稀土元素范文

导语：如何才能写好一篇稀土元素，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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稀土元素是从稀少的矿物中发现的，人们常把不溶于水的固体氧化物称为土，所以称之稀土。一般可以把稀土分为：轻稀土或铈组稀土；重稀土或钇组稀土。根据稀土元素物理和化学性质（除钪之外）可分为：轻稀土组（镧、铈、镨、钕、钷）；中稀土组；重稀土组。

稀土具有无法比拟的发光特性，非常强的光谱性质和多种发光性能。

从发光的形式上物体发光现象可分为两类：一是物质受到外界传给的热量，把热能转化为光能而发光；二是稀土元素原子中的电子受激发吸收能量而跃迁至激发态(非稳定态)再返回到基态的过程中，以光

（来源：文章屋网 ）

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关键词：稀土元素；微波消解；土壤；检测

中图分类号 S15 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2015）03-04-122-03

稀土元素的农业利用经过几十年的推广发展，其应用越来越广泛，涉及粮食作物、蔬菜水果等方面的生产，使得进入土壤的稀土总量显著增加，从而影响了生态环境[1]。研究发现，土壤中可溶态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趋势。土壤既是农业生产的基础，又是生态环境的重要组成部分，稀土在土壤中的迁移、转化，通过食物链传递，最终进入人体，影响人类健康[3]。目前的研究证实：（1）植物试验表明，过量稀土可抑制作物生长，如含La70mg/L的培养液会对作物产生毒害作用，喷施稀土超过80g/667m2时，会灼伤大白菜的叶片[3，7]；（2）动物亚慢性毒性研究表明，口食的稀土毒性较低，但是稀土的核素可诱发骨髓细胞突变，稀土粉尘可引起上呼吸道及皮肤疾病，同时稀土可诱发原生动物四膜虫产生微核，并影响其生殖过程；（3）流行病学调查表明，长期摄入低剂量稀土可导致儿童智商下降，成人中枢神经生物电传导速度的下降及某些生化指标（如胆固醇）等显著增高。随着自然和人为因素造成的环境中稀土元素的增加，进而产生对生态环境和人类健康的影响，已引起全社会的关注[4-8]。

然而，要减少农用稀土肥料对水体和土壤的污染，不能简单的依靠不用或少用稀土肥料。长期大量的农业生产实践表明，农作物的生长往往被土壤中短缺的一种主要元素所制约，如不能及时地得到补充，势必会造成减产。通常情况下，良好的土壤耕作层的微量元素全含量可能会远远地超过农作物生长需要的数值，但是微量元素缺乏症却愈来愈严重，这是因为土壤中大部分微量元素不能被农作物所吸收和利用，仅有少量溶解在土壤溶液中的那部分才能被作物所吸收。所以补充有效微量元素是必要的。大量的研究资料[9-12]显示，稀土元素是植物生长发育的有效元素，植物能否吸收足量的稀土元素直接关系到作物的产量和品质。因此，寻找一种有效又实用的测定土壤稀土元素的方法，可以了解土壤微量元素的含量，从而给作物补充有效微量元素提供有效的参考。

1 材料与方法

1.1 实验仪器与试剂

1.1.1 仪器 美国Leeman的Prodigy XP型全谱直读电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP-AES）：自激式高频发生器，高分辨中阶梯光栅，垂直和水平观测系统，CCD固体检测器；Synergy UV纯水器；Anton Paar公司的Multiwave3000微波消解仪；MettlerToledo的AL204电子天平；国华GB-3型电热板；自动移液器、聚四氟乙烯坩埚、容量瓶（10mL）、吸量管、移液管（2mL、5mL、25mL）；

1.1.2 试剂 土壤成分标准物质（GBW-07404）；混合标准溶液（GSB04-1789-2004）1μg/g的稀土元素混合标准溶液：用移液管移取5mL10μg/g的混合标液于50mL的容量瓶中，用蒸馏水定容；5μg/g的稀土元素混合标准溶液：用移液管移取25mL10μg/g的混合标液于50mL的容量瓶中，用蒸馏水定容。

1.2 实验方法

1.2.1 微波消解预处理 准确称取0.5g的土壤样品（精确到0.0001g）于XF100反应罐（TFM）中，分别用自动移液器移取5mL硝酸、2mL盐酸、3mL氢氟酸于罐内，将粘在管壁上的样品全部淋洗到底部，并轻轻混匀。将密封盖完全压入到密封器上，立即轻软地将密封盖盖入消解罐内，并旋紧螺盖。将TFM内管放入到压力套管内，将陶瓷套管放入到保护套杯中，将保护盖放到保护杯上。将盖好的消解罐放到转子的指定位置，泄气螺杆朝外。消解罐的数量应为4或8，并且应该均匀对称放置。对称交替旋紧8个螺母。盖上保护套，将转子放到炉腔内的转盘上，轻轻平移至固定位置。关上Multiwave 3000的安全门，进行消解过程，打开电源，进入主程序界面，选择“Library F1”，选择或设定消解程序，选择“Start F1”系统进行自检过程，自检通过按键盘上的绿色Start键，进行微波消解。直至消解完全，放气冷却15min后取出消解液，将之转于聚四氟乙烯坩埚中，在电热板上进行赶酸，少量多次地加水，直至溶液为无色透明即可。

1.2.2 沉淀分离 在上述消解液中加入4～5g的氢氧化钠，冷却后放入盛有10mL（1∶1）三乙醇胺的烧杯中，加入沸水100mL提取。洗净坩埚后，加10mg镁（Ⅱ），并将溶液煮沸，冷却后，用中速滤纸过滤，用2%的氢氧化钠溶液洗涤沉淀，弃去滤液。然后用1∶1盐酸溶解沉淀，并洗净滤纸，用原烧杯承接滤液。在烧杯中加3g氯化铵、去离子水100mL、氨水20mL煮沸进行沉淀。冷却后用中速滤纸过滤，用2%氨-氯化铵溶液洗涤沉淀，弃去滤液，然后用热的2N盐酸将沉淀溶解于10mL容量瓶中，用2N盐酸定容。

1.2.3 ICP-AES测定 （1）打开仪器主机、计算机，点击工作站使主机与计算机连接。（2）等待光室温度达到平衡后，打开高纯氩气吹扫检测器约5min。（3）选择待测元素及谱线，设定相关参数。（4）将检测器温度降至-15℃。（5）点燃等离子体，先吸喷蒸馏水，再依次检测标准溶液和待测溶液。

2 结果与讨论

2.1 微波消解的条件 通过条件实验，试验不同的功率、爬坡时间及功率保持时间，以达到最好的消解结果，确定最佳优化条件。通过3组不同的条件实验，结果如表1；得到优化条件，结果见表2。

