稀土元素范文

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篇1

稀土元素是從稀少的礦物中發(fā)現(xiàn)的，人們常把不溶于水的固體氧化物稱為土，所以稱之稀土。一般可以把稀土分為：輕稀土或鈰組稀土；重稀土或釔組稀土。根據(jù)稀土元素物理和化學(xué)性質(zhì)（除鈧之外）可分為：輕稀土組（鑭、鈰、鐠、釹、钷）；中稀土組；重稀土組。

稀土具有無法比擬的發(fā)光特性，非常強(qiáng)的光譜性質(zhì)和多種發(fā)光性能。

從發(fā)光的形式上物體發(fā)光現(xiàn)象可分為兩類：一是物質(zhì)受到外界傳給的熱量，把熱能轉(zhuǎn)化為光能而發(fā)光；二是稀土元素原子中的電子受激發(fā)吸收能量而躍遷至激發(fā)態(tài)(非穩(wěn)定態(tài))再返回到基態(tài)的過程中，以光

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篇2

關(guān)鍵詞：稀土元素；微波消解；土壤；檢測(cè)

中圖分類號(hào) S15 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2015）03-04-122-03

稀土元素的農(nóng)業(yè)利用經(jīng)過幾十年的推廣發(fā)展，其應(yīng)用越來越廣泛，涉及糧食作物、蔬菜水果等方面的生產(chǎn)，使得進(jìn)入土壤的稀土總量顯著增加，從而影響了生態(tài)環(huán)境[1]。研究發(fā)現(xiàn)，土壤中可溶態(tài)稀土元素一般只占全量的10%以下[2]，稀土微肥使用后在土壤中呈富集趨勢(shì)。土壤既是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，又是生態(tài)環(huán)境的重要組成部分，稀土在土壤中的遷移、轉(zhuǎn)化，通過食物鏈傳遞，最終進(jìn)入人體，影響人類健康[3]。目前的研究證實(shí)：（1）植物試驗(yàn)表明，過量稀土可抑制作物生長(zhǎng)，如含La70mg/L的培養(yǎng)液會(huì)對(duì)作物產(chǎn)生毒害作用，噴施稀土超過80g/667m2時(shí)，會(huì)灼傷大白菜的葉片[3，7]；（2）動(dòng)物亞慢性毒性研究表明，口食的稀土毒性較低，但是稀土的核素可誘發(fā)骨髓細(xì)胞突變，稀土粉塵可引起上呼吸道及皮膚疾病，同時(shí)稀土可誘發(fā)原生動(dòng)物四膜蟲產(chǎn)生微核，并影響其生殖過程；（3）流行病學(xué)調(diào)查表明，長(zhǎng)期攝入低劑量稀土可導(dǎo)致兒童智商下降，成人中樞神經(jīng)生物電傳導(dǎo)速度的下降及某些生化指標(biāo)（如膽固醇）等顯著增高。隨著自然和人為因素造成的環(huán)境中稀土元素的增加，進(jìn)而產(chǎn)生對(duì)生態(tài)環(huán)境和人類健康的影響，已引起全社會(huì)的關(guān)注[4-8]。

然而，要減少農(nóng)用稀土肥料對(duì)水體和土壤的污染，不能簡(jiǎn)單的依靠不用或少用稀土肥料。長(zhǎng)期大量的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐表明，農(nóng)作物的生長(zhǎng)往往被土壤中短缺的一種主要元素所制約，如不能及時(shí)地得到補(bǔ)充，勢(shì)必會(huì)造成減產(chǎn)。通常情況下，良好的土壤耕作層的微量元素全含量可能會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)地超過農(nóng)作物生長(zhǎng)需要的數(shù)值，但是微量元素缺乏癥卻愈來愈嚴(yán)重，這是因?yàn)橥寥乐写蟛糠治⒘吭夭荒鼙晦r(nóng)作物所吸收和利用，僅有少量溶解在土壤溶液中的那部分才能被作物所吸收。所以補(bǔ)充有效微量元素是必要的。大量的研究資料[9-12]顯示，稀土元素是植物生長(zhǎng)發(fā)育的有效元素，植物能否吸收足量的稀土元素直接關(guān)系到作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。因此，尋找一種有效又實(shí)用的測(cè)定土壤稀土元素的方法，可以了解土壤微量元素的含量，從而給作物補(bǔ)充有效微量元素提供有效的參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器與試劑

1.1.1 儀器 美國(guó)Leeman的Prodigy XP型全譜直讀電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜（ICP-AES）：自激式高頻發(fā)生器，高分辨中階梯光柵，垂直和水平觀測(cè)系統(tǒng)，CCD固體檢測(cè)器；Synergy UV純水器；Anton Paar公司的Multiwave3000微波消解儀；MettlerToledo的AL204電子天平；國(guó)華GB-3型電熱板；自動(dòng)移液器、聚四氟乙烯坩堝、容量瓶（10mL）、吸量管、移液管（2mL、5mL、25mL）；

1.1.2 試劑 土壤成分標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GBW-07404）；混合標(biāo)準(zhǔn)溶液（GSB04-1789-2004）1μg/g的稀土元素混合標(biāo)準(zhǔn)溶液：用移液管移取5mL10μg/g的混合標(biāo)液于50mL的容量瓶中，用蒸餾水定容；5μg/g的稀土元素混合標(biāo)準(zhǔn)溶液：用移液管移取25mL10μg/g的混合標(biāo)液于50mL的容量瓶中，用蒸餾水定容。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 微波消解預(yù)處理 準(zhǔn)確稱取0.5g的土壤樣品（精確到0.0001g）于XF100反應(yīng)罐（TFM）中，分別用自動(dòng)移液器移取5mL硝酸、2mL鹽酸、3mL氫氟酸于罐內(nèi)，將粘在管壁上的樣品全部淋洗到底部，并輕輕混勻。將密封蓋完全壓入到密封器上，立即輕軟地將密封蓋蓋入消解罐內(nèi)，并旋緊螺蓋。將TFM內(nèi)管放入到壓力套管內(nèi)，將陶瓷套管放入到保護(hù)套杯中，將保護(hù)蓋放到保護(hù)杯上。將蓋好的消解罐放到轉(zhuǎn)子的指定位置，泄氣螺桿朝外。消解罐的數(shù)量應(yīng)為4或8，并且應(yīng)該均勻?qū)ΨQ放置。對(duì)稱交替旋緊8個(gè)螺母。蓋上保護(hù)套，將轉(zhuǎn)子放到爐腔內(nèi)的轉(zhuǎn)盤上，輕輕平移至固定位置。關(guān)上Multiwave 3000的安全門，進(jìn)行消解過程，打開電源，進(jìn)入主程序界面，選擇“Library F1”，選擇或設(shè)定消解程序，選擇“Start F1”系統(tǒng)進(jìn)行自檢過程，自檢通過按鍵盤上的綠色Start鍵，進(jìn)行微波消解。直至消解完全，放氣冷卻15min后取出消解液，將之轉(zhuǎn)于聚四氟乙烯坩堝中，在電熱板上進(jìn)行趕酸，少量多次地加水，直至溶液為無色透明即可。

1.2.2 沉淀分離 在上述消解液中加入4～5g的氫氧化鈉，冷卻后放入盛有10mL（1∶1）三乙醇胺的燒杯中，加入沸水100mL提取。洗凈坩堝后，加10mg鎂（Ⅱ），并將溶液煮沸，冷卻后，用中速濾紙過濾，用2%的氫氧化鈉溶液洗滌沉淀，棄去濾液。然后用1∶1鹽酸溶解沉淀，并洗凈濾紙，用原燒杯承接濾液。在燒杯中加3g氯化銨、去離子水100mL、氨水20mL煮沸進(jìn)行沉淀。冷卻后用中速濾紙過濾，用2%氨-氯化銨溶液洗滌沉淀，棄去濾液，然后用熱的2N鹽酸將沉淀溶解于10mL容量瓶中，用2N鹽酸定容。

1.2.3 ICP-AES測(cè)定 （1）打開儀器主機(jī)、計(jì)算機(jī)，點(diǎn)擊工作站使主機(jī)與計(jì)算機(jī)連接。（2）等待光室溫度達(dá)到平衡后，打開高純氬氣吹掃檢測(cè)器約5min。（3）選擇待測(cè)元素及譜線，設(shè)定相關(guān)參數(shù)。（4）將檢測(cè)器溫度降至-15℃。（5）點(diǎn)燃等離子體，先吸噴蒸餾水，再依次檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)溶液和待測(cè)溶液。

2 結(jié)果與討論

2.1 微波消解的條件 通過條件實(shí)驗(yàn)，試驗(yàn)不同的功率、爬坡時(shí)間及功率保持時(shí)間，以達(dá)到最好的消解結(jié)果，確定最佳優(yōu)化條件。通過3組不同的條件實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表1；得到優(yōu)化條件，結(jié)果見表2。

2.2 ICP-AES的測(cè)定條件 對(duì)ICP-AES各參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)果見表3。

2.3 譜線的選擇 用待測(cè)樣品進(jìn)行掃描，對(duì)各元素譜線干擾情況分析后選擇檢測(cè)譜線。樣品中La在379.478nm的譜線，右邊有一小干擾峰，左邊扣背景；樣品中Ce在413.765nm的譜線，兩邊扣背景；樣品中Nd在378.425nm的譜線，左邊有一小干擾峰，右邊扣背景；樣品中Sm在359.260nm的譜線，兩邊無干擾峰；樣品中Dy在353.170nm的譜線，附近沒有光譜干擾；樣品中Er在390.631nm的譜線，附近沒有光譜干擾；樣品中Yb在328.937nm的譜線，右邊有一小干擾峰，左邊扣背景；樣品中Y在377.433nm的譜線，附近沒有光譜干擾。

