西藏羊八井—青龙地区水系沉积物元素背景值及分布特征

席明杰; 马生明; 赵波; 樊连杰

西藏羊八井—青龙地区水系沉积物元素背景值及分布特征

中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所，河北廊坊 065000
中国地质大学(北京)地球科学与资源学院，北京 100083
河南省地质调查院，河南郑州 450001

基金项目:

国土资源部公益性行业科研专项项目 201111008

中国地质调查局"青藏高原地质矿产调查与评价"专项项目 1212010818002

国土资源部公益性行业科研专项项目(201111008)；中国地质调查局"青藏高原地质矿产调查与评价"专项项目(1212010818002)

详细信息

作者简介:
席明杰,博士研究生,工程师,主要从事勘查地球化学方法技术研究工作.E-mail： mingjiexi@163.com

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出版历程
- 收稿日期: 2013-04-17
- 录用日期: 2013-08-05
- 发布日期: 2013-12-31

The Background Values and Distribution Characteristics of Stream Sediments in the Yangbajain-Qinglong Region, Tibet

Institution of Geophysical and Geochemical Exploration, Chinese Academy of Geological Sciences,Langfang 065000, China
School of Earth Sciences and Resources, China University of Geosciences (Beijing)， Beijing 100083, China
Institute of Geological Survey in Henan, Zhengzhou 450001, China

摘要

摘要: 水系沉积物中化学元素的背景值是地球化学找矿工作中不可缺少的基础资料，对区域地球化学异常评价具有重要意义。西藏地区一直缺少以区内微景观区表层物质为基础建立的多元素背景值数据，在一定程度上限制了对已有水系沉积物异常的认识水平。本文分析了羊八井—青龙地区约12000 km2内2800件水系沉积物组合样品中69个元素背景值及分布特征。统计分析结果表明：与全国水系沉积物和中国南方地区水系沉积物平均值相比，研究区自北向南分布的班戈—八宿、隆格尔—南木林、拉萨—察隅三个地球化学分区内SiO2的含量普遍较高(68.6%~77.0%)，SiO2高含量与区内强烈的风化剥蚀作用及中酸性岩体的大面积产出有关。其他元素的含量普遍偏低，且各分区内有一定的差异性:北部班戈—八宿分区以富集与高温热液或气液有关的Li、Sr、B、N、Cl元素为特征，中部隆格尔—南木林分区以富集铁族元素、稀有元素(Zr)、稀土元素(Sc)为特征，南部拉萨—察隅分区以富集造岩、轻稀土、稀有、分散元素及亲铜成矿元素为特征。元素含量分布的差异与各区地层、岩体、矿床和矿化点密切相关。本次研究提供了羊八井—青龙地区水系沉积物中69个元素背景值，如亲铜成矿元素Au、Ag、Cu、Pb、Zn的背景值分别为0.26 ng/g、41 ng/g、4.04 μg/g、25.2 μg/g和25.6 μg/g，这些背景值的提出弥补了该微景观区化学元素背景值的空白，为羊八井—青龙地区及其邻区区域地质研究及勘查找矿工作提供了参考依据。
- 羊八井—青龙地区 /
- 水系沉积物 /
- 69个元素 /
- 背景值 /
- 地球化学分区
Abstract: The background values of chemical elements in stream sediments are an indispensable tool in geochemical prospecting work, and they are of important significance for regional geochemical anomalies assessment. However, there is a lack of poly-elements background values in Tibet, which are based on the surface material from the micro landscape area thereby limiting understanding of the existing stream sediment anomalies to a certain extent. Analysis of the chemical elements background values and distribution characteristics of 69 kinds of elements in 2800 stream sediment combination samples covering about 12000 km2 in Yangbajain-Qinglong area have been conducted and are reported in this paper. From north to south, the area is divided into three geochemical divisions of Bangor-Basu, Longer-Nanmulin and Lhasa-Zayu. The results indicate that content of SiO2 (68.6%-77.0%) in the study area is higher compared to the average value of stream sediments nationwide. The high content of SiO2 is related to strong weathering and occurrence of large-scale intermediate-acid intrusive rocks in the study area. While other elements are lower and differentiated in three geochemical divisions. Bangor-Basu division is characterized by enrichment of Li, Sr, B, N and Cl which are related to high-temperature hydrothermal or gas-liquid. Longer-Nanmulin division is enriched with iron group elements, rare element (Zr) and rare earth element (Sc). Lhasa-Zayu division is enriched with petrogenetic elements, light rare earth elements, rare elements, dispersed elements and chalcophile metallogenic elements. The differences in element content distribution are closely related with the stratum, rock mass, deposits and mineralization in the geochemical divisions. This study gives the background values for 69 kinds of elements in the Yangbajin-Qinglong area, such as the chalcophile metallogenic elements of Au, Ag, Cu, Pb and Zn with 0.26 ng/g, 41 ng/g, 4.04 μg/g, 25.2 μg/g and 25.6 μg/g, respectively. These data fill a vacancy in the chemical elements background values on the micro-landscape areas of Tibet, and provide references for regional exploration study and geological prospecting work in Yangbajain-Qinglong and adjacent areas.
- Yangbajain-Qinglong region /
- stream sediment /
- 69 elements /
- background values /
- geochemical division

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贵州织金磷矿床为国内典型、研究程度相对较高的伴生稀土资源量巨大的超大型磷块岩矿床^[1]，位于中上扬子地台黔中隆起西南端，成因类型为浅海生物化学沉积型含稀土胶磷矿矿床^[2]，含磷岩系主要发育于下寒武统牛蹄塘组、明心寺组和戈仲伍组^[3]。然而尽管磷矿中伴生稀土量大，但因品位低和赋存状态差，长期以来，伴生稀土的分离提取技术研究未有大的突破，稀土难以开发利用。