2.2 ICP-AES的测定条件 对ICP-AES各参数进行优化，结果见表3。

2.3 谱线的选择 用待测样品进行扫描，对各元素谱线干扰情况分析后选择检测谱线。样品中La在379.478nm的谱线，右边有一小干扰峰，左边扣背景；样品中Ce在413.765nm的谱线，两边扣背景；样品中Nd在378.425nm的谱线，左边有一小干扰峰，右边扣背景；样品中Sm在359.260nm的谱线，两边无干扰峰；样品中Dy在353.170nm的谱线，附近没有光谱干扰；样品中Er在390.631nm的谱线，附近没有光谱干扰；样品中Yb在328.937nm的谱线，右边有一小干扰峰，左边扣背景；样品中Y在377.433nm的谱线，附近没有光谱干扰。

2.4 ICP-AES测定国家标准土壤（GBW-07404）中稀土元素的分析结果 按照实验方法对国家标准土壤（GBW-07404）中稀土元素La、Ce、Nd、Sm、Dy、Er、Yb、Y进行检测，结果见表4。由表4可知，测定值均在标准值允许范围内。

2.5 样品回收率 对国家标准土壤样品进行标准加入法测得其回收率见表5。

2.6 赣南脐橙园土壤稀土元素分析结果 基于不同脐橙种植区域、典型土壤类型的差异，取赣南脐橙园土壤10份，采用该方法检测，结果见表6。

3 结论

本文通过比较前处理中微波消解的条件，确定了微波消解的最优化条件，然后对消解后的试样采用了2次沉淀法进行分离、富集。采用ICP-AES测定国家标准样品中的La、Ce、Nd、Sm、Dy、Er、Yb、Y等稀土元素，同时对实验仪器的工作条件进行优化，采用标准物质验证了方法的可靠性。实验结果与土壤标准物质（GBW-07404）的分析结果相符，并采用该方法测定了赣南脐橙果园土壤中的稀土元素含量，这将为评价土壤肥力提供依据。

参考文献

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关键词：有色金属；稀土元素；化学分析；合金；金属材料 文献标识码：A

中图分类号：O65 文章编号：1009-2374（2015）22-0054-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2015.22.027

1 有色金属中稀土元素的作用

1.1 稀土通过化学反应可以改变有色金属中杂质的存在状态

有色金属中经常有金属杂质或非金属杂质，稀土元素可以和这些杂质金属进行反应，比如与铁、硅等形成不同的化合物，这样就可以改变铝金属固有的固溶方式，导致它的电阻率不断降低。又比如稀土元素与非金属元素因为化学反应生成高熔点的化合物，这样就导致有色金属的晶粒网络结构进行了细化，有效地稳定了晶界，从而形成高熔点的金属间化合物，提高了有色金属的综合性能。

1.2 稀土元素的加入可以降低有色金属中氢的含量

因为氢，特别是融入液态金属的氢，会以原子态的形式存在，然后变成高分子，导致有色金属材料出现裂纹等问题，严重降低综合性能，并且损害其加工过程，所以减少有色金属中氢的含量越来越引起科学家的关注。正因为如此，添加适量的稀土元素可以有效地减少氢的含量，比如有研究表明，0.1%～0.3%的稀土可以明显降低铝和其合金中氢的含量，达到了非常好的减氢

效果。

1.3 稀土元素能改变合金的表面张力

研究表明，只要基体的表面张力有所降低，就可以有效提高金属或者合金的成型性和铸造性，金属的成型性和铸造性是衡量金属及其合金的性能的有效标准之一，大量的文献表明，在铝和铝合金中添加适量的稀土可以有效降低表面张力。

1.4 稀土的加入可以改变有色金属及其合金的耐高温氧化和耐腐蚀性能

有文献报道，将多种稀土进行混合，然后添加到铝中进行试验，研究结果表面，凡是添加了稀土元素的铝无论是在人造海水还是含盐水中，其耐腐蚀性和耐高温氧化都要比没有添加稀土的铝金属好，这个试验可以看出适量稀土混合物的加入可以有效改变有色金属及其合金的耐高温氧化和耐腐蚀性能，而耐高温氧化和耐腐蚀性能是衡量有色金属及其合金的又一有效标准。

2 有色金属中稀土元素的化学分析及应用

2.1 铝合金中稀土元素的化学分析及应用

利用电化学测试的方法，用铝合金作为电极，将氢氧化钾作为稀土元素化学分析的介质，对比纯铝、铝合金在稀土元素溶液中的电化学，看试验样品，通过试验可以发现：（1）稀土元素的加入很大程度上限制了铝离子发生电离，从而提高了铝合金的耐腐蚀性能；（2）稀土元素的加入有效地抑制了放电现象，从而使合金更加均匀；（3）稀土元素的加入降低了铝作为电极反应的极化能力，从减少正差异效应的角度来提高了铝合金的稳定性，从而全方面地提高了有色铝金属合金的综合性能。

通过对相关样品的表征分析，可以发现稀土的加入可以帮助化学反应，形成大量的稀土――铝化合物，这些化合物的生成能有效提高合金的强度，同时稀土元素也可以单独对铝合金起到强化和净化的作用，从降低铝合金偏析问题出现频率的角度出发，提高高温强度。由于稀土的加入可以有效提高铝合金的性能，所以目前铝合金中稀土元素的化学分析及应用最为广泛地被应用于各个方面。

2.2 铜合金中稀土元素的化学分析及应用

利用硝酸点滴法，通过正交实验，在恒温的条件下，获取优质的钝化硝酸实验液体，借助SEM环境，分析薄膜的性能，检测稀土元素的添加对于薄膜的影响，大量的实验可以发现，稀土的添加可以提高铜合金的耐腐蚀性。特别引起科学家关注的是铜合金中对稀土La盐的利用比较广泛，所以在大电流和高压条件下，经常会采用稀土铜合金铸造。

2.3 钨合金中稀土元素的化学分析及应用

随着现代工业的高速发展，钨合金因为其良好的热稳定性、高强度、低蒸汽压和良好的延展性等综合的优良性能被广泛地应用于航天航空、冶金等众多工业领域，但是与此同时钨合金也有它的缺点，比如再结晶温度低、高温强度低等，而稀土元素的加入，因为它作为金属的维生素的原因，可以有效地细化晶粒，从而使得钨合金的性能得到较大程度的改善。