2.4 ICP-AES測(cè)定國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)土壤（GBW-07404）中稀土元素的分析結(jié)果 按照實(shí)驗(yàn)方法對(duì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)土壤（GBW-07404）中稀土元素La、Ce、Nd、Sm、Dy、Er、Yb、Y進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果見表4。由表4可知，測(cè)定值均在標(biāo)準(zhǔn)值允許范圍內(nèi)。

2.5 樣品回收率 對(duì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)加入法測(cè)得其回收率見表5。

2.6 贛南臍橙園土壤稀土元素分析結(jié)果 基于不同臍橙種植區(qū)域、典型土壤類型的差異，取贛南臍橙園土壤10份，采用該方法檢測(cè)，結(jié)果見表6。

3 結(jié)論

本文通過比較前處理中微波消解的條件，確定了微波消解的最優(yōu)化條件，然后對(duì)消解后的試樣采用了2次沉淀法進(jìn)行分離、富集。采用ICP-AES測(cè)定國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)樣品中的La、Ce、Nd、Sm、Dy、Er、Yb、Y等稀土元素，同時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器的工作條件進(jìn)行優(yōu)化，采用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)驗(yàn)證了方法的可靠性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GBW-07404）的分析結(jié)果相符，并采用該方法測(cè)定了贛南臍橙果園土壤中的稀土元素含量，這將為評(píng)價(jià)土壤肥力提供依據(jù)。

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篇3

關(guān)鍵詞：有色金屬；稀土元素；化學(xué)分析；合金；金屬材料 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：O65 文章編號(hào)：1009-2374（2015）22-0054-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2015.22.027

1 有色金屬中稀土元素的作用

1.1 稀土通過化學(xué)反應(yīng)可以改變有色金屬中雜質(zhì)的存在狀態(tài)

有色金屬中經(jīng)常有金屬雜質(zhì)或非金屬雜質(zhì)，稀土元素可以和這些雜質(zhì)金屬進(jìn)行反應(yīng)，比如與鐵、硅等形成不同的化合物，這樣就可以改變鋁金屬固有的固溶方式，導(dǎo)致它的電阻率不斷降低。又比如稀土元素與非金屬元素因?yàn)榛瘜W(xué)反應(yīng)生成高熔點(diǎn)的化合物，這樣就導(dǎo)致有色金屬的晶粒網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了細(xì)化，有效地穩(wěn)定了晶界，從而形成高熔點(diǎn)的金屬間化合物，提高了有色金屬的綜合性能。

1.2 稀土元素的加入可以降低有色金屬中氫的含量

因?yàn)闅洌貏e是融入液態(tài)金屬的氫，會(huì)以原子態(tài)的形式存在，然后變成高分子，導(dǎo)致有色金屬材料出現(xiàn)裂紋等問題，嚴(yán)重降低綜合性能，并且損害其加工過程，所以減少有色金屬中氫的含量越來越引起科學(xué)家的關(guān)注。正因?yàn)槿绱耍砑舆m量的稀土元素可以有效地減少氫的含量，比如有研究表明，0.1%～0.3%的稀土可以明顯降低鋁和其合金中氫的含量，達(dá)到了非常好的減氫

效果。

1.3 稀土元素能改變合金的表面張力

研究表明，只要基體的表面張力有所降低，就可以有效提高金屬或者合金的成型性和鑄造性，金屬的成型性和鑄造性是衡量金屬及其合金的性能的有效標(biāo)準(zhǔn)之一，大量的文獻(xiàn)表明，在鋁和鋁合金中添加適量的稀土可以有效降低表面張力。

1.4 稀土的加入可以改變有色金屬及其合金的耐高溫氧化和耐腐蝕性能

有文獻(xiàn)報(bào)道，將多種稀土進(jìn)行混合，然后添加到鋁中進(jìn)行試驗(yàn)，研究結(jié)果表面，凡是添加了稀土元素的鋁無論是在人造海水還是含鹽水中，其耐腐蝕性和耐高溫氧化都要比沒有添加稀土的鋁金屬好，這個(gè)試驗(yàn)可以看出適量稀土混合物的加入可以有效改變有色金屬及其合金的耐高溫氧化和耐腐蝕性能，而耐高溫氧化和耐腐蝕性能是衡量有色金屬及其合金的又一有效標(biāo)準(zhǔn)。

2 有色金屬中稀土元素的化學(xué)分析及應(yīng)用

2.1 鋁合金中稀土元素的化學(xué)分析及應(yīng)用

利用電化學(xué)測(cè)試的方法，用鋁合金作為電極，將氫氧化鉀作為稀土元素化學(xué)分析的介質(zhì)，對(duì)比純鋁、鋁合金在稀土元素溶液中的電化學(xué)，看試驗(yàn)樣品，通過試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)：（1）稀土元素的加入很大程度上限制了鋁離子發(fā)生電離，從而提高了鋁合金的耐腐蝕性能；（2）稀土元素的加入有效地抑制了放電現(xiàn)象，從而使合金更加均勻；（3）稀土元素的加入降低了鋁作為電極反應(yīng)的極化能力，從減少正差異效應(yīng)的角度來提高了鋁合金的穩(wěn)定性，從而全方面地提高了有色鋁金屬合金的綜合性能。

通過對(duì)相關(guān)樣品的表征分析，可以發(fā)現(xiàn)稀土的加入可以幫助化學(xué)反應(yīng)，形成大量的稀土――鋁化合物，這些化合物的生成能有效提高合金的強(qiáng)度，同時(shí)稀土元素也可以單獨(dú)對(duì)鋁合金起到強(qiáng)化和凈化的作用，從降低鋁合金偏析問題出現(xiàn)頻率的角度出發(fā)，提高高溫強(qiáng)度。由于稀土的加入可以有效提高鋁合金的性能，所以目前鋁合金中稀土元素的化學(xué)分析及應(yīng)用最為廣泛地被應(yīng)用于各個(gè)方面。

2.2 銅合金中稀土元素的化學(xué)分析及應(yīng)用

利用硝酸點(diǎn)滴法，通過正交實(shí)驗(yàn)，在恒溫的條件下，獲取優(yōu)質(zhì)的鈍化硝酸實(shí)驗(yàn)液體，借助SEM環(huán)境，分析薄膜的性能，檢測(cè)稀土元素的添加對(duì)于薄膜的影響，大量的實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，稀土的添加可以提高銅合金的耐腐蝕性。特別引起科學(xué)家關(guān)注的是銅合金中對(duì)稀土La鹽的利用比較廣泛，所以在大電流和高壓條件下，經(jīng)常會(huì)采用稀土銅合金鑄造。

2.3 鎢合金中稀土元素的化學(xué)分析及應(yīng)用

隨著現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展，鎢合金因?yàn)槠淞己玫臒岱€(wěn)定性、高強(qiáng)度、低蒸汽壓和良好的延展性等綜合的優(yōu)良性能被廣泛地應(yīng)用于航天航空、冶金等眾多工業(yè)領(lǐng)域，但是與此同時(shí)鎢合金也有它的缺點(diǎn)，比如再結(jié)晶溫度低、高溫強(qiáng)度低等，而稀土元素的加入，因?yàn)樗鳛榻饘俚木S生素的原因，可以有效地細(xì)化晶粒，從而使得鎢合金的性能得到較大程度的改善。

目前稀善鎢合金主要有以下兩種：

第一，稀性鎢-銅合金電觸頭材料，鎢-銅合金雖然結(jié)合了高耐壓性和耐電燒蝕性，但是卻缺乏結(jié)合力，局域性能不均勻，所以添加適量的稀土金屬，從微觀角度表征，發(fā)現(xiàn)大量的稀土元素使得基體的晶粒更加分散，達(dá)到細(xì)化晶粒的作用，同時(shí)不同稀土元素以不同的添加方式和不同的添加量加入的鎢-銅合金中，起到的改性效果也是不同的。當(dāng)然隨著鎢-銅合金材料的進(jìn)一步開發(fā)，現(xiàn)代工業(yè)對(duì)鎢-銅合金的質(zhì)量和性能也提出了更高的要求，而采用鎢-銅合金中稀土元素的化學(xué)分析及其應(yīng)用也會(huì)有更廣闊的研究前景。

第二，稀性鎢-鎳-鐵（銅）合金，就我國(guó)的工業(yè)發(fā)展水平而言，鎢-鎳-鐵（銅）合金是我國(guó)工業(yè)應(yīng)用最為廣泛的鎢合金，它雖然具有高強(qiáng)度的抗拉性、彈性，而且沒有磁性等特點(diǎn)，這些特點(diǎn)使得它在精密儀器工業(yè)上有廣泛的應(yīng)用，但是隨著我國(guó)科學(xué)的進(jìn)步，對(duì)它性能的要求也越來越高。大量的科學(xué)研究表明，稀土的加入可以細(xì)化鎢-鎳-鐵（銅）合金的顯微組織結(jié)構(gòu)，同時(shí)可以有效提高鎢-鎳-鐵（銅）合金的強(qiáng)度和拉伸率，值得一提的是，不同的稀土元素對(duì)鎢-鎳-鐵（銅）合金性能的改變是不一樣的。總而言之，鎢基復(fù)合稀土材料的的確確是隨著我國(guó)科學(xué)水平提高而研發(fā)的新型材料，它在原有鎢合金優(yōu)良的綜合性能的基礎(chǔ)上，又利用稀土元素的化學(xué)分析的作用機(jī)制，有效提高了相應(yīng)的性能，相信在未來，鎢基復(fù)合稀土材料會(huì)有更為廣闊的研究

前景。

2.4 鎂合金中稀土元素的化學(xué)分析及應(yīng)用

鎂合金中稀土元素具有除氫、除氧、除硫、除鐵、除夾雜物的作用，達(dá)到除氣精練、凈化熔體的效果；鎂合金因?yàn)橛辛己玫膹?qiáng)度、韌性的性能，所以被廣泛應(yīng)用于汽車航天等行業(yè)，而稀土元素的加入可以提高鎂合金的穩(wěn)定性。