弄清稀土的赋存状态是织金磷矿中伴生稀土综合开发利用的基础和前提，也是一直以来的研究热点和争论要点。对于稀土赋存状态的研究，以往多运用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)稀土元素(REEs)分析、单矿物分析、稀土元素物相分析、扫描电镜、电子探针等各种分析测试手段并结合矿物学理论推断，证明织金磷块岩矿石中伴生的稀土元素主要以类质同象存在于胶磷矿中^[4,5,6]，这一结论获得了伴生稀土的主要赋存形式；但存在的问题是对独立稀土矿物和离子吸附型这两种次要赋存状态的认识仍然模糊不清。对于是否存在独立稀土矿物在不同研究课题和测试方法有不同的认识，如刘世荣等^[7]通过电子探针首次在磷矿石中发现独立稀土矿物“方铈矿”，而张杰等^[5]通过扫描电镜和电子探针研究未发现独立稀土矿物。对于离子吸附型稀土赋存状态，以往研究偶有提及，但因其在织金磷块岩矿石中所处的次要位置而多被忽略。本文通过野外地质调查、ICP-MS稀土全分析、磷含量分析、岩矿鉴定和矿物学理论指导，并重点研究选矿试验中稀土与磷的流向及两者的含量关系，初步定量分析织金磷矿床中的离子吸附型稀土，以重新厘定织金磷块岩矿石中伴生稀土各种赋存状态的地位。

1 矿样采集与测试方法

本次采集含稀土磷块岩矿石分析测试样共61件以及1件实验室选矿试样250 kg，样品全部来自织金新华磷矿区果化与戈仲伍两个矿段。其中分析测试试样中果化矿段样品全部采自采矿坑道，而戈仲伍样品采自露天矿体剖面或矿堆坪；选矿试样通过坑道施工采自果化矿段。矿样主要为条带状白云质磷块岩。

挑选部分稀土磷矿样磨制薄片进行岩矿鉴定，研究矿石中矿物共生组合，特别是独立稀土矿物以及对离子吸附型稀土形成有贡献的矿物(如黏土矿物、胶磷矿)的含量。对61件稀土磷矿试样采用磷钼酸喹啉重量法与ICP-MS法(X Series Ⅱ型电感耦合等离子体质谱仪,美国Thermo公司)分别进行P₂O₅含量与REEs全分析，研究稀土与磷的含量关系。采用实验室反浮选工艺流程对稀土磷原矿开展选矿试验，探讨经选别后磷与稀土的分配。

2 矿石矿物共生组合

磷块岩矿石矿物组成的分析结果见表 1。其主要矿物为胶磷矿(碳氟磷灰石)，脉石矿物以白云石为主，胶磷矿与白云石含量之和占80%～90%，其次为石英、玉髓，含少量方解石、碳质物、黄铁矿等，常含丰富的生物碎屑，黏土矿物含量较少，低于5%。

表 1 磷块岩矿石的矿物组成

Table 1. Mineral composition of phosphate ore

矿物种类	含量w/%	矿物种类	含量w/%
胶磷矿	50～55	方解石	3
白云石	30～35	碳质物	2
石英、玉髓	5	金属矿物	2
黏土矿物	3

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偏光显微镜下磷块岩矿物组合特征见图 1，未发现独居石和磷钇矿等独立的稀土矿物。矿石结构以泥晶颗粒结构、生物碎屑结构、泥晶胶状结构和不规则颗粒结构为主，胶磷矿多以细粒级嵌布。矿石构造主要包括条带状构造、纹层状构造和块状构造。

图 1 偏光显微镜下磷块岩矿物组合特征

a—生物碎屑质磷块岩，由胶磷矿组成的生物碎屑为各种形态的小壳化石(单偏光10倍)；
b—条带状白云质磷块岩，白云石与胶磷矿呈相间互层产出(正交偏光4倍)。

Figure 1. Mineral features of phosphate ore in polarizing microscope

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3 稀土元素特征及其与磷的关系

磷块岩矿石中未发现独立稀土矿物，为了研究稀土与胶磷矿的化学组分关系，对61件稀土磷块岩矿样进行ICP-MS稀土全分析和P₂O₅含量分析(见表 2)。磷块岩矿石中伴生的稀土元素总量∑REEs一般介于0.08%～0.12%之间，平均值约0.10%，重稀土总量∑HREEs略高于轻稀土总量∑LREEs，其中HREEs中以Y为主。磷矿石中稀土分量以La、Ce、Nd、Y为主，这4种组分之和占稀土总量的80%以上，其他各稀土分量含量较低，总和不足20%。从岩性角度来看，条带状白云质磷块岩和风化壳型磷块岩中稀土含量相对较高。