目前稀善钨合金主要有以下两种：

第一，稀性钨-铜合金电触头材料，钨-铜合金虽然结合了高耐压性和耐电烧蚀性，但是却缺乏结合力，局域性能不均匀，所以添加适量的稀土金属，从微观角度表征，发现大量的稀土元素使得基体的晶粒更加分散，达到细化晶粒的作用，同时不同稀土元素以不同的添加方式和不同的添加量加入的钨-铜合金中，起到的改性效果也是不同的。当然随着钨-铜合金材料的进一步开发，现代工业对钨-铜合金的质量和性能也提出了更高的要求，而采用钨-铜合金中稀土元素的化学分析及其应用也会有更广阔的研究前景。

第二，稀性钨-镍-铁（铜）合金，就我国的工业发展水平而言，钨-镍-铁（铜）合金是我国工业应用最为广泛的钨合金，它虽然具有高强度的抗拉性、弹性，而且没有磁性等特点，这些特点使得它在精密仪器工业上有广泛的应用，但是随着我国科学的进步，对它性能的要求也越来越高。大量的科学研究表明，稀土的加入可以细化钨-镍-铁（铜）合金的显微组织结构，同时可以有效提高钨-镍-铁（铜）合金的强度和拉伸率，值得一提的是，不同的稀土元素对钨-镍-铁（铜）合金性能的改变是不一样的。总而言之，钨基复合稀土材料的的确确是随着我国科学水平提高而研发的新型材料，它在原有钨合金优良的综合性能的基础上，又利用稀土元素的化学分析的作用机制，有效提高了相应的性能，相信在未来，钨基复合稀土材料会有更为广阔的研究

前景。

2.4 镁合金中稀土元素的化学分析及应用

镁合金中稀土元素具有除氢、除氧、除硫、除铁、除夹杂物的作用，达到除气精练、净化熔体的效果；镁合金因为有良好的强度、韧性的性能，所以被广泛应用于汽车航天等行业，而稀土元素的加入可以提高镁合金的稳定性。

3 结语

总而言之，稀土元素作为金属材料的维生素，可以有效提高有色金属及其合金的强度，细化有色金属的晶粒，同时大量的研究和实践应用表面，稀土元素的加入在镁合金、铝合金、铜合金和钨合金中都取得了很好的时间效果，因此应当加强有色金属中稀土元素的化学分析及其应用的研究力度，从理论的角度分析有色金属中稀土元素的作用，从物理性能、力学性能、化学性能、工艺性能等多方面角度，探讨稀土元素的加入对有色金属性能改变的机理。

参考文献

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[3] 孙伟成，张淑荣.稀土元素在铝合金中的合金化作用[J].兵器材料科学与工程，2000，（2）.

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关键词：茶叶 稀土 微波消解 ICP-MS

稀土元素（Rare earth element，REE），一般是指镧系元素（La）及性质相近的 Sc 和 Y，但因镧系元素中的Pm是人工放射性元素，因此一般所称的稀土就是指Sc 、Y、 La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu这 16 种元素。

海南岛是一个生态岛、健康岛、长寿岛，是我国唯一的热带雨林茶区，是稀土元素含量较多的地区。海南地处热带温暖潮湿气候、土壤发育充分、成土过程深、稀土元素相对富集作用较强，海南土壤稀土元素总量高于全国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较高，其与土壤稀土总量之间有正相关性【1，2，3】。长期较大剂量的摄入稀土对大脑、免疫功能、肝肾功能等有不良后果【4】。

ICP-MS是近年来发展起来的一种新型分析技术，由于它具有灵敏度高、线性范围宽 ， 多元素同时测定， 分析速度快， 干扰小等特点【5，6】， 在稀土分析方面越来越显示出其优越性。

本文对27 种海南绿茶样品和国家标准物质茶叶GBW07605用微波消解处理， ICP-MS进行检测，测定了稀土元素含量并进行了分析。

1、实验部分

1.1 仪器与试剂

（1）ICP-MS：Asilent7700x（美国安捷伦科技公司生产）；MARS Xpress 型微波消解仪（美国CEM公司）和Synergy超纯水机（美国Millipore公司）。

（2）试剂： 68 % 浓硝酸（GR，Merck）；超纯水（18.2 MΩ/cm） ；99.999 %高纯氩气及高纯氦气。

（3）稀土元素标准贮备液：Sc（美国accustandard，1000ug/mL） ， La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y、等15 种稀土元素（国家有色金属及电子材料分析测试中心，100ug/mL）。

（4）内标贮备液Rh、In、Re （国家有色金属及电子材料分析测试中心，1000ug/mL）。

1.2 样 品

27个海南绿茶茶叶样品、国家标准物质茶叶GBW07605。

1.3 样品制备

茶叶样品干燥、磨碎、过40 目筛、混匀。

称取样品0.3g左右，精确到0.0001g，置于微波消解内罐中，加入5mL 硝酸，静置半小时，加1mLH2O2，加盖密封， 移入微波消解仪内。按表1程序进行消解，消解完毕后，用超纯水多次洗涤消解罐与盖子，将消解液转移入100 mL容量瓶中，用超纯水定容，混匀。同时测定样品空白。

1.4 标准曲线绘制

分别用5%的硝酸将16种稀土元素标准贮备液逐级稀释为0.5、1.0、5.0、10.0、20.0、50.0ug/L的16种稀土混合标准溶液系列，以5%硝酸作为空白。在优化的实验条件下，采集空白及标准溶液系列，仪器自动绘制标准曲线，标准曲线线性回归方程、线性相关系数、检出限和线性范围见表2。

1.5 ICP-MS工作条件

ICP-MS的工作参数为仪器全自动调谐优化给出，满足仪器安装标准要求的灵敏度、背景、氧化物、双电荷和稳定性等各项指标.具体参数如下：功率： 1550W；冷却气流速： 15 L/min；辅助气流速： 1.0 L/min；载气流速： 1.10 L/min；采样深度： 8.0mm；分析模式：全定量；氧化物： CeO+/Ce+

2、结果与讨论

2.1 方法检出限

重复测定空白溶液11次，计算各元素空白测量值的标准偏差s，该元素检出限DL=3s，结果见表2。

2.2 精密度、准确度实验

为了验证方法的准确性和可靠性，在相同的实验条件下对茶叶国家标准物质（ GBW07605） 进行了分析。

GBW07605茶叶标准物质的稀土总含量为2724±199ug/kg（其中Sc为参考值），测定结果为2710ug/kg，表2为各个元素的具体检测结果，从所得结果可知，16种稀土元素的测定结果与证书值基本吻合，稀土元素测得结果均在不确定度范围内，结果见表3。