3 結(jié)語

總而言之，稀土元素作為金屬材料的維生素，可以有效提高有色金屬及其合金的強(qiáng)度，細(xì)化有色金屬的晶粒，同時(shí)大量的研究和實(shí)踐應(yīng)用表面，稀土元素的加入在鎂合金、鋁合金、銅合金和鎢合金中都取得了很好的時(shí)間效果，因此應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)有色金屬中稀土元素的化學(xué)分析及其應(yīng)用的研究力度，從理論的角度分析有色金屬中稀土元素的作用，從物理性能、力學(xué)性能、化學(xué)性能、工藝性能等多方面角度，探討稀土元素的加入對(duì)有色金屬性能改變的機(jī)理。

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篇4

關(guān)鍵詞：茶葉 稀土 微波消解 ICP-MS

稀土元素（Rare earth element，REE），一般是指鑭系元素（La）及性質(zhì)相近的 Sc 和 Y，但因鑭系元素中的Pm是人工放射性元素，因此一般所稱的稀土就是指Sc 、Y、 La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu這 16 種元素。

海南島是一個(gè)生態(tài)島、健康島、長(zhǎng)壽島，是我國(guó)唯一的熱帶雨林茶區(qū)，是稀土元素含量較多的地區(qū)。海南地處熱帶溫暖潮濕氣候、土壤發(fā)育充分、成土過程深、稀土元素相對(duì)富集作用較強(qiáng)，海南土壤稀土元素總量高于全國(guó)土壤稀土元素平均值。且海南土壤稀土元素的生物有效性程度較高，其與土壤稀土總量之間有正相關(guān)性【1，2，3】。長(zhǎng)期較大劑量的攝入稀土對(duì)大腦、免疫功能、肝腎功能等有不良后果【4】。

ICP-MS是近年來發(fā)展起來的一種新型分析技術(shù)，由于它具有靈敏度高、線性范圍寬 ， 多元素同時(shí)測(cè)定， 分析速度快， 干擾小等特點(diǎn)【5，6】， 在稀土分析方面越來越顯示出其優(yōu)越性。

本文對(duì)27 種海南綠茶樣品和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)茶葉GBW07605用微波消解處理， ICP-MS進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)定了稀土元素含量并進(jìn)行了分析。

1、實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

（1）ICP-MS：Asilent7700x（美國(guó)安捷倫科技公司生產(chǎn)）；MARS Xpress 型微波消解儀（美國(guó)CEM公司）和Synergy超純水機(jī)（美國(guó)Millipore公司）。

（2）試劑： 68 % 濃硝酸（GR，Merck）；超純水（18.2 MΩ/cm） ；99.999 %高純氬氣及高純氦氣。

（3）稀土元素標(biāo)準(zhǔn)貯備液：Sc（美國(guó)accustandard，1000ug/mL） ， La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y、等15 種稀土元素（國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心，100ug/mL）。

（4）內(nèi)標(biāo)貯備液Rh、In、Re （國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心，1000ug/mL）。

1.2 樣 品

27個(gè)海南綠茶茶葉樣品、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)茶葉GBW07605。

1.3 樣品制備

茶葉樣品干燥、磨碎、過40 目篩、混勻。

稱取樣品0.3g左右，精確到0.0001g，置于微波消解內(nèi)罐中，加入5mL 硝酸，靜置半小時(shí)，加1mLH2O2，加蓋密封， 移入微波消解儀內(nèi)。按表1程序進(jìn)行消解，消解完畢后，用超純水多次洗滌消解罐與蓋子，將消解液轉(zhuǎn)移入100 mL容量瓶中，用超純水定容，混勻。同時(shí)測(cè)定樣品空白。

1.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制

分別用5%的硝酸將16種稀土元素標(biāo)準(zhǔn)貯備液逐級(jí)稀釋為0.5、1.0、5.0、10.0、20.0、50.0ug/L的16種稀土混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列，以5%硝酸作為空白。在優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件下，采集空白及標(biāo)準(zhǔn)溶液系列，儀器自動(dòng)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，標(biāo)準(zhǔn)曲線線性回歸方程、線性相關(guān)系數(shù)、檢出限和線性范圍見表2。

1.5 ICP-MS工作條件

ICP-MS的工作參數(shù)為儀器全自動(dòng)調(diào)諧優(yōu)化給出，滿足儀器安裝標(biāo)準(zhǔn)要求的靈敏度、背景、氧化物、雙電荷和穩(wěn)定性等各項(xiàng)指標(biāo).具體參數(shù)如下：功率： 1550W；冷卻氣流速： 15 L/min；輔助氣流速： 1.0 L/min；載氣流速： 1.10 L/min；采樣深度： 8.0mm；分析模式：全定量；氧化物： CeO+/Ce+

2、結(jié)果與討論

2.1 方法檢出限

重復(fù)測(cè)定空白溶液11次，計(jì)算各元素空白測(cè)量值的標(biāo)準(zhǔn)偏差s，該元素檢出限D(zhuǎn)L=3s，結(jié)果見表2。

2.2 精密度、準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證方法的準(zhǔn)確性和可靠性，在相同的實(shí)驗(yàn)條件下對(duì)茶葉國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（ GBW07605） 進(jìn)行了分析。

GBW07605茶葉標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的稀土總含量為2724±199ug/kg（其中Sc為參考值），測(cè)定結(jié)果為2710ug/kg，表2為各個(gè)元素的具體檢測(cè)結(jié)果，從所得結(jié)果可知，16種稀土元素的測(cè)定結(jié)果與證書值基本吻合，稀土元素測(cè)得結(jié)果均在不確定度范圍內(nèi)，結(jié)果見表3。

對(duì)茶葉標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的精密度測(cè)試，各元素測(cè)定的RSD（ n= 6） 在9%以下。

從以上結(jié)果可知，同樣條件下對(duì)茶葉樣品中的稀土元素進(jìn)行測(cè)定是可行的。

2.3 樣品的測(cè)試

按上述實(shí)驗(yàn)方法和儀器參數(shù)對(duì)27個(gè)茶葉樣品進(jìn)行了各3次平行測(cè)試，其結(jié)果平均值換算為稀土氧化物結(jié)果平均值見表3。

圖1 27個(gè)海南綠茶樣品的稀土含量水平（以稀土氧化物計(jì)）

圖1顯示27個(gè)樣品中樣品1―17的稀土（以氧化物計(jì)）不超過2000ug/kg，樣品18―24的稀土（以氧化物計(jì)）在2000 ug/kg 到3000ug/kg之間，樣品25―27的稀土（以氧化物計(jì)）在4000ug/kg附近。

篇5

關(guān)鍵詞 純銅；鑭；晶粒；硬度

中圖分類號(hào)：TG146 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）14-0064-01

稀土元素作為一種添加劑在黑色金屬中的應(yīng)用已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究，并在鋼鐵工業(yè)中成熟運(yùn)用，并表現(xiàn)出良好的效

果[1]。而稀土元素在有色金屬中的應(yīng)用，近些年來也越來越受到更廣泛的關(guān)注。關(guān)于稀土對(duì)銅和銅合金的作用方面也已做了大量的基礎(chǔ)和應(yīng)用性研究工作。現(xiàn)在學(xué)者們普遍認(rèn)為稀土的加入可以使銅及銅合金的熱塑性能、耐腐蝕性能、導(dǎo)電性能、機(jī)械性能等得到改善[2]。銅及銅合金中的雜質(zhì)有氧、氫、硫、氮、鉛、秘等，這些元素的存在使銅的機(jī)械性能等受到很大影響。稀土元素對(duì)氧、氫、硫、氮等具有較高的親合力，可以起到凈化合金的作用，提高合金的性能和質(zhì)量[3]。有文獻(xiàn)[4]記載不同稀土含量可以影響銅合金硬度。當(dāng)稀土加入量增加時(shí)，銅合金的硬度也增加，而硬度達(dá)到某一值后增加則趨于平緩。文獻(xiàn)[5]討論了稀土對(duì)連續(xù)鑄造紫銅桿的變質(zhì)作用，指出添加微量稀土元素釔或混合稀土可細(xì)化鑄桿的晶粒，提高紫銅桿的機(jī)械性能。

本文通過在純銅中加入稀土元素鑭，采用真空熔煉，分析研究微量稀土元素鑭對(duì)純銅晶粒大小和硬度的影響，為稀土在銅中作用的研究做基礎(chǔ)性工作。

1 實(shí)驗(yàn)材料及方法

原材料采用99.9%的T2純銅和純度都大于99.9%的稀土金屬鑭。純銅在加熱前要進(jìn)行使用碳酸鈉水溶液表面處理和預(yù)熱去氣。粉末狀稀土鑭和紫銅棒一起放入事先烘干的石墨坩堝中，放入真空熔煉爐中加熱到設(shè)計(jì)溫度，保溫預(yù)定時(shí)間，然后采用爐冷。通過不同的成分配比加工成成分0.02、0.04、0.06、0.08和0.1wt%系列的Cu-Re合金試樣。在XLM-20型金相顯微鏡下觀察組織，并做定量金相分析。在布氏硬度機(jī)測(cè)量試樣的硬度。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

2.2 鑭對(duì)晶粒大小的影響

晶粒大小是由晶粒度表示。而晶粒度的數(shù)值表示有多種。為了更方便直觀，本實(shí)驗(yàn)采用金相法測(cè)量的晶粒大小用公稱直徑表示。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果我們能清楚的看到微量鑭的加入起到細(xì)化晶粒的作用。