表 2 磷块岩矿石中P₂O₅和REEs含量分析结果

Table 2. Analytical results of P₂O₅ and REEs in phosphate ores

样品编号	w/%	w/10^-6
样品编号	P₂O₅	La	Ce	Pr	Nd	Sm	Eu	Gd	Tb	Dy	Ho	Er	Tm	Yb	Lu	Y	ΣREEs	La+Ce+Nd+Y
XH-001	19.42	199.90	109.40	30.46	129.90	22.35	5.27	23.90	3.78	22.20	4.53	12.51	1.61	8.13	1.16	277.40	852.50	716.60
XH-002	33.76	432.20	222.60	60.97	257.00	42.50	10.32	47.82	7.88	44.91	9.28	25.37	3.20	15.41	2.20	582.30	1763.96	1494.10
XH-003	19.51	209.70	106.60	30.43	132.50	23.50	5.26	25.41	4.23	25.55	5.38	15.05	1.85	9.28	1.34	327.90	923.97	776.70
XH-004	21.61	254.70	129.10	37.80	164.30	28.77	6.60	31.76	5.31	31.84	6.59	17.91	2.34	11.34	1.57	405.50	1135.43	953.60
XH-005	36.90	446.50	216.70	61.17	256.60	43.17	9.93	48.68	7.96	45.98	9.56	26.13	3.20	15.95	2.24	625.00	1818.76	1544.80
XH-006	27.80	276.70	178.60	49.32	225.30	41.16	11.70	44.72	7.13	40.20	8.09	21.55	2.70	13.19	1.78	497.80	1419.94	1178.40
XH-007	31.12	316.00	153.30	43.86	187.20	32.06	7.62	37.58	6.25	36.96	7.88	22.04	2.88	13.88	1.89	513.70	1383.10	1170.20
XH-008	20.83	224.00	112.00	32.64	139.00	24.67	6.06	28.07	4.63	27.92	6.02	16.16	2.14	10.14	1.46	368.10	1003.01	843.10
XH-009	13.95	163.10	83.23	24.29	105.70	18.64	4.28	20.62	3.47	20.89	4.24	11.48	1.48	7.49	1.01	261.50	731.42	613.53
XH-010	11.32	116.00	62.21	18.00	78.63	13.60	3.23	15.04	2.55	15.28	3.12	8.57	1.11	5.50	0.78	187.70	531.33	444.54
XH-011	34.07	562.00	209.30	58.07	246.00	41.12	9.69	43.72	6.65	37.74	7.47	20.08	2.48	12.02	1.71	504.30	1762.35	1521.60
XH-012	17.68	203.00	107.50	31.71	137.20	23.72	6.11	27.06	4.39	26.02	5.38	14.70	1.87	9.06	1.20	327.10	926.03	774.80
XH-013	23.67	244.80	129.60	39.29	168.50	29.98	6.87	33.26	5.53	32.21	6.89	18.57	2.33	11.41	1.64	427.70	1158.59	970.60
XH-014	21.46	217.50	116.00	32.67	138.60	24.96	5.93	27.89	4.57	27.84	5.75	15.67	1.97	9.39	1.37	365.70	995.80	837.80
XH-015	12.51	142.00	75.82	21.94	96.41	16.84	4.13	18.66	3.16	18.71	3.99	11.03	1.45	7.61	1.05	240.00	662.81	554.23
XH-016	15.53	194.70	100.80	28.58	122.90	21.77	5.00	24.17	4.04	24.27	4.91	13.41	1.71	8.74	1.18	304.10	860.27	722.50
XH-017	15.11	194.40	101.80	28.54	121.00	22.03	5.07	24.21	4.00	23.48	4.93	13.04	1.69	8.40	1.20	300.20	853.99	717.40
XH-018	17.29	216.10	111.20	31.33	134.50	23.86	5.33	26.10	4.41	25.60	5.28	14.72	1.78	8.89	1.23	331.30	941.63	793.10
XH-019	9.77	140.50	69.90	19.70	81.04	14.37	3.53	15.96	2.78	16.24	3.43	9.36	1.24	5.83	0.83	211.00	595.71	502.44
XH-020	11.73	263.30	139.90	37.63	158.50	27.44	6.10	29.40	5.00	28.68	6.08	16.39	2.10	9.83	1.40	388.70	1120.44	950.40
XH-021	5.08	82.18	47.55	12.16	52.75	8.93	2.08	10.67	1.78	11.34	2.37	6.81	0.95	4.63	0.69	147.10	391.98	329.58
XH-022	4.50	78.52	44.74	12.38	52.93	9.18	2.21	10.35	1.78	10.40	2.19	6.20	0.87	4.05	0.62	128.10	364.52	304.29
XH-023	6.49	95.30	51.98	14.44	61.22	11.09	2.53	11.66	1.98	11.73	2.45	6.83	0.92	4.65	0.70	144.70	422.18	353.20
XH-024	6.52	82.08	53.09	14.51	63.59	11.98	3.38	13.37	2.04	11.46	2.39	6.21	0.81	4.00	0.60	135.20	404.72	333.96
XH-025	5.84	83.86	48.74	12.18	51.80	9.21	2.36	10.90	1.77	10.45	2.31	6.60	0.85	4.57	0.67	141.90	388.16	326.30
XH-026	16.18	231.60	137.80	32.62	139.70	24.24	5.95	28.04	4.59	27.48	5.88	16.31	2.10	9.57	1.34	372.90	1040.12	882.00
XH-027	9.68	128.60	70.41	19.57	83.80	14.75	3.70	16.29	2.60	15.96	3.32	9.07	1.11	5.45	0.76	200.60	575.99	483.41
XH-028	2.80	17.86	12.32	2.87	12.29	2.13	0.59	2.30	0.42	2.57	0.52	1.43	0.19	0.94	0.13	27.67	84.22	70.14
XH-029	9.04	106.10	57.76	16.05	67.63	12.35	2.87	13.25	2.23	13.20	2.78	7.67	1.05	5.15	0.72	163.50	472.30	394.99
XH-030	9.85	104.80	55.41	16.12	68.10	11.96	2.99	13.25	2.23	13.72	2.87	7.87	1.06	5.16	0.77	170.60	476.91	398.91
XH-031	13.77	144.50	80.03	22.36	94.91	17.35	4.43	18.88	2.99	17.87	3.59	9.81	1.24	5.99	0.90	220.00	644.84	539.44
XH-032	18.11	200.30	117.90	31.91	140.00	26.58	8.64	28.43	4.61	26.29	5.31	14.34	1.87	8.58	1.24	336.40	952.39	794.60
XH-033	2.34	58.57	78.04	11.62	45.62	8.30	2.28	8.06	1.38	7.74	1.58	4.54	0.64	3.91	0.61	63.77	296.65	246.00
XH-034	26.95	359.60	202.50	53.61	232.70	40.94	10.81	46.22	7.39	43.84	9.01	24.89	3.14	15.61	2.20	580.30	1632.76	1375.10
XH-035	25.25	357.40	199.60	52.83	225.30	40.34	10.20	45.91	7.35	43.24	8.90	24.26	3.05	15.39	2.17	559.00	1594.94	1341.30
XH-036	35.09	504.60	247.20	68.20	287.30	48.77	10.96	54.85	9.05	53.69	10.92	29.70	3.75	17.94	2.51	738.10	2087.55	1777.20
XH-037	15.56	184.80	101.30	27.71	120.70	21.56	5.21	22.37	3.84	21.89	4.46	12.26	1.59	7.77	1.17	279.90	816.53	686.70
XH-038	7.74	99.60	59.35	16.20	70.95	12.67	3.75	13.76	2.26	12.88	2.67	7.52	0.98	5.02	0.75	160.40	468.76	390.30
XH-039	4.75	59.84	38.95	9.90	42.99	7.58	2.68	9.17	1.49	8.67	1.92	5.49	0.67	3.43	0.49	113.00	306.27	254.78
XH-040	2.22	41.37	24.15	6.61	29.15	5.20	1.38	6.25	0.99	6.28	1.40	3.90	0.57	2.78	0.44	80.73	211.20	175.40
XH-041	34.08	385.70	200.50	54.19	223.20	34.71	8.84	35.89	5.48	29.65	5.82	16.04	2.01	9.72	1.50	415.30	1428.56	1224.70
XH-042	10.17	116.20	61.42	18.22	76.92	13.22	3.37	14.45	2.39	14.22	3.08	8.23	1.06	5.47	0.78	180.50	519.52	435.04
XH-043	24.51	308.20	147.50	43.07	184.10	30.04	6.73	32.04	5.24	30.12	6.22	16.64	2.14	10.64	1.45	589.90	1414.02	1229.70
XH-044	37.53	403.00	200.50	53.64	231.40	38.70	10.27	42.74	7.05	41.53	8.52	23.33	2.98	14.35	1.98	675.20	1755.20	1510.10
XH-045	19.32	241.70	119.40	35.19	147.30	25.35	5.97	27.05	4.57	27.32	5.75	15.71	2.02	9.68	1.35	375.70	1044.05	884.10
XH-046	15.51	178.00	92.80	25.70	107.00	17.90	3.87	19.60	3.14	18.60	3.89	10.70	1.35	6.96	1.04	248.00	738.55	625.80
XH-047	15.53	199.00	105.00	28.80	122.00	20.70	4.63	22.90	3.75	22.10	4.53	12.40	1.56	7.91	1.15	293.00	849.43	719.00
XH-048	5.57	71.30	40.50	9.77	41.30	7.15	1.67	8.30	1.42	8.74	1.94	5.39	0.72	3.69	0.55	130.00	332.44	283.10
XH-049	3.27	42.30	25.40	6.43	27.60	4.90	1.04	5.46	0.92	5.71	1.28	3.72	0.54	2.90	0.46	78.20	206.86	173.50
XH-050	32.25	369.00	194.00	50.80	212.00	35.70	9.02	38.80	6.30	37.00	7.71	20.60	2.62	12.80	1.79	606.00	1604.14	1381.00
XH-051	5.79	108.00	64.40	17.60	75.60	12.90	2.85	13.90	2.25	13.60	2.80	7.59	0.97	4.98	0.74	174.00	502.18	422.00
XH-052	2.04	42.30	25.30	6.75	28.10	5.06	1.19	5.46	0.90	5.71	1.26	3.71	0.54	3.08	0.48	74.50	204.34	170.20
XH-053	0.14	3.66	3.62	0.61	2.56	0.43	0.11	0.46	0.07	0.44	0.10	0.29	0.05	0.24	0.03	4.96	17.63	14.80
XH-054	17.74	191.00	99.70	29.00	121.00	20.90	4.64	22.50	3.71	22.20	4.75	12.80	1.64	8.10	1.18	301.00	844.12	712.70
XH-055	11.79	129.00	71.60	19.90	84.00	14.80	3.34	15.90	2.62	15.80	3.31	8.97	1.15	5.75	0.85	211.00	587.99	495.60
XH-056	12.96	165.00	107.00	25.70	111.00	19.20	5.43	20.70	3.35	20.00	4.18	11.40	1.46	7.28	1.03	273.00	775.73	656.00
XH-057	9.70	94.80	54.00	15.50	67.10	12.00	2.88	12.90	2.10	13.10	2.70	7.35	0.92	4.74	0.71	166.00	456.80	381.90
XH-058	18.90	217.00	110.00	31.30	134.00	22.50	4.88	24.40	3.94	24.20	5.01	13.80	1.77	9.20	1.34	334.00	937.34	795.00
XH-059	35.37	389.00	186.00	53.40	225.00	37.80	8.29	41.80	6.90	41.30	8.68	23.40	2.99	14.80	2.12	689.00	1730.48	1489.00
XH-060	9.19	93.30	48.90	14.50	61.60	10.70	2.32	11.30	1.90	11.30	2.39	6.56	0.87	4.36	0.68	151.00	421.68	354.80
XH-061	26.33	327.00	165.00	41.20	163.00	24.90	5.19	27.10	4.17	26.10	5.46	14.70	1.91	9.81	1.44	357.00	1173.98	1012.00