对茶叶标准物质的精密度测试，各元素测定的RSD（ n= 6） 在9%以下。

从以上结果可知，同样条件下对茶叶样品中的稀土元素进行测定是可行的。

2.3 样品的测试

按上述实验方法和仪器参数对27个茶叶样品进行了各3次平行测试，其结果平均值换算为稀土氧化物结果平均值见表3。

图1 27个海南绿茶样品的稀土含量水平（以稀土氧化物计）

图1显示27个样品中样品1―17的稀土（以氧化物计）不超过2000ug/kg，样品18―24的稀土（以氧化物计）在2000 ug/kg 到3000ug/kg之间，样品25―27的稀土（以氧化物计）在4000ug/kg附近。

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关键词 纯铜；镧；晶粒；硬度

中图分类号：TG146 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）14-0064-01

稀土元素作为一种添加剂在黑色金属中的应用已经进行了大量的研究，并在钢铁工业中成熟运用，并表现出良好的效

果[1]。而稀土元素在有色金属中的应用，近些年来也越来越受到更广泛的关注。关于稀土对铜和铜合金的作用方面也已做了大量的基础和应用性研究工作。现在学者们普遍认为稀土的加入可以使铜及铜合金的热塑性能、耐腐蚀性能、导电性能、机械性能等得到改善[2]。铜及铜合金中的杂质有氧、氢、硫、氮、铅、秘等，这些元素的存在使铜的机械性能等受到很大影响。稀土元素对氧、氢、硫、氮等具有较高的亲合力，可以起到净化合金的作用，提高合金的性能和质量[3]。有文献[4]记载不同稀土含量可以影响铜合金硬度。当稀土加入量增加时，铜合金的硬度也增加，而硬度达到某一值后增加则趋于平缓。文献[5]讨论了稀土对连续铸造紫铜杆的变质作用，指出添加微量稀土元素钇或混合稀土可细化铸杆的晶粒，提高紫铜杆的机械性能。

本文通过在纯铜中加入稀土元素镧，采用真空熔炼，分析研究微量稀土元素镧对纯铜晶粒大小和硬度的影响，为稀土在铜中作用的研究做基础性工作。

1 实验材料及方法

原材料采用99.9%的T2纯铜和纯度都大于99.9%的稀土金属镧。纯铜在加热前要进行使用碳酸钠水溶液表面处理和预热去气。粉末状稀土镧和紫铜棒一起放入事先烘干的石墨坩埚中，放入真空熔炼炉中加热到设计温度，保温预定时间，然后采用炉冷。通过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合金试样。在XLM-20型金相显微镜下观察组织，并做定量金相分析。在布氏硬度机测量试样的硬度。

2 实验结果与分析

2.1 试验结果

2.2 镧对晶粒大小的影响

晶粒大小是由晶粒度表示。而晶粒度的数值表示有多种。为了更方便直观，本实验采用金相法测量的晶粒大小用公称直径表示。从实验结果我们能清楚的看到微量镧的加入起到细化晶粒的作用。

学者普遍认为稀土元素能脱氧和去除杂质的能力都很强，并且和铜液中的硅、铁等杂质形成难溶的多元稀土化合物[6]，由于这些化合物熔点高。熔炼过程中常以颗粒状悬浮于熔体之中，形成结晶形核的基底，增加了细小等轴晶的生成，从而细化晶粒。另一方面，镧原子半径大于铜的原子半径，进入铜相晶格内引起较大的晶格畸变，产生较大的畸变能，使系统能量增加，稀土原子只能向高能量的晶界富集，使系统保持最低的自由能。所以铸态组织中镧原子大部分沿晶界分布，而且阻滞晶粒得长大。在以上两方面的作用下，纯铜的晶粒被细化了。

2.3 镧对纯铜硬度的影响

从实验结果来看，稀土镧对纯铜硬度影响随着稀土加入量的增加硬度逐渐增大，并且当含量超过0.08wt%时，硬度显著提高。

试验过程中，稀土元素的加入量逐渐增加，合金成分的变化带来了组织结构的变化，这一点可以通过硬度试验能敏感的反映出来。最初当镧的加入量很少时，稀土原子进入铜晶格的间隙中，产生晶格畸变，引起固溶强化。这种强化是由于晶格畸变应力场与位错应力场的交互作用，阻碍了位错运动，从而强化。同时溶质原子本身与位错的交互作用也引起强度的变化。另一方面，晶粒大小也会影响性能，主要反映在晶界的影响。减小晶粒尺寸可以增加位错运动障碍的数量，减小同一晶粒内位错塞积长度，而在一个晶粒内部只有塞积更多数量的位错才能给相邻晶粒位错源的开动提供必要动力，这就增大了位错运动的阻力。再有晶粒越细小，晶界就越多越曲折，越不利于裂纹的传播，从而在断裂前可承受较大的塑性变形。从实验结果中看到，加入少量的镧之后，晶粒细化，增加晶界对位错阻碍，起到细晶强化的作用。此外由于镧的加入，还会形成镧和铜的金属间化合物。这些金属间化合物粒子较硬，分布于基体中，成为位错运动的阻力。随着稀土含量增加，粒子数增多，对位错运动的阻力增大，合金被强化的程度增加，因此合金的硬度增加。在以上几方面原因共同作用下，镧使纯铜的硬度提高。

3 结论

通过实验结果显示，在纯铜中添加微量的稀土元素镧，可以起到细化晶粒的作用，并且随着镧元素加入量的增加，细化作用会更明显。微量的稀土元素镧能够提高纯铜的硬度，当加入量超过0.08wt%时，强化作用更加明显。从晶粒大小和硬度之间的变化关系可以推断，晶粒越细小硬度越高。

参考文献

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【关键词】 纯铜 钇 晶粒 电导率

一、引言

稀土元素在金属材料中的应用已经有百年的历史，最初人们把稀土元素应用在铝合金和镁合金中，并取得了成功。上个世纪二十年代开始应用在钢铁中，发现稀土元素对其性能的改善有其独特的效果，五十年代开始大规模应用在工业生产中。近些年来，稀土研究开发的重点正逐渐的转移到高新技术应用的新材料。我国从上世纪六十年代起，开展了稀土在铜合金中的基础研究和应用研究，大量研究表明稀土在铜及铜合金中起脱气除杂、改变显微结构、改善机械加工性能、提高耐腐蚀及耐磨性能的作用。如在铜中添加微量钆、镝、铒、镧和富铈混合稀土，可以起到细化晶粒、改善组织结构、净化除杂的作用，并能提高铜的机械性能和导电性[1-3]。本文通过在纯铜中加入稀土元素钇，采用真空熔炼，研究微量稀土元素钇对纯铜显微组织和导电性的影响，为稀土在铜中作用的研究做基础性工作。