學(xué)者普遍認(rèn)為稀土元素能脫氧和去除雜質(zhì)的能力都很強(qiáng)，并且和銅液中的硅、鐵等雜質(zhì)形成難溶的多元稀土化合物[6]，由于這些化合物熔點(diǎn)高。熔煉過程中常以顆粒狀懸浮于熔體之中，形成結(jié)晶形核的基底，增加了細(xì)小等軸晶的生成，從而細(xì)化晶粒。另一方面，鑭原子半徑大于銅的原子半徑，進(jìn)入銅相晶格內(nèi)引起較大的晶格畸變，產(chǎn)生較大的畸變能，使系統(tǒng)能量增加，稀土原子只能向高能量的晶界富集，使系統(tǒng)保持最低的自由能。所以鑄態(tài)組織中鑭原子大部分沿晶界分布，而且阻滯晶粒得長(zhǎng)大。在以上兩方面的作用下，純銅的晶粒被細(xì)化了。

2.3 鑭對(duì)純銅硬度的影響

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，稀土鑭對(duì)純銅硬度影響隨著稀土加入量的增加硬度逐漸增大，并且當(dāng)含量超過0.08wt%時(shí)，硬度顯著提高。

試驗(yàn)過程中，稀土元素的加入量逐漸增加，合金成分的變化帶來了組織結(jié)構(gòu)的變化，這一點(diǎn)可以通過硬度試驗(yàn)?zāi)苊舾械姆从吵鰜怼Ｗ畛醍?dāng)鑭的加入量很少時(shí)，稀土原子進(jìn)入銅晶格的間隙中，產(chǎn)生晶格畸變，引起固溶強(qiáng)化。這種強(qiáng)化是由于晶格畸變應(yīng)力場(chǎng)與位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)的交互作用，阻礙了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，從而強(qiáng)化。同時(shí)溶質(zhì)原子本身與位錯(cuò)的交互作用也引起強(qiáng)度的變化。另一方面，晶粒大小也會(huì)影響性能，主要反映在晶界的影響。減小晶粒尺寸可以增加位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)障礙的數(shù)量，減小同一晶粒內(nèi)位錯(cuò)塞積長(zhǎng)度，而在一個(gè)晶粒內(nèi)部只有塞積更多數(shù)量的位錯(cuò)才能給相鄰晶粒位錯(cuò)源的開動(dòng)提供必要?jiǎng)恿Γ@就增大了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力。再有晶粒越細(xì)小，晶界就越多越曲折，越不利于裂紋的傳播，從而在斷裂前可承受較大的塑性變形。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中看到，加入少量的鑭之后，晶粒細(xì)化，增加晶界對(duì)位錯(cuò)阻礙，起到細(xì)晶強(qiáng)化的作用。此外由于鑭的加入，還會(huì)形成鑭和銅的金屬間化合物。這些金屬間化合物粒子較硬，分布于基體中，成為位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力。隨著稀土含量增加，粒子數(shù)增多，對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力增大，合金被強(qiáng)化的程度增加，因此合金的硬度增加。在以上幾方面原因共同作用下，鑭使純銅的硬度提高。

3 結(jié)論

通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在純銅中添加微量的稀土元素鑭，可以起到細(xì)化晶粒的作用，并且隨著鑭元素加入量的增加，細(xì)化作用會(huì)更明顯。微量的稀土元素鑭能夠提高純銅的硬度，當(dāng)加入量超過0.08wt%時(shí)，強(qiáng)化作用更加明顯。從晶粒大小和硬度之間的變化關(guān)系可以推斷，晶粒越細(xì)小硬度越高。

參考文獻(xiàn)

[1]余宗森.稀土在鋼中應(yīng)用的新進(jìn)展[J].材料科學(xué)進(jìn)展，1987，1（7）：1.

[2]莊紅，劉勇健.稀土對(duì)銅及銅合金性能的影響[J].有色金屬，1997，47（2）：90-94.

[3]張密林，等.稀土在鋁及其合金中的應(yīng)用進(jìn)展[J].稀土，1988（5）：34-36.

[4]劉技文.稀土銅鉻鋯合金性能的研究[J].上海金屬（有色分冊(cè)），1993（5）：10-11.

篇6

【關(guān)鍵詞】 純銅 釔 晶粒 電導(dǎo)率

一、引言

稀土元素在金屬材料中的應(yīng)用已經(jīng)有百年的歷史，最初人們把稀土元素應(yīng)用在鋁合金和鎂合金中，并取得了成功。上個(gè)世紀(jì)二十年代開始應(yīng)用在鋼鐵中，發(fā)現(xiàn)稀土元素對(duì)其性能的改善有其獨(dú)特的效果，五十年代開始大規(guī)模應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中。近些年來，稀土研究開發(fā)的重點(diǎn)正逐漸的轉(zhuǎn)移到高新技術(shù)應(yīng)用的新材料。我國(guó)從上世紀(jì)六十年代起，開展了稀土在銅合金中的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究，大量研究表明稀土在銅及銅合金中起脫氣除雜、改變顯微結(jié)構(gòu)、改善機(jī)械加工性能、提高耐腐蝕及耐磨性能的作用。如在銅中添加微量釓、鏑、鉺、鑭和富鈰混合稀土，可以起到細(xì)化晶粒、改善組織結(jié)構(gòu)、凈化除雜的作用，并能提高銅的機(jī)械性能和導(dǎo)電性[1-3]。本文通過在純銅中加入稀土元素釔，采用真空熔煉，研究微量稀土元素釔對(duì)純銅顯微組織和導(dǎo)電性的影響，為稀土在銅中作用的研究做基礎(chǔ)性工作。

二、實(shí)驗(yàn)材料及方法

原材料采用 99.9%的 T2 純銅和純度大于99.9%的稀土金屬釔。首先將稀土釔銼成粉末，再與紫銅棒按質(zhì)量比例一起放入事先烘干的石墨坩堝中，放入真空爐中加熱到1180℃，保溫60min，然后采用爐冷。通過不同的成分配比加工成成分為0.02、0.04、0.06、0.08和0.1wt%系列的Cu-Re合金試樣。用 XLM-20 型金相顯微鏡和SSX-550型掃描電鏡觀察組織形態(tài)，采用 FQR-7501 型渦流電導(dǎo)儀測(cè)量電導(dǎo)率。

三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

1、實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

2、釔對(duì)顯微組織的影響。通過XLM-20 型金相顯微鏡和SSX-550型掃描電鏡觀察顯微組織形態(tài)，發(fā)現(xiàn)銅合金中不論是晶粒內(nèi)部還是晶界上，雜質(zhì)都明顯減少，晶界變窄。應(yīng)用金相法測(cè)量晶粒大小，晶粒大小用公稱直徑表示，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，隨著釔加入量的增大，銅合金的晶粒明顯被細(xì)化了，最大幅度達(dá)到70%左右。純銅液體對(duì)氮?dú)狻⒍趸己退羝旧喜蝗芙猓珜?duì)氧、二氧化硫和氫都有較強(qiáng)的溶解能力。由于稀土釔與氧和硫的親和力很強(qiáng)，形成熔點(diǎn)較高、熱穩(wěn)定性強(qiáng)、比重較小的稀土化合物，從而達(dá)到脫硫、脫氧的作用，同時(shí)部分化合物常以極微細(xì)顆粒懸浮于熔體之中，成為彌散的結(jié)晶核心，使晶粒變多，變小；稀土釔還會(huì)和鉛、鉍等元素生成比銅熔點(diǎn)高的高熔點(diǎn)金屬間化合物，大多超過純銅的熔點(diǎn)，熔化時(shí)化合物浮出液面或部分殘留在熔液中，浮出液面與熔渣一起從液體金屬銅合金中排除，達(dá)到消除雜質(zhì)的作用。稀土釔在銅中的溶解度很小，一般僅千分之幾到萬分之幾，但稀土與銅能生成多種金屬間化合物。這些金屬間化合物彌散分布于基體中，達(dá)到細(xì)化晶粒的作用。

3、釔對(duì)純銅導(dǎo)電性的影響。稀土釔對(duì)純銅導(dǎo)電性的影響從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中可以清晰的看到，當(dāng)釔的加入量小于0.08wt%時(shí)，銅合金的電導(dǎo)率增大，最大可達(dá)3%左右。當(dāng)釔的加入量大于0.08wt%時(shí)，銅合金的電導(dǎo)率明顯下降，幅度達(dá)到35%左右。由于銅合金中存在著各種雜質(zhì)及晶格缺陷，產(chǎn)生了電子散射，阻礙了電子的定向移動(dòng)，形成電阻。而稀土釔對(duì)銅合金電導(dǎo)率的影響，一方面是因?yàn)椋惖募?xì)化作用使銅晶粒細(xì)化，晶界增加，電散射幾率增大，導(dǎo)致電阻率增大，電導(dǎo)率下降；另一方面，釔的凈化作用使銅中雜質(zhì)減少，晶格畸變減弱，電子散射幾率減少，導(dǎo)電性改善。這兩個(gè)對(duì)導(dǎo)電性起相反作用的因素同時(shí)存在，使電導(dǎo)率產(chǎn)生波動(dòng)，總體表現(xiàn)為上升。當(dāng)釔的加入量達(dá)到一定界限時(shí)釔對(duì)純銅導(dǎo)電性的影響與雜質(zhì)相似，在基體和晶界都有富集，增加了雜質(zhì)散射和晶格散射幾率，嚴(yán)重降低了導(dǎo)電性。

四、結(jié)論

（1）在純銅中添加適量的稀土元素釔可以起到凈化細(xì)化組織的作用，當(dāng)加入量為0.06wt%時(shí)，細(xì)化程度最大，幅度達(dá)到75%。（ 2）微量的稀土元素釔可以提高純銅的導(dǎo)電性，最大幅度可達(dá)3%左右，而過量的釔反而使電導(dǎo)率下降。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]廖樂杰 .稀土銅添加劑在空調(diào)用紫銅管中的應(yīng)用 [J].上海有色屬 ，1997，18（2）：93-96.