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磷主要以胶磷矿形式存在，胶磷矿为矿物集合体，呈非晶质，其主要矿物组分为碳氟磷灰石，化学式为Ca_x(PO₄,CO₃)_y(OH,F)_z，矿物晶格中的Ca²⁺半径与稀土离子半径相近，稀土离子可替代Ca²⁺以类质同象形式存在于碳氟磷灰石中。分析结果显示，磷矿石中稀土总量与P₂O₅含量表现出较好正相关关系(见图 2)，这与以往研究结论^[4-6]相同。而本次研究还发现各稀土分量与P₂O₅含量亦呈正相关性(见图 3～图 5)，即磷矿中P₂O₅含量越高，则稀土含量也高，反之亦反，说明胶磷矿中的部分Ca²⁺被稀土离子所替换，进一步表明与验证了织金稀土磷块岩矿床中的稀土主要以类质同象形式存在于胶磷矿中。

图 2 ΣREEs与P₂O₅含量正相关关系

Figure 2. Content positive correlation between ΣREEs and P₂O₅

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图 3 Y与P₂O₅含量正相关关系

Figure 3. Content positive correlation between Y and P₂O₅

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图 4 Tm与P₂O₅含量正相关关系

Figure 4. Content positive correlation between Tm and P₂O₅

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图 5 La与P₂O₅含量正相关关系

Figure 5. Content positive correlation between La and P₂O₅

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4 实验室选矿试验过程和结果

离子吸附型稀土的存在与否无法通过磷块岩中稀土与磷的含量关系确定，故采用选矿试验的方法进一步深入研究。

试验目的：采用磷回收效果最佳的浮选流程，开展试验研究稀土的回收富集特征，以及稀土与磷在精矿、尾矿和浮选液(尾矿水)中的分配特征及两者的关系，进而探讨稀土的赋存规律。

试验方法：在开展正式试验之前，通过开展一系列的探索试验；磨矿细度、抑制剂种类和用量以及捕收剂用量作为变量的条件试验；开路流程试验；闭路流程试验。最终确定采用一次粗选、一次扫选的反浮选实验室闭路工艺流程(见图 6)可获得优质的磷精矿^[8,9]。

图 6 反浮选试验闭路流程及数据信息

Figure 6. Closure circuit of reverse flotation beneficiation test and data information