二、实验材料及方法

原材料采用 99.9%的 T2 纯铜和纯度大于99.9%的稀土金属钇。首先将稀土钇锉成粉末，再与紫铜棒按质量比例一起放入事先烘干的石墨坩埚中，放入真空炉中加热到1180℃，保温60min，然后采用炉冷。通过不同的成分配比加工成成分为0.02、0.04、0.06、0.08和0.1wt%系列的Cu-Re合金试样。用 XLM-20 型金相显微镜和SSX-550型扫描电镜观察组织形态，采用 FQR-7501 型涡流电导仪测量电导率。

三、实验结果与分析

1、实验结果。

2、钇对显微组织的影响。通过XLM-20 型金相显微镜和SSX-550型扫描电镜观察显微组织形态，发现铜合金中不论是晶粒内部还是晶界上，杂质都明显减少，晶界变窄。应用金相法测量晶粒大小，晶粒大小用公称直径表示，实验结果如表1。从实验结果来看，随着钇加入量的增大，铜合金的晶粒明显被细化了，最大幅度达到70%左右。纯铜液体对氮气、二氧化碳和水蒸汽基本上不溶解，但对氧、二氧化硫和氢都有较强的溶解能力。由于稀土钇与氧和硫的亲和力很强，形成熔点较高、热稳定性强、比重较小的稀土化合物，从而达到脱硫、脱氧的作用，同时部分化合物常以极微细颗粒悬浮于熔体之中，成为弥散的结晶核心，使晶粒变多，变小；稀土钇还会和铅、铋等元素生成比铜熔点高的高熔点金属间化合物，大多超过纯铜的熔点，熔化时化合物浮出液面或部分残留在熔液中，浮出液面与熔渣一起从液体金属铜合金中排除，达到消除杂质的作用。稀土钇在铜中的溶解度很小，一般仅千分之几到万分之几，但稀土与铜能生成多种金属间化合物。这些金属间化合物弥散分布于基体中，达到细化晶粒的作用。

3、钇对纯铜导电性的影响。稀土钇对纯铜导电性的影响从实验结果中可以清晰的看到，当钇的加入量小于0.08wt%时，铜合金的电导率增大，最大可达3%左右。当钇的加入量大于0.08wt%时，铜合金的电导率明显下降，幅度达到35%左右。由于铜合金中存在着各种杂质及晶格缺陷，产生了电子散射，阻碍了电子的定向移动，形成电阻。而稀土钇对铜合金电导率的影响，一方面是因为，钇的细化作用使铜晶粒细化，晶界增加，电散射几率增大，导致电阻率增大，电导率下降；另一方面，钇的净化作用使铜中杂质减少，晶格畸变减弱，电子散射几率减少，导电性改善。这两个对导电性起相反作用的因素同时存在，使电导率产生波动，总体表现为上升。当钇的加入量达到一定界限时钇对纯铜导电性的影响与杂质相似，在基体和晶界都有富集，增加了杂质散射和晶格散射几率，严重降低了导电性。

四、结论

（1）在纯铜中添加适量的稀土元素钇可以起到净化细化组织的作用，当加入量为0.06wt%时，细化程度最大，幅度达到75%。（ 2）微量的稀土元素钇可以提高纯铜的导电性，最大幅度可达3%左右，而过量的钇反而使电导率下降。

参 考 文 献

[1]廖乐杰 .稀土铜添加剂在空调用紫铜管中的应用 [J].上海有色属 ，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数为57～71的15种元素以及钪、钇两种元素的统称。稀土元素从18世纪末开始被陆续发现，由于当时人们常把不溶于水的固体氧化物称为土，而稀土一般都是以氧化物的状态被分离出来的，又很稀少，因而得名。但实际上它们都是金属，而且也不稀有，只是分布得较为分散。随便一把泥土中都可能含有少量稀土，即便是最稀有的稀土储量也比黄金还多200多倍。

在所有的国家中，中国稀土资源最为丰富，此外，澳大利亚、俄罗斯、美国、巴西、加拿大和印度等国稀土资源也很多，近年来在越南也发现了大型稀土矿床。2011年7月3日，英国科学杂志《自然地球科学》刊登了日本东京大学等研究团队的发现：太平洋广大范围的海底泥中藏有大量的稀土矿，其蕴藏量约800亿~1000亿吨，是陆地稀土的800倍甚至1000倍，更是证明了稀土的丰富储量。

但稀土元素并非像其他地球天然资源，如锡矿、煤矿、石油矿一样，在固定的某个地方有大量的矿藏。由于稀土元素性质活泼，使其成为亲石元素，多以复杂氧化物、含水或无水硅酸盐以及氟化物等形式存在。而且稀土元素的离子半径、氧化态和所有其他元素都近似，因此在矿物中它们常与其他元素一起共生。这一系列的物理和化学性质，决定了其不易形成大规模矿区，因此只能经大量挖掘后再予以过滤。在早期，稀土常伴随煤、铁等矿藏一起挖掘。

1903年，分离了钕和镨的奥地利科学家韦尔斯巴赫在研究中发现，铈受热会迅速氧化自燃，镧在常温下被敲打或锉磨，碎屑会迅速氧化而爆出火花。根据这一现象，韦尔斯巴赫发明了打火石。稀土材料的用途非常广泛，其中的每一个元素都可以形成上千亿元的产业。因此，稀土又被称为“工业维生素”。

石油和冶金是稀土应用的两大传统行业。从20世纪60年代开始，人们就发现，稀土用于石油工业可提高原油处理量和汽油产出率；在铸铁时加入稀土可改善铸铁的性能；在炼钢过程中，因稀土与氧、硫的亲和力大，稀土可用于脱硫、脱氧、净化钢液，提高钢的机械加工性能。进入21世纪，各种电子信息产品推陈出新，液晶彩电、智能移动电话、数码相机、掌上电脑，这些数字化产品都应用了稀土永磁材料、发光材料、陶瓷材料、储氢材料、磁致伸缩材料等新材料，电子信息产业上升为稀土应用的第一大产业，稀土的重要性不言而喻。

此外，稀土还是关系到国家安全的战略性金属。由于其具有优良的光、电、磁等物理特性，能与其他材料组成性能各异、品种繁多的新型材料，大幅度提高武器装备的质量和性能，当今凡称得上高技术的武器几乎都有稀土的身影。没有稀土中的钐，“爱国者”导弹就可能飞不准；没有掺钕钇铝石榴石的激光测距仪，M1坦克就不能做到先敌发现。在2010上海世博会和2008北京奥运会上变幻莫测的灯光，也都离不开稀土发光材料在背后的默默贡献。