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既不“稀”也非“土”

稀土，是元素周期表原子序數(shù)為57～71的15種元素以及鈧、釔兩種元素的統(tǒng)稱。稀土元素從18世紀(jì)末開始被陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，由于當(dāng)時(shí)人們常把不溶于水的固體氧化物稱為土，而稀土一般都是以氧化物的狀態(tài)被分離出來的，又很稀少，因而得名。但實(shí)際上它們都是金屬，而且也不稀有，只是分布得較為分散。隨便一把泥土中都可能含有少量稀土，即便是最稀有的稀土儲(chǔ)量也比黃金還多200多倍。

在所有的國(guó)家中，中國(guó)稀土資源最為豐富，此外，澳大利亞、俄羅斯、美國(guó)、巴西、加拿大和印度等國(guó)稀土資源也很多，近年來在越南也發(fā)現(xiàn)了大型稀土礦床。2011年7月3日，英國(guó)科學(xué)雜志《自然地球科學(xué)》刊登了日本東京大學(xué)等研究團(tuán)隊(duì)的發(fā)現(xiàn)：太平洋廣大范圍的海底泥中藏有大量的稀土礦，其蘊(yùn)藏量約800億~1000億噸，是陸地稀土的800倍甚至1000倍，更是證明了稀土的豐富儲(chǔ)量。

但稀土元素并非像其他地球天然資源，如錫礦、煤礦、石油礦一樣，在固定的某個(gè)地方有大量的礦藏。由于稀土元素性質(zhì)活潑，使其成為親石元素，多以復(fù)雜氧化物、含水或無水硅酸鹽以及氟化物等形式存在。而且稀土元素的離子半徑、氧化態(tài)和所有其他元素都近似，因此在礦物中它們常與其他元素一起共生。這一系列的物理和化學(xué)性質(zhì)，決定了其不易形成大規(guī)模礦區(qū)，因此只能經(jīng)大量挖掘后再予以過濾。在早期，稀土常伴隨煤、鐵等礦藏一起挖掘。

1903年，分離了釹和鐠的奧地利科學(xué)家韋爾斯巴赫在研究中發(fā)現(xiàn)，鈰受熱會(huì)迅速氧化自燃，鑭在常溫下被敲打或銼磨，碎屑會(huì)迅速氧化而爆出火花。根據(jù)這一現(xiàn)象，韋爾斯巴赫發(fā)明了打火石。稀土材料的用途非常廣泛，其中的每一個(gè)元素都可以形成上千億元的產(chǎn)業(yè)。因此，稀土又被稱為“工業(yè)維生素”。

石油和冶金是稀土應(yīng)用的兩大傳統(tǒng)行業(yè)。從20世紀(jì)60年代開始，人們就發(fā)現(xiàn)，稀土用于石油工業(yè)可提高原油處理量和汽油產(chǎn)出率；在鑄鐵時(shí)加入稀土可改善鑄鐵的性能；在煉鋼過程中，因稀土與氧、硫的親和力大，稀土可用于脫硫、脫氧、凈化鋼液，提高鋼的機(jī)械加工性能。進(jìn)入21世紀(jì)，各種電子信息產(chǎn)品推陳出新，液晶彩電、智能移動(dòng)電話、數(shù)碼相機(jī)、掌上電腦，這些數(shù)字化產(chǎn)品都應(yīng)用了稀土永磁材料、發(fā)光材料、陶瓷材料、儲(chǔ)氫材料、磁致伸縮材料等新材料，電子信息產(chǎn)業(yè)上升為稀土應(yīng)用的第一大產(chǎn)業(yè)，稀土的重要性不言而喻。

此外，稀土還是關(guān)系到國(guó)家安全的戰(zhàn)略性金屬。由于其具有優(yōu)良的光、電、磁等物理特性，能與其他材料組成性能各異、品種繁多的新型材料，大幅度提高武器裝備的質(zhì)量和性能，當(dāng)今凡稱得上高技術(shù)的武器幾乎都有稀土的身影。沒有稀土中的釤，“愛國(guó)者”導(dǎo)彈就可能飛不準(zhǔn)；沒有摻釹釔鋁石榴石的激光測(cè)距儀，M1坦克就不能做到先敵發(fā)現(xiàn)。在2010上海世博會(huì)和2008北京奧運(yùn)會(huì)上變幻莫測(cè)的燈光，也都離不開稀土發(fā)光材料在背后的默默貢獻(xiàn)。

改變污染困局

要把稀土礦中的稀土元素提取、分離出來，需要使用大量的化學(xué)藥劑，并且經(jīng)過十分復(fù)雜的化學(xué)程序，過程中還需使用大量的水，而且在最后排出的廢水中包含了近百種化學(xué)藥劑，處理起來代價(jià)昂貴。每提取1噸稀土資源，就會(huì)留下1500噸的尾砂污染，也就是說，稀土的開采伴隨著巨大的環(huán)境污染問題。

稀土產(chǎn)業(yè)鏈包括“原礦—精礦—分離產(chǎn)品—功能材料—器件—實(shí)用商品”幾個(gè)環(huán)節(jié)，產(chǎn)業(yè)鏈越接近后端，對(duì)環(huán)境的破壞越小，效益越高。中國(guó)在從原礦到分離產(chǎn)品的環(huán)節(jié)上，居于世界領(lǐng)先水平，但在后面的技術(shù)應(yīng)用方面，與發(fā)達(dá)國(guó)家還存在一定差距，而稀土的最大價(jià)值恰恰就在于從功能材料到器件再到實(shí)用商品這幾個(gè)環(huán)節(jié)。從原材料到成品，價(jià)格可能相差幾百倍甚至上千倍，這也正是中國(guó)極力希望扭轉(zhuǎn)的困局。

篇8

[關(guān)鍵字]稀土礦 地質(zhì)礦床特征 成礦條件 廣東和平

[中圖分類號(hào)] P5 [文獻(xiàn)碼] B [文章編號(hào)] 1000-405X（2013）-5-106-1

廣東省和平縣下車稀土礦區(qū)在區(qū)域上位于南嶺緯向帶大東山-貴東東西向構(gòu)造帶與新華夏系東江斷裂帶交接復(fù)合部位。為一晚白堊世盆地，形似橢圓，長(zhǎng)軸近東西向。東西長(zhǎng)約36公里，南北寬約25公里，總面積達(dá)608平方公里。

盆地周圍分布有震旦系、寒武系及印支、燕山期花崗巖。盆地中堆砌了白堊統(tǒng)紅色碎屑巖、酸性火山巖。

1礦區(qū)地質(zhì)特征

1.1 地層。礦區(qū)僅出露上白堊統(tǒng)南雄群上亞群第三段（K2nnb-2）和第四系（Q）沖積層。上白堊統(tǒng)南雄群上亞群第三段（K2nnb-2）為一套酸性火山碎屑巖，主要巖石為流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r、英安流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r。前者在下，后者在上，二者無明顯界線，呈漸變過渡關(guān)系。

1.2構(gòu)造。礦區(qū)構(gòu)造不甚發(fā)育，巖石無解理，沒有明顯的褶皺構(gòu)造。僅由巖石的上下疊置和假流紋構(gòu)造，隱約體現(xiàn)出一向斜構(gòu)造，向斜軸位于烏虎徑，軸向近南北，往南向北北西偏轉(zhuǎn)。

1.3巖漿巖。礦區(qū)出露的巖漿巖，主要為燕山五期的花崗斑巖（γπ 53（2））和輝綠巖脈（β6），現(xiàn)分述如下：

（1）花崗斑巖（γπ 53（2））

為雪山嶂巖體的分支部分，產(chǎn)出于鳩山、上垇、烏虎徑一帶，呈10～15°及330～340°方向延伸，面積約1.5平方公里。與火山巖呈侵入或超覆侵入接觸。其形成時(shí)間與火山巖相接近，產(chǎn)出空間密切，物質(zhì)組份、化學(xué)成分及稀土含量極為相似，為一與火山巖漿同源、不同階段和產(chǎn)狀的超淺層侵入巖。

巖石為灰色、淺灰色，風(fēng)化后灰白色，略帶淡紅色，斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶含量25～30%，大小1～4mm，自形～半自形。基質(zhì)為微粒～微嵌晶結(jié)構(gòu)。

巖石成分：斑晶部分有鉀長(zhǎng)石（7～10%）、斜長(zhǎng)石（10～20%）、石英（1～3%），少量黑云母、角閃石；基質(zhì)部分為鉀長(zhǎng)石（透長(zhǎng)石）（40～50%）、石英（20～30%），少量斜長(zhǎng)石、黑云母。

稀土含量（TR2O3）0.070%，其風(fēng)化殼是氧化稀土礦的主要賦存部位之一。

（2）輝綠巖脈（β6）

區(qū)內(nèi)僅見輝綠巖脈，產(chǎn)出于測(cè)區(qū)西部鳩山至下垇（7線至28線）一帶，沿裂隙充填侵入于火山巖及花崗斑巖中，由斜長(zhǎng)石、輝石、角閃石等組成。

該巖石風(fēng)化殼稀土（TR2O3）含量不高，最高0.174%，平均0.074%。

2礦床特征

2.1礦體（層）的形態(tài)、產(chǎn)狀及規(guī)模

（1）礦體形態(tài)、產(chǎn)狀

本區(qū)為風(fēng)化殼礦床，礦體（層）賦存于風(fēng)化殼中。礦體的形態(tài)、產(chǎn)狀與風(fēng)化殼相一致，呈面狀分布，覆蓋于山頂（基巖）之上。

平面形態(tài)很不規(guī)則，受溝谷、溪流及沖積層分割，形成若干不連續(xù)礦塊。形狀各式各樣，有手掌狀、孤島狀、港灣狀。

剖面上呈透鏡狀、似層狀、“新月形”。礦體（層）順山脊側(cè)伏延伸，順山坡坡向傾斜，傾斜角略比地形坡角緩。

礦體厚度，一般山頂（山脊）厚，往山坡、山麓逐漸變薄乃至殲滅。

（2）礦體規(guī)模

礦區(qū)為一北寬南窄的梯形狀。北端寬2.2公里，南端寬0.8公里，平均寬1.5公里，南北長(zhǎng)2.2公里。根據(jù)溝谷、溪流分割情況，可將礦段劃分為14個(gè)自然礦體。