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试验条件：①原矿指标：原矿的P₂O₅含量23.39%，MgO含量6.01%(见表 3)，这两项指标大致相当于织金磷矿中的平均水平，试样具有代表性；②药剂指标：采用混合酸12 kg/(吨原矿)作为抑制剂，混合酸中m(磷酸)︰m(硫酸)＝1︰1.8，磷酸浓度10％，硫酸浓度10％。K-04(脂肪酸类)0.7 kg/(吨原矿)作为捕收剂^[10]，浓度1％；③其他条件：磨矿细度-74 μm(200目)含量占59.0％，常温，试验时长20 min左右。

表 3 原矿多项化学分析结果

Table 3. Chemical analytical results of main elements in ore sample

元素	含量w/%	元素	含量w/%
P₂O₅	23.39	FeO	0.075
MgO	6.01	Na₂O	0.058
CaO	44.87	K₂O	0.12
SiO₂	3.28	TiO₂	0.045
CO₂	16.35	MnO	0.058
F	2.38	SrO	0.072
Al₂O₃	0.20	酸不溶物	3.18
Fe₂O₃	1.12	烧失量	16.99

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而精矿中∑REEs的含量由1188.19×10^-6提高至1421.55×10^-6(见表 4和表 5)，富集度1.20，精矿中∑REEs回收率81.19%。总体而言，REEs回收率较高，REEs及稀土各分量都随P₂O₅的富集而略有富集，但精矿中REEs仍处于较低的含量水平，REEs富集程度差。尾矿中稀土的含量也较低(见表 6)。

通过原矿、精矿和尾矿的质量及磷与稀土的含量测试结果与数据分析，可进一步研究稀土与磷经选别后的分配。

表 4 原矿稀土全分析结果

Table 4. Analytical results of REEs in ore sample

元素	含量w/10^-6	元素	含量w/10^-6
La	285.00	Dy	27.14
Ce	140.00	Ho	5.78
Pr	40.04	Er	15.39
Nd	165.00	Tm	2.06
Sm	27.65	Yb	9.90
Eu	6.33	Lu	1.42
Gd	28.72	Y	429.00
Tb	4.76	ΣREEs	1188.19

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表 5 精矿中稀土及主要组分含量分析结果

Table 5. Analytical results of REEs and main elements in the concentrate

元素	含量w/10^-6	元素	含量w/10^-6
La	349.00	Er	18.58
Ce	197.00	Tm	2.36
Pr	54.68	Yb	11.41
Nd	227.00	Lu	1.61
Sm	36.30	Y	431.00
Eu	7.93	ΣREEs	1421.55
Gd	36.96
Tb	5.95	元素	含量w/%
Dy	34.74	P₂O₅	32.35
Ho	7.03	MgO	1.23

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表 6 尾矿中稀土及主要组分含量分析结果

Table 6. Analytical results of REEs and main elements in the tailings

元素	含量w/10^-6	元素	含量w/10^-6
La	56.90	Er	4.60
Ce	29.56	Tm	0.67
Pr	8.40	Yb	3.78
Nd	35.70	Lu	0.63
Sm	6.13	Y	88.60
Eu	1.35	ΣREEs	252.53
Gd	6.28
Tb	1.13	元素	含量w/%
Dy	7.17	P₂O₅	4.49
Ho	1.63	MgO	16.09

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5 试验中稀土流失分析

5.1 稀土流失特征

值得注意和进一步分析的是稀土的回收问题。原矿经选别后，稀土并未全部分配于精矿和尾矿中，而是出现一定程度的稀土金属量损失(见表 7)。从表 7数据结果可看出，除Ce和Nd出现小幅度增加外，其他各稀土分量都存在一定程度的金属量损失，损失率多介于5%～10%，平均损失率为8.73%。如La和Tm的损失率分别高达10.48%和11.65%，尤其是磷块岩伴生的主要稀土分量Y的损失量达108.04×10^-6，损失率高达25.18%。REEs的损失量达142.39×10^-6，损失率达11.98%，大于分配于尾矿中的稀土。因而可见，稀土磷矿经浮选后，稀土出现了损失，损失率较高。

表 7 试验后稀土的回收和流失

Table 7. Recovery and loss of REEs throughout beneficiation test

元素	原矿	精矿(产率67.86％)			尾矿(产率32.14％)			金属量损失w/10^-6	损失率/%
元素	含量w/10^-6	含量w/10^-6	金属量w/10^-6	回收率/%	含量w/10^-6	金属量w/10^-6	回收率/%	金属量损失w/10^-6	损失率/%
La	285.00	349.00	236.83	83.10	56.90	18.29	6.42	29.88	10.48
Ce	140.00	197.00	133.68	95.49	29.56	9.50	6.79	-3.18	-2.27
Pr	40.04	54.68	37.11	92.68	8.40	2.70	6.74	0.23	0.57
Nd	165.00	227.00	154.04	93.36	35.70	11.47	6.95	-0.51	-0.31
Sm	27.65	36.30	24.63	89.08	6.13	1.97	7.12	1.05	3.80
Eu	6.33	7.93	5.38	84.99	1.35	0.43	6.79	0.52	8.21
Gd	28.72	36.96	25.08	87.33	6.28	2.02	7.03	1.62	5.64
Tb	4.76	5.95	4.04	84.87	1.13	0.36	7.56	0.36	7.56
Dy	27.14	34.74	23.57	86.85	7.17	2.30	8.47	1.27	4.68
Ho	5.78	7.03	4.77	82.53	1.63	0.52	9.00	0.49	8.48
Er	15.39	18.58	12.61	81.94	4.60	1.48	9.62	1.30	8.45
Tm	2.06	2.36	1.60	77.67	0.67	0.22	10.68	0.24	11.65
Yb	9.90	11.41	7.74	78.18	3.78	1.21	12.22	0.95	9.60
Lu	1.42	1.61	1.09	76.76	0.63	0.20	14.08	0.13	9.15
Y	429.00	431.00	292.48	68.18	88.60	28.48	6.64	108.04	25.18
∑REEs	1188.19	1421.55	964.65	81.19	252.53	81.15	6.83	142.39	11.98