改变污染困局

要把稀土矿中的稀土元素提取、分离出来，需要使用大量的化学药剂，并且经过十分复杂的化学程序，过程中还需使用大量的水，而且在最后排出的废水中包含了近百种化学药剂，处理起来代价昂贵。每提取1吨稀土资源，就会留下1500吨的尾砂污染，也就是说，稀土的开采伴随着巨大的环境污染问题。

稀土产业链包括“原矿—精矿—分离产品—功能材料—器件—实用商品”几个环节，产业链越接近后端，对环境的破坏越小，效益越高。中国在从原矿到分离产品的环节上，居于世界领先水平，但在后面的技术应用方面，与发达国家还存在一定差距，而稀土的最大价值恰恰就在于从功能材料到器件再到实用商品这几个环节。从原材料到成品，价格可能相差几百倍甚至上千倍，这也正是中国极力希望扭转的困局。

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[关键字]稀土矿 地质矿床特征 成矿条件 广东和平

[中图分类号] P5 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-5-106-1

广东省和平县下车稀土矿区在区域上位于南岭纬向带大东山-贵东东西向构造带与新华夏系东江断裂带交接复合部位。为一晚白垩世盆地，形似椭圆，长轴近东西向。东西长约36公里，南北宽约25公里，总面积达608平方公里。

盆地周围分布有震旦系、寒武系及印支、燕山期花岗岩。盆地中堆砌了白垩统红色碎屑岩、酸性火山岩。

1矿区地质特征

1.1 地层。矿区仅出露上白垩统南雄群上亚群第三段（K2nnb-2）和第四系（Q）冲积层。上白垩统南雄群上亚群第三段（K2nnb-2）为一套酸性火山碎屑岩，主要岩石为流纹质熔结凝灰岩、英安流纹质熔结凝灰岩。前者在下，后者在上，二者无明显界线，呈渐变过渡关系。

1.2构造。矿区构造不甚发育，岩石无解理，没有明显的褶皱构造。仅由岩石的上下叠置和假流纹构造，隐约体现出一向斜构造，向斜轴位于乌虎径，轴向近南北，往南向北北西偏转。

1.3岩浆岩。矿区出露的岩浆岩，主要为燕山五期的花岗斑岩（γπ 53（2））和辉绿岩脉（β6），现分述如下：

（1）花岗斑岩（γπ 53（2））

为雪山嶂岩体的分支部分，产出于鸠山、上垇、乌虎径一带，呈10～15°及330～340°方向延伸，面积约1.5平方公里。与火山岩呈侵入或超覆侵入接触。其形成时间与火山岩相接近，产出空间密切，物质组份、化学成分及稀土含量极为相似，为一与火山岩浆同源、不同阶段和产状的超浅层侵入岩。

岩石为灰色、浅灰色，风化后灰白色，略带淡红色，斑状结构，斑晶含量25～30%，大小1～4mm，自形～半自形。基质为微粒～微嵌晶结构。

岩石成分：斑晶部分有钾长石（7～10%）、斜长石（10～20%）、石英（1～3%），少量黑云母、角闪石；基质部分为钾长石（透长石）（40～50%）、石英（20～30%），少量斜长石、黑云母。

稀土含量（TR2O3）0.070%，其风化壳是氧化稀土矿的主要赋存部位之一。

（2）辉绿岩脉（β6）

区内仅见辉绿岩脉，产出于测区西部鸠山至下垇（7线至28线）一带，沿裂隙充填侵入于火山岩及花岗斑岩中，由斜长石、辉石、角闪石等组成。

该岩石风化壳稀土（TR2O3）含量不高，最高0.174%，平均0.074%。

2矿床特征

2.1矿体（层）的形态、产状及规模

（1）矿体形态、产状

本区为风化壳矿床，矿体（层）赋存于风化壳中。矿体的形态、产状与风化壳相一致，呈面状分布，覆盖于山顶（基岩）之上。

平面形态很不规则，受沟谷、溪流及冲积层分割，形成若干不连续矿块。形状各式各样，有手掌状、孤岛状、港湾状。

剖面上呈透镜状、似层状、“新月形”。矿体（层）顺山脊侧伏延伸，顺山坡坡向倾斜，倾斜角略比地形坡角缓。

矿体厚度，一般山顶（山脊）厚，往山坡、山麓逐渐变薄乃至歼灭。

（2）矿体规模

矿区为一北宽南窄的梯形状。北端宽2.2公里，南端宽0.8公里，平均宽1.5公里，南北长2.2公里。根据沟谷、溪流分割情况，可将矿段划分为14个自然矿体。

2.2稀土元素含量变化规律

矿体（石）稀土元素由原岩稀土元素在表生风化作用中富集成矿，稀土含量（TR2O3）一般为原岩的2倍，高者可达3～5倍。单工程品位一般为0.10～0.15%，高者0.20～0.25%，最高之CK1606达0.336%。原岩稀土含量（TR2O3）为0.066～0.070%。

平面上，矿体中心部位（山脊、山顶）稀土含量高，矿体边部（山坡、山麓）稀土含量低；顺山脊及缓山坡矿体变化幅度小，横切山脊陡坡稀土变化幅度大。

铅直剖面上，自地表往下至半风化层，稀土含量由低到高，又由高到低，直至接近原岩含量。花岗斑岩型、火山岩型都是如此。

稀土含量（品位）有随矿体厚度的增大而增高，具有同步增长的关系。

2.3稀土元素的赋存状态及配分

（1）稀土元素的赋存状态

稀土元素主要以离子相的形式赋存于风化壳中（约占稀土总量的72.6～85.5%），矿物相极少，仅有少量的褐帘石及微量的独居石、磷钇矿等。

（2）稀土元素分量及配分值

按花岗斑岩、熔结凝灰岩类型，用原矿或氧化稀土（为草酸稀土）进行稀土分量及配分分析，样品采用单工程与多工程组合。分析结果表明：本区花岗斑岩风化矿石、熔结凝灰岩风化矿石的稀土配分相似，同以轻稀土为主。原矿配分以∑La-Nd组为主，∑Sm-Ho组与∑Er-Y组相近；氧化稀土配分∑La-Nd组为主，∑Er-Y组略高于∑Sm-Ho组；稀土氧化物Y2O3、∑Er-Y组的配分值比原矿的配分高，熔结凝灰岩型比花岗斑岩型略高。