2.2稀土元素含量變化規(guī)律

礦體（石）稀土元素由原巖稀土元素在表生風(fēng)化作用中富集成礦，稀土含量（TR2O3）一般為原巖的2倍，高者可達(dá)3～5倍。單工程品位一般為0.10～0.15%，高者0.20～0.25%，最高之CK1606達(dá)0.336%。原巖稀土含量（TR2O3）為0.066～0.070%。

平面上，礦體中心部位（山脊、山頂）稀土含量高，礦體邊部（山坡、山麓）稀土含量低；順山脊及緩山坡礦體變化幅度小，橫切山脊陡坡稀土變化幅度大。

鉛直剖面上，自地表往下至半風(fēng)化層，稀土含量由低到高，又由高到低，直至接近原巖含量。花崗斑巖型、火山巖型都是如此。

稀土含量（品位）有隨礦體厚度的增大而增高，具有同步增長(zhǎng)的關(guān)系。

2.3稀土元素的賦存狀態(tài)及配分

（1）稀土元素的賦存狀態(tài)

稀土元素主要以離子相的形式賦存于風(fēng)化殼中（約占稀土總量的72.6～85.5%），礦物相極少，僅有少量的褐簾石及微量的獨(dú)居石、磷釔礦等。

（2）稀土元素分量及配分值

按花崗斑巖、熔結(jié)凝灰?guī)r類型，用原礦或氧化稀土（為草酸稀土）進(jìn)行稀土分量及配分分析，樣品采用單工程與多工程組合。分析結(jié)果表明：本區(qū)花崗斑巖風(fēng)化礦石、熔結(jié)凝灰?guī)r風(fēng)化礦石的稀土配分相似，同以輕稀土為主。原礦配分以∑La-Nd組為主，∑Sm-Ho組與∑Er-Y組相近；氧化稀土配分∑La-Nd組為主，∑Er-Y組略高于∑Sm-Ho組；稀土氧化物Y2O3、∑Er-Y組的配分值比原礦的配分高，熔結(jié)凝灰?guī)r型比花崗斑巖型略高。

3礦床成礦條件及成因

3.1礦床成礦條件

巖石條件：本區(qū)花崗斑巖、熔結(jié)凝灰?guī)r中稀土含量較高（TR2O3 0.060～0.070%），為風(fēng)化殼礦床的形成提供足夠的礦質(zhì)。是本區(qū)礦床成礦的先決條件。

稀土元素在巖石中的存在價(jià)值，必須是在表生風(fēng)化作用條件下易離解成陽(yáng)離子為粘土礦物所吸附富集成礦。

本區(qū)為亞熱帶溫濕氣候，化學(xué)作用風(fēng)化有利，易于粘土礦物的形成和含稀土礦物的離解。

本區(qū)火山巖、花崗斑巖多形成低山丘陵，山體多為渾圓山頂，凸形緩坡，侵蝕作用較弱，是風(fēng)化殼發(fā)育、保存完好的地貌類型。是風(fēng)化殼礦床的重要成礦條件之一。

3.2礦床成因

含稀土元素（或稀土礦物）的熔結(jié)凝灰?guī)r、花崗斑巖，在表生風(fēng)化作用中，巖石、礦物離解為帶負(fù)電荷的高嶺石類粘土礦物和帶正電荷的稀土陽(yáng)離子，在靜電引力作用下，稀土陽(yáng)離子易于為粘土礦物所吸附，富集成礦而賦存于風(fēng)化殼中。形成火山巖風(fēng)化殼離子吸附型輕稀土礦床。

參考文獻(xiàn)

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關(guān)鍵詞：激光熔覆，LY11CZ，Al-Y-Nb合金，微觀組織形貌，腐蝕性能

 

0 引言鋁及鋁合金具有比強(qiáng)度高、耐腐蝕性好等優(yōu)點(diǎn)，是航天、航空和石油化工等工業(yè)領(lǐng)域廣泛使用的材料。LY11CZ很長(zhǎng)時(shí)間被用于制造飛機(jī)螺旋槳葉片，葉片表面上出現(xiàn)損傷時(shí)，必須通過一些表面處理技術(shù)進(jìn)行修復(fù)。除了考慮螺旋槳葉片所要求的高強(qiáng)度、高耐疲勞性，對(duì)于沿海的機(jī)場(chǎng)，飛機(jī)主要在海洋濕氣環(huán)境下飛行，還必須考慮表面修復(fù)后的耐腐蝕性。選擇一種合適的表面處理技術(shù)對(duì)螺旋槳葉片進(jìn)行修復(fù)，對(duì)節(jié)省裝備維護(hù)費(fèi)用，提高裝備使用壽命具有很重要的意義。

激光熔覆是用激光作熱源，在材料表面熔覆一層具有特殊性能的合金層。。合理選擇熔覆合金和激光處理工藝，可以得到高硬度、高耐磨性和高抗蝕性的表面層[1]。激光熔覆技術(shù)作為一種高速高效的表面處理技術(shù)，在防腐蝕工程方面有極大的運(yùn)用前景[2]。

本文以激光熔覆技術(shù)作為飛機(jī)葉片表面損傷的修復(fù)方法，研究熔覆層的微觀組織形貌與耐腐蝕性能。

1 激光熔覆實(shí)驗(yàn)1.1 試驗(yàn)材料1.1.1 基材

基材為L(zhǎng)Y11CZ，取自飛機(jī)螺旋槳葉片，化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))：Si0.7，F(xiàn)e0.7，Cu3.8~4.8，Mn0.4~0.8，Mg0.4~0.8，Ni0.1，Zn0.3，Ti0.15，余量為Al。試樣尺寸為50×50×5(mm)，表面用粗砂紙打磨，并用丙酮清洗。

1.1.2 熔覆材料

釔作為稀土元素具有很多獨(dú)特的性質(zhì)，添加少量的釔能極大的影響材料的組織與性能。將釔添加在鋁粉中作為熔覆材料具有很多積極作用，主要表現(xiàn)在3個(gè)方面：①變質(zhì)作用。激光熔覆過程其實(shí)是一個(gè)熔鑄過程，而釔以及其他一些稀土元素可以有效減小鋁合金的枝晶間距，細(xì)化鑄態(tài)晶粒。②凈化作用。由于稀土元素具有很高的化學(xué)活性，與H2、Fe、S等雜質(zhì)元素具有很強(qiáng)的化學(xué)親和力，可以與各種雜質(zhì)元素形成化合物，因而能消除H2、Fe、S和過剩游離態(tài)Si等有害雜質(zhì)的影響。③微合金化作用。稀土元素與Al及其合金元素能發(fā)生微合金化作用，對(duì)鋁合金能起到一定的改性作用。由于稀土元素在純鋁中溶解度很小，添加釔元素對(duì)純鋁強(qiáng)度作用很小。

鈮與鋁可以形成無限固溶體。將少量鈮作為變質(zhì)劑加入到熔覆材料中，可以起到細(xì)化晶粒和改善組織。在激光熔覆形成熔池的瞬間，高熔點(diǎn)的鈮成顆粒狀分布在熔池中，可以增加晶核的數(shù)量，并阻礙晶核的長(zhǎng)大，起到細(xì)晶強(qiáng)化作用，改善材料的鑄造工藝性能。

因此，熔覆材料選擇為Al-Y-Nb合金粉末，其中Y為4%、Nb為2%，余量為Al。粉末混合均勻，經(jīng)粘結(jié)劑浸潤(rùn)后干燥備用。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備及儀器采用JHM-1GX-200B型Nd:YAG脈沖激光器。其波長(zhǎng)為1.06μm，最大輸出功率為300W，最大工作電流400A，脈沖寬度(0.1～15)ms，最大單脈沖能量60J，激光束發(fā)散角小于15mrad，能量不穩(wěn)定度小于±5%。組織形貌及耐腐蝕性分析主要采用4XB-TV金相顯微鏡完成。HXS-1000數(shù)字式智能顯微硬度計(jì)測(cè)試熔覆層顯微硬度。

1.3 試驗(yàn)方法

采用正交實(shí)驗(yàn)法，進(jìn)行單道激光熔覆試驗(yàn)。鋁材表面易氧化，反射率高，試驗(yàn)過程中，用同軸的氬氣流進(jìn)行保護(hù)。

表5 正交試驗(yàn)表及硬度測(cè)試

Table 1 Orthogonal experiment table and test of micro-hardness

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關(guān)鍵詞：地球化學(xué)；蛇綠巖；玄武巖；晚古生代；構(gòu)造環(huán)境；北天山；新疆

中圖分類號(hào)：P588.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0引言

新疆西天山內(nèi)部發(fā)育多條顯著的蛇綠混雜巖帶，包括北天山晚古生代蛇綠混雜巖帶、中天山北緣早古生代蛇綠混雜巖帶、中天山南緣早古生代晚期―晚古生代早期蛇綠混雜巖帶和南天山晚古生代蛇綠混雜巖帶[12]。巴音溝蛇綠混雜巖屬于北天山晚古生代蛇綠混雜巖帶的一部分，從艾比湖經(jīng)巴音溝向東延伸到后峽一帶，是準(zhǔn)噶爾板塊與塔里木板塊間的最終縫合帶。巴音溝蛇綠混雜巖呈推覆巖片逆沖于下石炭統(tǒng)阿克沙克組之上，其上又被上石炭統(tǒng)奇爾古斯套組角度不整合覆蓋。巴音溝蛇綠混雜巖中玄武巖為NMORB型，但根據(jù)SrNd同位素特征，這些洋中脊玄武巖受到了洋島玄武巖（OIB）的影響[3]。對(duì)斜長(zhǎng)花崗巖及輝長(zhǎng)巖進(jìn)行SHRIMP UPb測(cè)年，獲得其年齡分別為（325±7）、（344±3）Ma[4]；但在硅質(zhì)巖中獲得放射蟲及牙形刺微體化石，由此認(rèn)為其形成于晚泥盆世―早石炭世[56]；同樣，前人對(duì)巴音溝蛇綠混雜巖形成環(huán)境提出了邊緣海盆環(huán)境[7]、弧后盆地環(huán)境[6]、弧前盆地環(huán)境[8]及準(zhǔn)噶爾早古生代洋盆（古亞洲洋盆的組成部分）向南俯沖誘發(fā)巖石圈拉伸而形成小洋盆環(huán)境[5]等觀點(diǎn)。由此可見，前人對(duì)巴音溝蛇綠混雜巖的研究主要集中在年代學(xué)及形成環(huán)境方面，對(duì)混雜巖帶內(nèi)部的各個(gè)巖塊組成和性質(zhì)研究較少。