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5.2 稀土流失分析

15个稀土分量仅有Ce和Nd出现较小幅度的负损失，推测可能来自分析测试中的误差，Ce和Nd负损失的相对误差分别为2.27%和0.31%。而其他13个稀土组分都出现较大的损失，断定这部分稀土可能进入了选液。故而又追加了1组相同原矿、相同流程和相同条件的浮选试验，对尾矿水进行了稀土全分析。从表 8的分析结果来看，除了Eu、Ho、Er和Tm四种分量未检出外，其他各分量均有一定的含量，其中磷矿石中的主要稀土分量Y和La在尾矿水中的含量分别高达0.02 μg/mL和0.011 μg/mL，而∑REEs为0.051 μg/mL。并且尾矿水中各稀土组分的含量高低与前述通过计算得出的损失量大小出现较好的吻合与对应，损失率较高的稀土，则在尾矿水中的含量对应也较高。因此，可确定损失的稀土果然以离子态进入尾矿水。

表 8 尾矿水中稀土元素全分析结果

Table 8. Analytical results of REEs in the processing solution

元素	含量ρ/(μg·mL^-1)	元素	含量ρ/(μg·mL^-1)
La	0.011	Dy	0.002
Ce	0.005	Ho	0
Pr	0.001	Er	0
Nd	0.003	Tm	0
Sm	0.004	Yb	0.001
Eu	0	Lu	0.001
Gd	0.003	Y	0.02
Tb	0.002	ΣREEs	0.051

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假设原矿质量为1 kg，依据产率及P₂O₅含量分析结果。则选别前原矿中P₂O₅的质量m₁(P₂O₅)=1 kg×23.39%=0.2339 kg；经选别后，精矿和尾矿中P₂O₅的质量之和m₂(P₂O₅)=1 kg×67.86%×32.35%+1 kg×32.14%×4.49%=0.23396 kg。对比可见，精矿和尾矿中的P₂O₅总重与原矿中P₂O₅质量基本相等，说明原矿经选别后磷仅分配于精矿和尾矿中，基本未流向尾矿水，也无其他损失(见表 9)。而稀土不仅分配于精矿与尾矿中，另有高达11.98%的∑REEs流向了尾矿水，表明这部分稀土在原矿中并未与磷酸根等阴离子配位存在于碳氟磷灰石晶格中，即非类质同象形式稀土，而是类似中国南方常见的离子吸附型稀土的存在形式，以稀土离子水合物或稀土羟基水合物吸附于黏土矿物和以胶体矿物存在的胶磷矿表面^[11]，极易被硫酸盐等强电解质浸出并呈离子态进入溶液^[12-16]。

表 9 精矿、尾矿与尾矿水中ΣREEs与P₂O₅的分配对比

Table 9. Correlation for allocation of ΣREEs and P₂O₅ in the concentration,tailings and processing solution

组分	原矿	精矿(产率67.86％)		尾矿(产率32.14％)		损失
组分	含量w/%	含量w/%	质量m/kg	含量w/%	质量m/kg	质量m/kg	比率/%
ΣREEs	0.118819	0.142155	0.00096465	0.025253	0.00008115	0.00014239	11.98
P₂O₅	23.39	32.35	0.2195271	4.49	0.01443086	-0.00006	0.026

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事实上，在浮选过程中，选液中的硫酸盐等强电解质破坏了吸附态离子稀土与吸附载体之间的结合力，导致稀土从吸附状态游离出来并与强电解质结合进入浮选液。而以类质同象形式存在于晶格中的稀土却难以在常温条件下以及20 min的短反应时间内被解离出来^[17]。

6 离子吸附型稀土成因初探

从织金稀土磷矿床的地质特征来看，具备形成离子吸附型稀土的一些有利条件。

(1)风化作用程度深。织金含稀土磷岩系形成于早寒武世，地层年代久远，经历的风化作用时限长，有利于磷块岩中类质同象形式存在的稀土游离出来，而中上扬子区充沛的雨水形成的潮湿环境对原岩进行充分的淋滤作用亦有利于发生风化作用而促成稀土解离形成离子状态。因此推测织金磷块岩矿石中伴生的稀土可能经历了或正处于流失和贫化的过程。野外地质调查对地表与坑道磷块岩矿石分析发现两者都具有一定的风化程度，地表风化程度尤为强烈，这都为稀土解离成稀土阳离子创造了有利条件^{[18,19,20,21]}。

(2)离子吸附型稀土的吸附载体可能主要为胶磷矿，其次为非主要组分黏土矿物。镜下显示胶磷矿为胶状集合体^[22]，边缘模糊呈云絮状，不能辨认是否存在吸附物。从胶体化学分析来看，胶磷矿作为一种胶状矿物，具有较大的比表面积和吸附力，而稀土阳离子水合物(或羟基稀土离子水合物)为带电荷胶体分子，能被胶磷矿(也不排除伴生的少量黏土矿物)吸附且稳定存在，但初步估计吸附量可能有限。事实上，这种吸附状态情况下，稀土与P₂O₅的含量同样呈正相关关系，从而导致以往研究过程中离子吸附型稀土的存在被类质同象稀土所掩蔽。

7 结语

已有研究表明，织金磷块岩矿床中伴生的稀土主要以类质同象形式存在于胶磷矿中，主要是基于稀土总量与磷含量的正相关性，而本研究还发现各稀土分量与磷含量亦呈正相关，进一步验证了该赋存状态的主体地位，但镜下鉴定未发现独立的稀土矿物。本研究着重采用反浮选工艺流程的方法，重点研究磷矿中离子吸附型稀土的赋存规律，结果显示稀土总量的11.98%从原矿中解离出来进入选液，而磷仅分配于精矿和尾矿中未出现损失，表明稀土总量的11.98%以离子吸附态存在于矿石中。因此织金磷矿床中稀土的离子吸附赋存状态次于类质同象，居第二位。对于离子吸附型稀土的成因机制，漫长时限和潮湿环境下的充分淋积风化作用以及胶磷矿与黏土矿物所起的吸附载体等条件起了积极贡献和促成作用。

虽然本文对织金磷矿伴生稀土的各种赋存状态进行了厘定，但不足之处是研究对象主要为采自坑道中的白云质磷块岩矿石，尽管地表与地下矿石都发生了一定程度的风化作用，但未采集广泛发育的风化程度更深的地表风化磷块岩作为选矿试样，只能通过推测认为地表风化壳磷矿中离子吸附型稀土含量可能会更高。另外，胶磷矿作为胶体矿物在化学理论上具有吸附性，但在自然界，对离子态稀土的吸附能力、方式等物理化学属性也有待进一步查明。因此，要全面查清织金磷矿中离子吸附型稀土的赋存规律，还需开展更深入的研究工作，为织金磷块岩矿床乃至中国南方众多类似的磷块岩矿床中伴生资源量巨大的稀土的综合利用提供理论依据。