3矿床成矿条件及成因

3.1矿床成矿条件

岩石条件：本区花岗斑岩、熔结凝灰岩中稀土含量较高（TR2O3 0.060～0.070%），为风化壳矿床的形成提供足够的矿质。是本区矿床成矿的先决条件。

稀土元素在岩石中的存在价值，必须是在表生风化作用条件下易离解成阳离子为粘土矿物所吸附富集成矿。

本区为亚热带温湿气候，化学作用风化有利，易于粘土矿物的形成和含稀土矿物的离解。

本区火山岩、花岗斑岩多形成低山丘陵，山体多为浑圆山顶，凸形缓坡，侵蚀作用较弱，是风化壳发育、保存完好的地貌类型。是风化壳矿床的重要成矿条件之一。

3.2矿床成因

含稀土元素（或稀土矿物）的熔结凝灰岩、花岗斑岩，在表生风化作用中，岩石、矿物离解为带负电荷的高岭石类粘土矿物和带正电荷的稀土阳离子，在静电引力作用下，稀土阳离子易于为粘土矿物所吸附，富集成矿而赋存于风化壳中。形成火山岩风化壳离子吸附型轻稀土矿床。

参考文献

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关键词：激光熔覆，LY11CZ，Al-Y-Nb合金，微观组织形貌，腐蚀性能

 

0 引言铝及铝合金具有比强度高、耐腐蚀性好等优点，是航天、航空和石油化工等工业领域广泛使用的材料。LY11CZ很长时间被用于制造飞机螺旋桨叶片，叶片表面上出现损伤时，必须通过一些表面处理技术进行修复。除了考虑螺旋桨叶片所要求的高强度、高耐疲劳性，对于沿海的机场，飞机主要在海洋湿气环境下飞行，还必须考虑表面修复后的耐腐蚀性。选择一种合适的表面处理技术对螺旋桨叶片进行修复，对节省装备维护费用，提高装备使用寿命具有很重要的意义。

激光熔覆是用激光作热源，在材料表面熔覆一层具有特殊性能的合金层。。合理选择熔覆合金和激光处理工艺，可以得到高硬度、高耐磨性和高抗蚀性的表面层[1]。激光熔覆技术作为一种高速高效的表面处理技术，在防腐蚀工程方面有极大的运用前景[2]。

本文以激光熔覆技术作为飞机叶片表面损伤的修复方法，研究熔覆层的微观组织形貌与耐腐蚀性能。

1 激光熔覆实验1.1 试验材料1.1.1 基材

基材为LY11CZ，取自飞机螺旋桨叶片，化学成分(质量分数)：Si0.7，Fe0.7，Cu3.8~4.8，Mn0.4~0.8，Mg0.4~0.8，Ni0.1，Zn0.3，Ti0.15，余量为Al。试样尺寸为50×50×5(mm)，表面用粗砂纸打磨，并用丙酮清洗。

1.1.2 熔覆材料

钇作为稀土元素具有很多独特的性质，添加少量的钇能极大的影响材料的组织与性能。将钇添加在铝粉中作为熔覆材料具有很多积极作用，主要表现在3个方面：①变质作用。激光熔覆过程其实是一个熔铸过程，而钇以及其他一些稀土元素可以有效减小铝合金的枝晶间距，细化铸态晶粒。②净化作用。由于稀土元素具有很高的化学活性，与H2、Fe、S等杂质元素具有很强的化学亲和力，可以与各种杂质元素形成化合物，因而能消除H2、Fe、S和过剩游离态Si等有害杂质的影响。③微合金化作用。稀土元素与Al及其合金元素能发生微合金化作用，对铝合金能起到一定的改性作用。由于稀土元素在纯铝中溶解度很小，添加钇元素对纯铝强度作用很小。

铌与铝可以形成无限固溶体。将少量铌作为变质剂加入到熔覆材料中，可以起到细化晶粒和改善组织。在激光熔覆形成熔池的瞬间，高熔点的铌成颗粒状分布在熔池中，可以增加晶核的数量，并阻碍晶核的长大，起到细晶强化作用，改善材料的铸造工艺性能。

因此，熔覆材料选择为Al-Y-Nb合金粉末，其中Y为4%、Nb为2%，余量为Al。粉末混合均匀，经粘结剂浸润后干燥备用。

1.2 试验设备及仪器采用JHM-1GX-200B型Nd:YAG脉冲激光器。其波长为1.06μm，最大输出功率为300W，最大工作电流400A，脉冲宽度(0.1～15)ms，最大单脉冲能量60J，激光束发散角小于15mrad，能量不稳定度小于±5%。组织形貌及耐腐蚀性分析主要采用4XB-TV金相显微镜完成。HXS-1000数字式智能显微硬度计测试熔覆层显微硬度。

1.3 试验方法

采用正交实验法，进行单道激光熔覆试验。铝材表面易氧化，反射率高，试验过程中，用同轴的氩气流进行保护。

表5 正交试验表及硬度测试

Table 1 Orthogonal experiment table and test of micro-hardness

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关键词：地球化学；蛇绿岩；玄武岩；晚古生代；构造环境；北天山；新疆

中图分类号：P588.1文献标志码：A

0引言

新疆西天山内部发育多条显著的蛇绿混杂岩带，包括北天山晚古生代蛇绿混杂岩带、中天山北缘早古生代蛇绿混杂岩带、中天山南缘早古生代晚期―晚古生代早期蛇绿混杂岩带和南天山晚古生代蛇绿混杂岩带[12]。巴音沟蛇绿混杂岩属于北天山晚古生代蛇绿混杂岩带的一部分，从艾比湖经巴音沟向东延伸到后峡一带，是准噶尔板块与塔里木板块间的最终缝合带。巴音沟蛇绿混杂岩呈推覆岩片逆冲于下石炭统阿克沙克组之上，其上又被上石炭统奇尔古斯套组角度不整合覆盖。巴音沟蛇绿混杂岩中玄武岩为NMORB型，但根据SrNd同位素特征，这些洋中脊玄武岩受到了洋岛玄武岩（OIB）的影响[3]。对斜长花岗岩及辉长岩进行SHRIMP UPb测年，获得其年龄分别为（325±7）、（344±3）Ma[4]；但在硅质岩中获得放射虫及牙形刺微体化石，由此认为其形成于晚泥盆世―早石炭世[56]；同样，前人对巴音沟蛇绿混杂岩形成环境提出了边缘海盆环境[7]、弧后盆地环境[6]、弧前盆地环境[8]及准噶尔早古生代洋盆（古亚洲洋盆的组成部分）向南俯冲诱发岩石圈拉伸而形成小洋盆环境[5]等观点。由此可见，前人对巴音沟蛇绿混杂岩的研究主要集中在年代学及形成环境方面，对混杂岩带内部的各个岩块组成和性质研究较少。