2010～2012年，西安地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)院組織完成了中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局1∶50 000哈夏特等4幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查，其中包括對(duì)巴音溝蛇綠混雜巖帶的研究[9]。通過對(duì)蛇綠混雜巖帶出露的典型地區(qū)進(jìn)行1∶10 000地質(zhì)填圖和剖面測(cè)量，深入研究其空間展布特征、物質(zhì)組成、構(gòu)造變形特征和形成時(shí)代，豐富對(duì)巴音溝蛇綠混雜巖帶的認(rèn)識(shí)，以期更加全面地反映北天山晚古生代構(gòu)造演化的基本過程。

1研究區(qū)地質(zhì)概況

巴音溝蛇綠混雜巖位于中天山北緣斷裂北側(cè)，是北天山晚古生代構(gòu)造巖漿作用的重要組成部分（圖1）。巴音溝地區(qū)SW―NE向存在3個(gè)主要地質(zhì)單元，依次為下石炭統(tǒng)沙大王組、巴音溝蛇綠混雜巖和上石炭統(tǒng)奇爾古斯套組（圖2）。巴音溝蛇綠混雜巖呈推覆巖片逆沖于沙大王組之上，與上石炭統(tǒng)奇爾古斯套組為斷層接觸關(guān)系。

圖件引自文獻(xiàn)[10]

巴音溝蛇綠混雜巖帶由蝕變超基性巖、含斜長(zhǎng)花崗巖脈的輝長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)巖、輝綠巖墻、枕狀玄武巖、塊狀熔巖（玄武巖和安山巖）、基性凝灰?guī)r和硅質(zhì)巖等組成。輝綠巖墻清楚地根植于輝長(zhǎng)巖中，對(duì)上覆玄武巖起著補(bǔ)給通道的作用。在巴音溝地區(qū)，雖然蛇綠巖組合出露比較完整，但原始的蛇綠巖組合已被后期構(gòu)造變動(dòng)破壞。蝕變超基性巖主要由蛇紋巖化方輝橄欖巖和純橄巖組成。巴音溝蛇綠混雜巖帶由混雜基質(zhì)和構(gòu)造巖塊組成，基質(zhì)為強(qiáng)烈剪切變形的超基性巖及碎屑巖，而構(gòu)造巖塊較為復(fù)雜，主要為蛇紋巖、蝕變輝長(zhǎng)巖、凝灰?guī)r、深海放射蟲硅質(zhì)巖。另外，部分玄武巖與灰?guī)r緊密伴生，而有的玄武巖卻與紫紅色硅質(zhì)巖緊密伴生。

2玄武質(zhì)巖石分類

在對(duì)巴音溝蛇綠混雜巖帶的物質(zhì)組成進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，對(duì)其中的玄武質(zhì)巖石進(jìn)行系統(tǒng)分析。結(jié)合野外產(chǎn)狀、巖石組合特征及地球化學(xué)特征，可將混雜巖帶中玄武質(zhì)巖石初步分為3類：與變質(zhì)橄欖巖及輝長(zhǎng)巖等伴生的玄武質(zhì)巖石、與火山碎屑巖及酸性火山巖伴生的玄武質(zhì)巖石和分布于蛇綠混雜巖邊部的玄武質(zhì)巖石。

圖3玄武巖與蛇紋巖的接觸關(guān)系

Fig.3Contact Relationship Between Basalt and Serpentinite

2.1與變質(zhì)橄欖巖及輝長(zhǎng)巖等伴生的玄武質(zhì)巖石

與變質(zhì)橄欖巖及輝長(zhǎng)巖等伴生的玄武質(zhì)巖石多為淺灰綠色，在野外與變輝長(zhǎng)巖、變輝長(zhǎng)輝綠巖、變質(zhì)橄欖巖及蛇紋巖緊密共生，它們之間均為構(gòu)造接觸（圖3），是蛇綠混雜巖帶中玄武質(zhì)巖石的主體。基性熔巖通常具有聚斑結(jié)構(gòu)、玻基交織結(jié)構(gòu)、斑狀結(jié)構(gòu)或微晶結(jié)構(gòu)，主要由斜長(zhǎng)石、單斜輝石、磁鐵礦、鈦鐵礦和少量鋯石組成，發(fā)育低級(jí)變質(zhì)作用形成鈉長(zhǎng)石、綠簾石、綠泥石、方解石、榍石和陽(yáng)起石等礦物，它們常出現(xiàn)在基質(zhì)中。輝長(zhǎng)巖主要由粗粒斜長(zhǎng)巖和單斜輝石組成，斜長(zhǎng)石通常被輝石包裹構(gòu)成嵌晶結(jié)構(gòu)，巖石中含有少量鈦鐵礦、磁鐵礦、榍石及鋯石。

2.2與火山碎屑巖及酸性火山巖伴生的玄武質(zhì)巖石

與火山碎屑巖及酸性火山巖伴生的玄武質(zhì)巖石主要分布在蛇綠混雜巖帶的中部大梁附近，所占比例不多但特征比較明顯，多與中酸性火山碎屑巖巖塊、碎屑巖分布在一起，它們之間均為斷層接觸關(guān)系，呈現(xiàn)網(wǎng)狀鑲嵌結(jié)構(gòu)，變形基質(zhì)多為火山碎屑巖、碎屑巖。該玄武質(zhì)巖石主要有兩種玄武巖：一種為紫紅色塊狀玄武巖，呈紫紅色塊狀構(gòu)造，偶見小枕狀構(gòu)造；另一種為深灰色枕狀玄武巖，巖石呈深灰色枕狀構(gòu)造，枕狀構(gòu)造十分發(fā)育，大多呈橢球狀，直徑一般為30～50 cm，也可見直徑約1 m的球枕（圖4），球枕之間有3～5 cm的冷凝邊。枕狀玄武巖具斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶主要為斜長(zhǎng)石和少量單斜輝石，基質(zhì)為間隱結(jié)構(gòu)（玻璃質(zhì)已脫玻化），斜長(zhǎng)石微晶發(fā)育海相火山巖特有的水下“淬火”結(jié)構(gòu)。

圖4枕狀玄武巖分布

Fig.4Distribution of the Pillow Basalts

2.3分布于蛇綠混雜巖邊部的玄武質(zhì)巖石

分布于蛇綠混雜巖邊部的玄武質(zhì)巖石主要分布在混雜構(gòu)造帶邊部及蛇綠混雜巖帶兩側(cè)的地層中，均為斷層接觸關(guān)系，變形基質(zhì)為中酸性火山碎屑巖和碎屑巖。該玄武質(zhì)巖石主要為灰綠色枕狀玄武巖，巖石多具杏仁狀、枕狀、球粒狀構(gòu)造，玄武巖枕體大小懸殊，呈不規(guī)則狀魚目混雜。其直徑一般都小于20 cm，以5～10 cm的居多（圖5）。枕狀玄武巖特征與第2.2節(jié)枕狀玄武巖類似，具斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶主要為斜長(zhǎng)石和少量單斜輝石，基質(zhì)為間隱結(jié)構(gòu)。

圖5被構(gòu)造破壞的枕狀玄武巖分布

Fig.5Distribution of the Pillow Basalts Destroyed by Tectonics

3地球化學(xué)特征

對(duì)玄武質(zhì)巖石分別進(jìn)行樣品采集及地球化學(xué)測(cè)試分析，分析結(jié)果見表1。根據(jù)地球化學(xué)參數(shù)可以看出：樣品10DYQ821、D0933YQ1、D1908YQ2、11D1YQ471、11D1YQ541為洋中脊玄武巖（MORB）型；樣品D0904YQ1、D0931YQ1、D0207YQ1為洋島玄武巖（OIB）型；樣品10DYQ751、10SYQ221、10UYQ91、D0903YQ1為大陸裂谷玄武巖（CRB）型。這3類樣品與野外巖石組合特征相一致。

3.1MORB型巖石

MORB型巖石SiO2含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）為49.17%～52.5%，Al2O3為13.58%～15.03%， MgO為5.37%～6.16%，Mg#值為36～43；TiO2含量為0.60%～2.01%，明顯高于島弧拉斑玄武巖（TiO2含量為0.58%～0.85%），而與洋中脊玄武巖（TiO2含量為1%～1.5%）基本一致； Na2O含量為2.29%～5.08%，平均為3.83%，略高于堿性玄武巖的平均值（3.2%），K2O含量為0.23%～346%，絕大多數(shù)Na2O含量高于K2O，w（Na2O）+w（K2O）值為4.10%～5.75%。在抗蝕變?cè)?000 1Zr/TiO2Nb/Y圖解（圖6）中，樣品全部落在亞堿性玄武巖安山巖區(qū)；利用FeOT+TiO2Al2O3MgO圖解進(jìn)一步判別，樣品屬于高鈦拉斑玄武巖系列（圖7）。

