稀有難熔金屬的地球化學(xué)鈦（Ti）輕質(zhì)高強(qiáng)度金屬鋯（Zr）耐腐蝕性強(qiáng)鈮（Nb）超導(dǎo)應(yīng)用鉭（Ta）電子元件關(guān)鍵材料鈦的地球化學(xué)特征與成礦地殼分布克拉克值約4400ppm基性和超基性巖中含量高主要礦物：鈦鐵礦、金紅石主要礦床類型巖漿型：與基性巖漿活動有關(guān)砂礦型：風(fēng)化剝蝕后形成的砂礦風(fēng)化殼型：殘余富集成礦資源開發(fā)利用航空航天、軍工、化工領(lǐng)域全球儲量豐富，主要集中在澳大利亞、中國回收利用潛力大鋯的地球化學(xué)特征與成礦地殼分布克拉克值約165ppm酸性巖漿巖中富集主要礦物：鋯石主要礦床類型砂礦型：海濱砂礦偉晶巖型：與稀土共生風(fēng)化殼型：殘余富集鋯石U-Pb年代學(xué)鋯石中含微量U和Pb放射性衰變提供精確年齡重建地質(zhì)歷史的重要工具鈮和鉭的地球化學(xué)特征與成礦鈮的地殼分布克拉克值約20ppm與鉭元素地球化學(xué)性質(zhì)相似鉭的地殼分布克拉克值約2ppm與鈮常伴生存在鈮鉭礦產(chǎn)資源開發(fā)主要來自碳酸巖和偉晶巖非洲剛果地區(qū)鈳鉭鐵礦開采爭議第八章：稀有分散元素的地球化學(xué)鎵（Ga）LED和半導(dǎo)體材料銦（In）觸摸屏和液晶顯示器關(guān)鍵元素鍺（Ge）光纖和紅外設(shè)備核心材料鎵的地球化學(xué)特征與富集地殼分布克拉克值約19ppm分散在鋁土礦和鋅礦中與鋁元素地球化學(xué)性質(zhì)相似主要賦存狀態(tài)鋁土礦中：取代Al3?閃鋅礦中：取代Zn2?煤礦中：有機(jī)結(jié)合形式提取與應(yīng)用鋁工業(yè)副產(chǎn)品提取用于半導(dǎo)體、太陽能電池砷化鎵在LED和激光器中應(yīng)用廣泛銦的地球化學(xué)特征與富集地殼分布克拉克值極低，約0.1ppm主要賦存狀態(tài)閃鋅礦中取代鋅，很少形成獨立礦物提取與應(yīng)用鋅冶煉副產(chǎn)品，用于ITO導(dǎo)電玻璃鍺的地球化學(xué)特征與富集地殼分布克拉克值約1.5ppm主要賦存狀態(tài)硫化物礦床中與銅鋅鉛共生提取與應(yīng)用煤炭和鋅礦副產(chǎn)品，用于光纖和紅外設(shè)備第九章：稀土元素（REE）的地球化學(xué)（上）稀土元素概述17種元素的集合，包括鑭系元素及鈧、釔地球化學(xué)特征相似的電子構(gòu)型和化學(xué)性質(zhì)分餾行為不同地質(zhì)過程中的分離富集現(xiàn)象稀土元素概述定義與分類鑭系元素（La-Lu）加上Sc和Y輕稀土（LREE）：La-Eu重稀土（HREE）：Gd-Lu加Y地殼豐度總量約220ppm鈰最豐富（約60ppm）銩最稀少（約0.5ppm）重要性與應(yīng)用永磁材料、催化劑熒光粉、激光材料軍事和航天技術(shù)稀土元素的地球化學(xué)特征原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)4f軌道電子逐漸填充主要以+3價形式存在Ce可為+4價，Eu可為+2價鑭系收縮效應(yīng)原子序數(shù)增加，離子半徑減小影響稀土元素在礦物中的分配導(dǎo)致重稀土和輕稀土分餾四f軌道電子行為受外界影響小，屏蔽效應(yīng)強(qiáng)導(dǎo)致相似的化學(xué)性質(zhì)微小差異導(dǎo)致地質(zhì)過程中分離稀土元素的分餾行為花崗巖玄武巖球粒隕石第十章：稀土元素（REE）的地球化學(xué)（下）環(huán)境行為生物地球化學(xué)循環(huán)地球化學(xué)示蹤巖石成因和環(huán)境指示成礦類型主要礦床類型稀土元素的主要成礦類型碳酸巖型如白云鄂博礦床，高品位儲量大風(fēng)化型如南方離子吸附型礦床，富集重稀土離子吸附型云母風(fēng)化產(chǎn)物中的稀土元素，易于提取稀土元素在地球化學(xué)示蹤中的應(yīng)用1巖石成因示蹤稀土配分模式指示巖石源區(qū)