新闻动态贺依琳等−GCA：微生物驱动氟碳铈矿溶解为风化壳型稀土矿床提供成矿物源
风化壳型稀土矿床（又称离子吸附型稀土矿床）是全球中重稀土资源的主要来源。在该类矿床形成过程中，原生（含）稀土矿物风化释放稀土元素是稀土最终在风化壳中以离子吸附态富集成矿的关键，但各类稀土赋存矿物的溶解行为及其对成矿的贡献尚未明晰。氟碳铈矿在成矿基岩中广泛分布，同时也是三大稀土工业矿物之一。氟碳铈矿等稀土氟碳酸盐矿物通常在半风化层便完全风化，因此认为它们的抗风化能力较弱，是成矿的重要物质来源。然而，溶解反应热力学计算结果却表明氟碳铈矿在风化壳型稀土矿床的弱酸性地下水环境中（pH=5.4–6）无法溶解（Li et al., 2022）。野外观测与模拟计算结果的不一致引发了对氟碳铈矿风化溶解机制的疑问。为此，中国科学院广州地球化学研究所何宏平研究员团队基于其前期研究（He et al., 2023, 2024）提出“微生物作用可能是驱动氟碳铈矿风化释放稀土元素的重要动力”这一假设并利用风化型稀土矿床风化壳中原位栖息的微生物菌株开展了矿物溶解实验。
研究发现，与热力学计算结果一致，在与风化壳深部地下水环境相近的pH = 6条件下，氟碳铈矿难以通过酸解反应被溶解。然而，相似条件下，微生物显著增强了氟碳铈矿溶解，稀土元素的溶解量提升约2个数量级。微生物释放的葡萄糖酸、酒石酸等强有机配体，通过络合和酸解作用协同促进稀土元素活化。在风化壳中氟碳铈矿等稀土氟碳酸矿物通常在弱风化层已大量风化，过快的风化速率可能导致稀土元素过早流失，反而限制了其对成矿的有效贡献。经估算，在pH = 6条件下，实验测定的氟碳铈矿的溶解速率（RCe = 10−13−10−12 mol‧m−2∙s−1）接近或略低于相似条件下估算的部分长石和云母类矿物的溶解速率。由此推断，氟碳铈矿溶解释放出的稀土元素能被这些造岩矿物风化形成的黏土矿物吸附富集，从而为成矿提供物质来源。
上述发现表明微生物是驱动氟碳铈矿自然风化的重要因素，为氟碳铈矿溶解的热力学计算结果与自然现象之间的矛盾提供了可能的解释，同时也为认识风化壳型稀土矿床成矿物源以及完善其生物地球化学成矿模型提供了新视角。
本研究得到了以下项目的联合资助：国家自然科学基金（42172049）；国家重点研发计划（2021YFC2901701）；广东省科技计划项目（2023B1212060048）；广州市科技计划项目（2024A04J4827）。相关成果已在线发表于地球化学期刊Geochimica et Cosmochimica Acta。
论文信息：Yilin He (贺依琳), Lingya Ma (马灵涯), Xurui Li (李旭锐), Xun Liu (刘洵), Xiaoliang Liang (梁晓亮), 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.
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.gca.2025.02.027.
图1 本研究中氟碳铈矿的溶解速率（以RCe表示）与前人研究在相似条件下测定的（A）斜长石（Pl）和钾长石（Kfs）、（B）黑云母（Bt）和白云母（Ms）的溶解速率（以RSi表示）。Buffered-biow RCe是指恒定pH = 6条件下的微生物风化实验中测得的Ce释放速率。同时将本研究中未添加缓冲剂的微生物风化实验（Exp-Biow）中稳定酸性条件下（pH ~3.7）第8至30天Ce的释放速率以及无菌化学溶解实验中的Ce释放速率置于图中以作比较.
参考文献:
[1] He Y, Ma L, Li X, Wang H, Liang X, Zhu J, He H. Mobilization and fractionation of rare earth elements during experimental bio-weathering of granites. Geochimica et Cosmochimica Acta, 2023, 343: 384-395.
文章链接：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.
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2024.122186.
[3] Li MYH., Kwong HT, Williams-Jones AE, Zhou M-F. The thermodynamics of rare earth element liberation, mobilization and supergene enrichment during groundwater-regolith interaction. Geochimica et Cosmochimica Acta, 2022, 330: 258-277.