玄武巖稀土元素總含量較高，為（16.1～73.8）×10-6，無明顯Eu異常（0.91～1.25）。在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式（圖8）中，輕稀土元素略虧損，重稀土元素曲線相對(duì)平坦，輕、重稀土元素分餾較不明顯（w（La）N/w（Yb）N=0.67～1.57）。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖（圖9）中，大離子親石元素Rb、Ba、Th相對(duì)富集，高場(chǎng)強(qiáng)元素Zr、Nb明顯負(fù)異常。總體上，與變質(zhì)橄欖巖及輝長(zhǎng)巖等伴生的玄武質(zhì)巖石曲線跟典型洋中脊玄武巖形態(tài)基本一致。

3.2OIB型巖石

OIB型巖石SiO2含量為4783%～5098%， Al2O3為1365%～1652%， MgO為336%～596%；Mg#值為28～43，低于原生巖漿（Mg#值為68～75）；TiO2含量為26%～367%，明顯高于島弧拉斑玄武巖（TiO2含量為058%～085%）及洋中脊玄武巖（TiO2含量為1%～15%），而與加拿大Flin Flon帶的Long Bay的洋島玄武巖（TiO2含

REE為稀土元素總含量；w（?）N為元素含量球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化后的值；δ（?）為元素異常；主量元素在新疆地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局中心實(shí)驗(yàn)室采用X射線熒光光譜（XRF）方法分析完成，分析的相對(duì)偏差小于5%；FeO含量用濕化學(xué)分析法單獨(dú)測(cè)定完成；微量元素在長(zhǎng)安大學(xué)西部礦產(chǎn)資源與地質(zhì)工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室采用ThermoX7電感耦合等離子體質(zhì)譜儀進(jìn)行樣品測(cè)定；除元素Nb和Ta的分析相對(duì)偏差小于10%外，其余元素均小于5%。

ws為樣品含量；wc為球粒隕石含量；球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[13]；巖石類型相同的多條曲線分別對(duì)應(yīng)不同的樣品編號(hào)

圖8玄武質(zhì)巖石球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式

Fig.8Chondritenormalized REE Pattern for Basaltic Rocks

wp為原始地幔含量；原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[13]；巖石類型相同的多條曲線分別對(duì)應(yīng)不同的樣品編號(hào)

圖9玄武質(zhì)巖石原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖

Fig.9Primitive Mantlenormalized Trace Element Spider Diagram for Basaltic Rocks

量為1.35%～2.29%）[14]及中國(guó)克拉瑪依OIB型枕狀玄武巖（TiO2含量為129%～2.48%）相近[15]；Na2O含量為3.83%～4.82%，略高于堿性玄武巖的平均值（3.2%），K2O含量為0.8%～198%，Na2O含量高于K2O，w（Na2O）+w（K2O）值為4.63%～584%，與克拉瑪依OIB型枕狀玄武巖（w（Na2O）+w（K2O）值為433%～938%）[14]相近。在抗蝕變?cè)?.000 1Zr/TiO2Nb/Y圖解中，樣品全部落在堿性玄武巖區(qū)域（圖6）。

玄武巖稀土元素總含量較高，為（132.9～160.9）×10-6，無明顯Eu異常（0.96～1.03）。在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式（圖8）中，輕稀土元素強(qiáng)烈富集，重稀土元素相對(duì)虧損，曲線平坦，輕、重稀土元素分餾較為明顯（w（La）N/w（Yb）N=351～828），配分模式與典型的洋島玄武巖模式一致。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖（圖9）中，大離子親石元素Rb、Ba、Th相對(duì)富集，高場(chǎng)強(qiáng)元素Ti、Hf、Ta明顯富集。總體上，與火山碎屑巖及酸性火山巖伴生的玄武質(zhì)巖石曲線跟典型洋島玄武巖形態(tài)基本一致。

3.3CRB型巖石

CRB型巖石SiO2含量為47.46%～51.33%， Al2O3為13.16%～14.9%， MgO為5.03%～583%；Mg#值為42～51，低于原生巖漿（Mg#值為68～75）；TiO2含量為2.07%～2.71%，明顯高于島弧拉斑玄武巖（TiO2含量為0.58%～0.85%）及洋中脊玄武巖（TiO2含量為1%～1.5%）；Na2O含量為249%～4.69%， K2O為1.17%～26%，Na2O含量高于K2O。在抗蝕變?cè)?000 1Zr/TiO2Nb/Y圖解中，樣品全部落在堿性玄武巖區(qū)域（圖6）。

玄武巖稀土元素總含量較高，為（140～180.6）×10-6，無明顯Eu異常（0.88～1.14）。在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式（圖8）中，輕稀土元素強(qiáng)烈富集，重稀土元素相對(duì)虧損，曲線平坦，輕、重稀土元素分餾較為明顯（w（La）N/w（Yb）N=11.33～1509）。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖（圖9）中，大離子親石元素Rb、Ba、Th相對(duì)富集，高場(chǎng)強(qiáng)元素Ti、Hf、Ta無明顯異常。總體上，分布于蛇綠混雜巖邊部的玄武質(zhì)巖石曲線與大陸裂谷玄武巖形態(tài)基本一致。

4討論

4.1形成時(shí)代

徐學(xué)義等對(duì)新疆巴音溝蛇綠混雜巖中的輝長(zhǎng)巖、斜長(zhǎng)花崗巖分別進(jìn)行了鋯石UPb同位素測(cè)年研究[4]，測(cè)年結(jié)果分別為（344±3.4）、（324.8±7.1）Ma。另外，在巴音溝蛇綠混雜巖套的硅質(zhì)巖中發(fā)現(xiàn)有放射蟲Ceratoikicum sp.，時(shí)代為早石炭世[16]，同時(shí)也存在晚泥盆世法門期的牙形石Palmatolepis sp.和Palygnathus sp.[56]。Han等對(duì)侵位于蛇綠混雜巖帶中具有釘合巖體特征的四棵樹花崗巖進(jìn)行了年齡測(cè)定，獲得其年齡為316 Ma[10]。司國(guó)輝等對(duì)四棵樹花崗巖不同侵入體進(jìn)行了激光剝蝕等粒子質(zhì)譜鋯石測(cè)年，獲得的年齡分別為（311.5±4）、（311.1±3.8）、（314.7±4.3）、（324.7±4.3）Ma[17]；同時(shí)，對(duì)上覆于蛇綠混雜巖帶的前峽組測(cè)年，獲得該組下段凝灰質(zhì)粉砂巖夾層內(nèi)安山巖的鋯石年齡為（318.5±4.6）Ma。上述數(shù)據(jù)表明，巴音溝蛇綠混雜巖中蛇綠巖組分的形成年齡至少應(yīng)從344 Ma開始，但其代表的北天山洋不晚于324 Ma關(guān)閉，也就是說，巴音溝洋關(guān)閉于早石炭世末，因此，也可以間接推測(cè)其中洋島玄武巖組分形成時(shí)代介于324～344 Ma，而大陸裂谷玄武巖組分的年代應(yīng)該晚于324 Ma。

4.2構(gòu)造環(huán)境

在新疆巴音溝蛇綠混雜巖中，明顯發(fā)育3種不同地球化學(xué)特征的玄武質(zhì)巖石，分別為MORB型、OIB型和CRB型。采用抗蝕變?cè)兀ㄈ鏩r、Y及Ti等）進(jìn)行構(gòu)造環(huán)境判別。在ZrZr/Y構(gòu)造環(huán)境判別圖解（圖10）中，MORB型火山巖樣品全部落在了大洋中脊區(qū)域，OIB型及CRB型玄武質(zhì)巖石樣品落在了板內(nèi)環(huán)境。在FeOTMgOAl2O3構(gòu)造環(huán)境判別圖解（圖11）中，進(jìn)一步區(qū)分OIB型及CRB型樣品，但兩者也不能很好地區(qū)分。考慮到前者伴生有灰?guī)r，后者發(fā)育有酸性巖，可以認(rèn)為巴音溝蛇綠混雜巖中發(fā)育OIB型玄武巖的同時(shí)，還存在CRB型玄武質(zhì)巖石，當(dāng)然也不排除全部是OIB型玄武巖及后期卷入的可能[18]。

圖件引自文獻(xiàn)[19]

圖10玄武質(zhì)巖石Zr/YZr構(gòu)造環(huán)境判別圖解

Fig.10Tectonic Setting Discrimination Diagram of Zr/YZr for Basaltic Rocks

圖件引自文獻(xiàn)[20]

圖11玄武質(zhì)巖石FeOTMgOAl2O3構(gòu)造環(huán)境判別圖解

Fig.11Tectonic Setting Discrimination Diagram of

FeOTMgOAl2O3 for Basaltic Rocks

5結(jié)語

新疆巴音溝蛇綠混雜巖帶中發(fā)育3種不同類型的玄武質(zhì)巖石，記錄了該地區(qū)復(fù)雜的構(gòu)造巖漿事件。這3種玄武質(zhì)巖石分別為與變質(zhì)橄欖巖及輝長(zhǎng)巖等伴生的玄武質(zhì)巖石、與火山碎屑巖及酸性火山巖伴生的玄武質(zhì)巖石和分布于蛇綠混雜巖邊部的玄武質(zhì)巖石。根據(jù)地球化學(xué)參數(shù)發(fā)現(xiàn)，上述3種玄武質(zhì)巖石分別對(duì)應(yīng)MORB型、OIB型和CRB型巖石。其中， MORB型火山巖為正常洋中脊產(chǎn)生的大洋地殼，而OIB型玄武巖為大洋板內(nèi)發(fā)育的大洋高原或者島嶼，CRB型應(yīng)該代表的是大陸裂谷階段火山巖，但遺憾沒有時(shí)代約束。不過，這恰恰與自早石炭世開始整個(gè)天山造山帶又進(jìn)入造山后裂谷拉伸階段相吻合。通過對(duì)巴音溝蛇綠混雜巖帶兩側(cè)地質(zhì)體的對(duì)比研究，認(rèn)為巴音溝洋關(guān)閉于早石炭世末。下一步需要對(duì)北天山構(gòu)造演化進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證。

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