致谢: 感谢中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所张振海教授级高级工程师、刘海良教授级高级工程师、聂兰仕博士、张必敏博士、曾道明工程师，中国地质科学院申伍军博士研究生、陈晓峰博士研究生、梁胜跃硕士研究生，河南省地质调查院宁福正高级工程师、谢庆峰工程师和裴瑞亮工程师在野外工作中给予的鼎力相助。感谢中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所中心实验室张勤主任及多位同事在数据测试工作中给予的帮助。

图 1 西藏羊八井—青龙地区地质简图(据文献[13-15]修编)

a—研究区大地构造位置图； b—研究区地质简图。

Figure 1. Geological sketch map of Yangbajain-Qinglong area in Tibet (Modified from Reference [13-15])

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表 1 69个元素分析方法与检出限

Table 1 The analytical methods and detection limits for 69 elements

元素	分析方法	检出限	元素	分析方法	检出限
SiO₂	XRF	0.1	P	XRF	10
Al₂O₃	XRF	0.1	Pb	ICP-MS	2
Fe₂O₃	XRF	0.1	Rb	XRF	5
MgO	ICP-AES	0.05	S	XRF	50
CaO	XRF	0.05	Sb	AFS	0.05
Na₂O	ICP-AES	0.05	Sc	ICP-MS	1
K₂O	XRF	0.05	Se	AFS	0.01
全碳	GC	0.1	Sn	ES	1
Ag	ES	20	Sr	ICP-AES	5
Au	FAAS	0.2	Ta	ICP-MS	0.1
Cd	ICP-MS	20	Te	ICP-MS	0.01
Hg	CV-AFS	2	Th	ICP-MS	1
As	AFS	1	Ti	XRF	10
B	ES	2	Tl	ICP-MS	0.1
Ba	XRF	5	U	ICP-MS	0.2
Be	ICP-AES	0.5	V	ICP-AES	2
Bi	ICP-MS	0.05	W	ICP-MS	0.3
Br	XRF	1	Zn	ICP-MS	2
Cl	XRF	20	Zr	XRF	5
Co	ICP-MS	1	Y	ICP-MS	1
Cr	ICP-AES	2	La	ICP-MS	1
Cs	ICP-MS	1	Ce	ICP-MS	1
Cu	ICP-AES	1	Pr	ICP-MS	0.1
F	ISE	100	Nd	ICP-MS	0.1
Ga	XRF	1	Sm	ICP-MS	0.1
Ge	AFS	0.1	Eu	ICP-MS	0.1
Hf	ICP-MS	0.2	Gd	ICP-MS	0.1
I	COL	1	Tb	ICP-MS	0.1
In	ICP-MS	0.02	Dy	ICP-MS	0.1
Li	ICP-AES	1	Ho	ICP-MS	0.1
Mn	XRF	10	Er	ICP-MS	0.1
Mo	ICP-MS	0.2	Tm	ICP-MS	0.1
N	GC	20	Yb	ICP-MS	0.1
Nb	XRF	2	Lu	ICP-MS	0.1
Ni	XRF	2
注： ①元素检出限的单位说明，SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、MgO、CaO、Na₂O、K₂O、全碳为%，Au、Ag、Cd、Hg为ng/g，其他元素为μg/g。 ②分析技术方法说明，XRF—压片制样X射线荧光光谱法；ICP-AES—电感耦合等离子体发射光谱法；GC—氧化热解-气相色谱法；ES—发射光谱法(1米光栅)；FAAS—火焰原子吸收光谱法；CV-AFS—冷蒸气原子荧光光谱法；ICP-MS—电感耦合等离子体质谱法；ISE—离子选择性电极法；AFS—原子荧光光谱法；COL—催化分光光度法。

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表 2 羊八井—青龙地区水系沉积物中69个元素测量数据统计

Table 2 Statistic parameters for 69 elements of stream sediment in Yangbajain-Qinglong region