和形成過程古環(huán)境重建沉積物中稀土組成記錄古環(huán)境變化成礦過程示蹤稀土異常指示成礦流體來源和演化稀土元素的環(huán)境地球化學(xué)行為土壤中的行為與有機(jī)質(zhì)和黏土礦物結(jié)合水體中的遷移溶解態(tài)、膠體態(tài)和顆粒態(tài)共存生物富集某些植物對稀土元素有選擇性富集人類活動影響采礦和工業(yè)排放導(dǎo)致環(huán)境累積第十一章：稀有金屬元素的分析方法樣品采集與制備代表性樣品獲取和前處理分析技術(shù)高精度儀器測定方法數(shù)據(jù)處理結(jié)果統(tǒng)計和解釋技術(shù)稀有金屬元素樣品的采集與制備1野外采樣技術(shù)系統(tǒng)布點，避免污染，確保代表性2樣品前處理方法干燥、研磨、酸分解、熔融等3實驗室安全操作防護(hù)措施，廢液處理，交叉污染預(yù)防稀有金屬元素的主要分析技術(shù)X射線熒光光譜法原位、無損、快速分析檢出限較高，適合主量元素電感耦合等離子體質(zhì)譜法超高靈敏度，多元素同時測定ppt級檢出限，適合微量分析中子活化分析法高精度無損分析特別適合稀土元素分析稀有金屬元素數(shù)據(jù)的處理與解釋數(shù)據(jù)質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)樣品對比檢驗精密度和準(zhǔn)確度評估異常值識別與處理統(tǒng)計分析方法相關(guān)性分析主成分分析聚類分析地球化學(xué)圖件編制元素分布圖異常區(qū)圈定背景值計算與異常閾值確定第十二章：稀有金屬資源評價資源潛力評估礦床規(guī)模和品位估算經(jīng)濟(jì)可行性投資回報和市場分析環(huán)境影響開采活動對生態(tài)系統(tǒng)的影響評價稀有金屬資源潛力評估方法地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)方法克里金插值條件模擬變異函數(shù)分析類比法相似地質(zhì)背景類比已知礦床模型應(yīng)用成礦規(guī)律推斷遙感與地球物理綜合評價多源數(shù)據(jù)融合地質(zhì)異常識別隱伏礦體預(yù)測稀有金屬礦產(chǎn)經(jīng)濟(jì)可行性分析＞30%投資回報率稀有金屬項目平均預(yù)期回報2-5年投資回收期根據(jù)市場波動而變化8-15%年增長率稀有金屬需求預(yù)期增長稀有金屬開發(fā)的環(huán)境影響評價水環(huán)境影響酸性礦山廢水，重金屬污染1大氣影響粉塵排放，放射性物質(zhì)擴(kuò)散土地影響地表變形，植被破壞3可持續(xù)對策生態(tài)修復(fù)，清潔生產(chǎn)技術(shù)第十三章：稀有金屬與新能源技術(shù)稀有金屬在新能源材料中的應(yīng)用太陽能電池銦、鎵、鍺等用于高效薄膜電池風(fēng)力發(fā)電釹、鏑等稀土永磁材料用于發(fā)電機(jī)儲能電池鋰、鈷、鎳等用于高性能電池氫能源技術(shù)鉑、鈀、釕等貴金屬用作催化劑稀有金屬的回收與循環(huán)利用稀有金屬替代材料研究稀土永磁替代鐵氮合金，鐵基非晶態(tài)材料催化劑替代納米催化材料，低鉑或無鉑催化劑新型合金材料高熵合金，輕質(zhì)高強(qiáng)度復(fù)合材料第十四章：稀有金屬資源與國際政治經(jīng)濟(jì)全球資源分布資源不均衡分布格局貿(mào)易與政策國際市場規(guī)則與管控措施地緣政治資源競爭與國際關(guān)系影響全球稀有金屬資源分布格局中國越南巴西俄羅斯印度澳大利亞其他國家稀有金屬國際貿(mào)易與政策WTO規(guī)則與貿(mào)易最惠國待遇非歧視原則貿(mào)易爭端解決機(jī)制出口配額制度主要生產(chǎn)國的出口管控資源保護(hù)與戰(zhàn)略儲備價格機(jī)制調(diào)節(jié)國際合作機(jī)制雙邊資源協(xié)議技術(shù)轉(zhuǎn)讓合作可持續(xù)開發(fā)倡議稀有金