元素分类	全区					分区元素平均值			丰度
元素分类	中位值	75%值	95%值	背景值	标准差	班戈-八宿	隆格尔-南木林	拉萨-察隅	全国水系沉积物平均值^[14]	中国南方水系沉积物背景值^[15]
造岩元素	Al₂O₃	10.8	12.4	14.3	10.4	2.7	9.93	8.96	11.84	12.8	13.8
	CaO	1.23	3.24	18.4	0.7	0.3	2.11	3.48	0.90	2.87	1.10
	MgO	0.58	1.13	2.88	0.3	0.2	0.62	0.86	0.73	1.56	1.10
	K₂O	3.22	4.02	4.85	3.16	1.08	2.74	2.52	3.95	2.40	2.30
	Na₂O	1.91	2.59	3.20	1.82	0.87	1.52	1.65	2.26	1.37	0.60
	SiO₂	78.0	81.5	85.0	74.3	12.4	74.2	68.6	77.0	64.7	64.9
铁族元素	Fe₂O₃	2.17	3.72	6.20	1.41	0.56	2.35	3.52	2.44	4.73	4.80
	Ti	1206	2231	3753	745	287	1271	1804	1622	4059	4600
	V	31.5	58.3	104	20	11	37.4	46.9	36.2	87.3	91.0
	Cr	14.2	37.7	94	4.78	2.90	19.3	29.2	21.1	67.9	67.0
	Mn	368	605	1088	274	109	350	525	428	680	766
	Co	4.69	9.11	19.2	2.74	1.26	5.19	8.39	5.61	13.1	13.3
	Ni	7.96	20	63	3.38	1.64	10.7	17.4	8.51	28.7	29.0
稀有元素	Li	27.3	35.8	51.9	25.4	7.0	30.0	27.4	28.0	33.9	34.0
	Be	2.34	3.38	5.57	2.11	0.77	1.92	1.89	3.45	2.20	2.20
	Rb	155	217	325	145	55	128	120	209	-	105
	Zr	112	161	223	94	27	104	141	133	292	320
	Nb	7.10	10.3	14.3	6.77	2.95	5.90	8.28	8.90	17.4	18.6
	Cs	7.87	11.1	18.5	6.91	1.98	8.44	6.53	9.62	-	8.20
Hf	3.95	5.16	7.06	3.77	1.19	3.34	4.13	4.82	-	8.30
Ta	0.92	1.23	2.04	0.83	0.32	0.67	0.83	1.25	-	1.40
Sr	128	197	330	105	40	157	122	132	164	77.0
Ba	368	480	655	356	124	299	362	476	522	429
稀土元素	Sc	4.39	7.23	12.0	3.17	1.34	4.75	6.11	5.03	-	11.1
	Y	16.7	21.9	29.5	16.0	5.41	15.3	18.3	18.3	-	29.0
	La	26.1	35.1	52.7	24.0	7.30	23.8	25.4	33.7	41.1	43.0
	Ce	47.3	65.7	96.1	42.4	13.6	42.1	46.5	62.2	-	87.0
	Pr	5.32	7.09	10.7	4.80	1.43	4.75	5.28	6.83	-	9.80
	Nd	18.7	25.2	37.8	16.8	4.9	16.8	19.0	23.9	-	36.0
	Sm	3.47	4.63	6.79	3.18	0.90	3.14	3.66	4.36	-	6.60
	Eu	0.68	0.86	1.24	0.64	0.18	0.67	0.69	0.77	-	1.20
	Gd	3.00	3.94	5.63	2.76	0.80	2.77	3.21	3.57	-	5.80
	Tb	0.53	0.70	0.96	0.50	0.16	0.48	0.57	0.62	-	0.94
	Dy	2.98	3.89	5.23	2.83	0.94	2.71	3.23	3.32	-	5.50
	Ho	0.62	0.82	1.09	0.59	0.21	0.56	0.68	0.69	-	1.08
	Er	1.70	2.23	2.97	1.63	0.57	1.58	1.87	1.79	-	3.10
	Tm	0.29	0.38	0.51	0.28	0.10	0.27	0.32	0.30	-	0.49
	Yb	1.82	2.35	3.20	1.73	0.60	1.69	2.00	1.88	-	3.10
	Lu	0.28	0.37	0.51	0.27	0.09	0.27	0.32	0.29	-	0.47
钨钼族元素	Mo	0.45	0.63	1.30	0.38	0.09	0.40	0.54	0.57	1.13	1.12
	Sn	2.63	3.59	8.83	2.32	0.73	2.46	2.21	3.08	4.13	3.60
	W	1.64	2.21	4.75	1.46	0.50	1.57	1.60	1.92	2.10	2.10
	Bi	0.31	0.48	1.15	0.25	0.09	0.33	0.26	0.40	0.50	0.39
亲铜成矿元素	Cu	6.49	12.0	23.6	4.04	1.66	7.86	9.58	7.09	25.6	25.0
	Zn	34.4	55.3	98	25.6	7.58	32.3	43.6	42.2	77.2	81.0
	As	9.33	16.1	33.9	7.01	4.48	10.7	16.6	5.49	13.3	13.1
	Sb	0.50	0.87	2.01	0.18	0.06	0.65	0.77	0.27	1.42	1.07
	Ag	47	64	114	41	11	48	55	45	93.0	83.0
	Au	0.35	0.54	1.22	0.26	0.05	0.35	0.38	0.41	2.03	1.80
	Hg	9.55	14.3	31.2	7.81	1.41	11.85	14.9	8.30	69.0	75.0
	Pb	27.5	36.8	53.1	25.2	7.14	23.7	24.4	36.7	29.2	32.3
分散元素	Ga	14.3	16.0	18.7	13.9	2.80	12.9	12.5	15.9	-	17.1
	Ge	1.28	1.46	1.71	1.25	0.26	1.20	1.23	1.36	-	1.42
	Se	0.04	0.07	0.15	0.03	0.01	0.05	0.06	0.04	-	0.33
	In	0.038	0.054	0.083	0.033	0.009	0.039	0.039	0.046	-	0.068
	Tl	0.84	1.25	2.05	0.73	0.26	0.73	0.69	1.23	-	0.67
	Cd	82.9	130	276	62.6	18.6	85.2	104	132	258	230
	Te	0.02	0.04	0.09	0.01	0.01	0.03	0.03	0.02	-	0.05
矿化剂及卤素元素	全碳	0.22	0.73	4.32	0.13	0.04	0.42	0.88	0.12	-	1.69
	B	19.1	36.3	72.9	12.3	7.4	31.9	21.1	16.6	51.2	60.0
	N	163	262	640	128	41	215	208	121	-	1328
	F	295	449	689	239	65	288	320	397	528	527
	P	211	316	532	171	42	202	243	285	654	601
	S	72.9	108	204	63.8	13.0	92.6	100	68.6	-	271
	Cl	50.8	72.3	124	43.8	11.8	73.4	50.0	39.6	-	71.0
	Br	1.00	1.34	2.30	0.94	0.31	1.00	1.18	1.04	-	4.10
	I	0.30	0.48	1.04	0.24	0.09	0.40	0.45	0.25	2.5
放射性元素	Th	12.3	16.5	27.1	11.2	3.93	9.81	11.1	17.4	13.5	13.3
放射性元素	U	2.06	2.83	5.95	1.79	0.64	1.51	2.18	3.23	3.08	3.50
注：①元素的含量单位说明，SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、MgO、CaO、Na₂O、K₂O、全碳为%，Au、Ag、Cd、Hg为ng/g，其他元素为μg/g。②数值说明，中位值(50%)、75%值、95%值为元素含量数据分位值，元素含量＞75%值视为异常数值，元素含量＞95%值视为异常内带水平；“-”表示无此数据。

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1 矿样采集与测试方法
2 矿石矿物共生组合
3 稀土元素特征及其与磷的关系
4 实验室选矿试验过程和结果
5 试验中稀土流失分析
5.1 稀土流失特征
5.2 稀土流失分析
6 离子吸附型稀土成因初探
7 结语

西藏羊八井—青龙地区水系沉积物元素背景值及分布特征

作者简介: 席明杰,博士研究生,工程师,主要从事勘查地球化学方法技术研究工作.E-mail： mingjiexi@163.com

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