2010～2012年，西安地质矿产勘查开发院组织完成了中国地质调查局1∶50 000哈夏特等4幅区域地质调查，其中包括对巴音沟蛇绿混杂岩带的研究[9]。通过对蛇绿混杂岩带出露的典型地区进行1∶10 000地质填图和剖面测量，深入研究其空间展布特征、物质组成、构造变形特征和形成时代，丰富对巴音沟蛇绿混杂岩带的认识，以期更加全面地反映北天山晚古生代构造演化的基本过程。

1研究区地质概况

巴音沟蛇绿混杂岩位于中天山北缘断裂北侧，是北天山晚古生代构造岩浆作用的重要组成部分（图1）。巴音沟地区SW―NE向存在3个主要地质单元，依次为下石炭统沙大王组、巴音沟蛇绿混杂岩和上石炭统奇尔古斯套组（图2）。巴音沟蛇绿混杂岩呈推覆岩片逆冲于沙大王组之上，与上石炭统奇尔古斯套组为断层接触关系。

图件引自文献[10]

巴音沟蛇绿混杂岩带由蚀变超基性岩、含斜长花岗岩脉的辉长岩、闪长岩、辉绿岩墙、枕状玄武岩、块状熔岩（玄武岩和安山岩）、基性凝灰岩和硅质岩等组成。辉绿岩墙清楚地根植于辉长岩中，对上覆玄武岩起着补给通道的作用。在巴音沟地区，虽然蛇绿岩组合出露比较完整，但原始的蛇绿岩组合已被后期构造变动破坏。蚀变超基性岩主要由蛇纹岩化方辉橄榄岩和纯橄岩组成。巴音沟蛇绿混杂岩带由混杂基质和构造岩块组成，基质为强烈剪切变形的超基性岩及碎屑岩，而构造岩块较为复杂，主要为蛇纹岩、蚀变辉长岩、凝灰岩、深海放射虫硅质岩。另外，部分玄武岩与灰岩紧密伴生，而有的玄武岩却与紫红色硅质岩紧密伴生。

2玄武质岩石分类

在对巴音沟蛇绿混杂岩带的物质组成进行详细调查的基础上，对其中的玄武质岩石进行系统分析。结合野外产状、岩石组合特征及地球化学特征，可将混杂岩带中玄武质岩石初步分为3类：与变质橄榄岩及辉长岩等伴生的玄武质岩石、与火山碎屑岩及酸性火山岩伴生的玄武质岩石和分布于蛇绿混杂岩边部的玄武质岩石。

图3玄武岩与蛇纹岩的接触关系

Fig.3Contact Relationship Between Basalt and Serpentinite

2.1与变质橄榄岩及辉长岩等伴生的玄武质岩石

与变质橄榄岩及辉长岩等伴生的玄武质岩石多为浅灰绿色，在野外与变辉长岩、变辉长辉绿岩、变质橄榄岩及蛇纹岩紧密共生，它们之间均为构造接触（图3），是蛇绿混杂岩带中玄武质岩石的主体。基性熔岩通常具有聚斑结构、玻基交织结构、斑状结构或微晶结构，主要由斜长石、单斜辉石、磁铁矿、钛铁矿和少量锆石组成，发育低级变质作用形成钠长石、绿帘石、绿泥石、方解石、榍石和阳起石等矿物，它们常出现在基质中。辉长岩主要由粗粒斜长岩和单斜辉石组成，斜长石通常被辉石包裹构成嵌晶结构，岩石中含有少量钛铁矿、磁铁矿、榍石及锆石。

2.2与火山碎屑岩及酸性火山岩伴生的玄武质岩石

与火山碎屑岩及酸性火山岩伴生的玄武质岩石主要分布在蛇绿混杂岩带的中部大梁附近，所占比例不多但特征比较明显，多与中酸性火山碎屑岩岩块、碎屑岩分布在一起，它们之间均为断层接触关系，呈现网状镶嵌结构，变形基质多为火山碎屑岩、碎屑岩。该玄武质岩石主要有两种玄武岩：一种为紫红色块状玄武岩，呈紫红色块状构造，偶见小枕状构造；另一种为深灰色枕状玄武岩，岩石呈深灰色枕状构造，枕状构造十分发育，大多呈椭球状，直径一般为30～50 cm，也可见直径约1 m的球枕（图4），球枕之间有3～5 cm的冷凝边。枕状玄武岩具斑状结构，斑晶主要为斜长石和少量单斜辉石，基质为间隐结构（玻璃质已脱玻化），斜长石微晶发育海相火山岩特有的水下“淬火”结构。

图4枕状玄武岩分布

Fig.4Distribution of the Pillow Basalts

2.3分布于蛇绿混杂岩边部的玄武质岩石

分布于蛇绿混杂岩边部的玄武质岩石主要分布在混杂构造带边部及蛇绿混杂岩带两侧的地层中，均为断层接触关系，变形基质为中酸性火山碎屑岩和碎屑岩。该玄武质岩石主要为灰绿色枕状玄武岩，岩石多具杏仁状、枕状、球粒状构造，玄武岩枕体大小悬殊，呈不规则状鱼目混杂。其直径一般都小于20 cm，以5～10 cm的居多（图5）。枕状玄武岩特征与第2.2节枕状玄武岩类似，具斑状结构，斑晶主要为斜长石和少量单斜辉石，基质为间隐结构。

图5被构造破坏的枕状玄武岩分布

Fig.5Distribution of the Pillow Basalts Destroyed by Tectonics

3地球化学特征

对玄武质岩石分别进行样品采集及地球化学测试分析，分析结果见表1。根据地球化学参数可以看出：样品10DYQ821、D0933YQ1、D1908YQ2、11D1YQ471、11D1YQ541为洋中脊玄武岩（MORB）型；样品D0904YQ1、D0931YQ1、D0207YQ1为洋岛玄武岩（OIB）型；样品10DYQ751、10SYQ221、10UYQ91、D0903YQ1为大陆裂谷玄武岩（CRB）型。这3类样品与野外岩石组合特征相一致。

3.1MORB型岩石

MORB型岩石SiO2含量（质量分数，下同）为49.17%～52.5%，Al2O3为13.58%～15.03%， MgO为5.37%～6.16%，Mg#值为36～43；TiO2含量为0.60%～2.01%，明显高于岛弧拉斑玄武岩（TiO2含量为0.58%～0.85%），而与洋中脊玄武岩（TiO2含量为1%～1.5%）基本一致； Na2O含量为2.29%～5.08%，平均为3.83%，略高于碱性玄武岩的平均值（3.2%），K2O含量为0.23%～346%，绝大多数Na2O含量高于K2O，w（Na2O）+w（K2O）值为4.10%～5.75%。在抗蚀变元素0000 1Zr/TiO2Nb/Y图解（图6）中，样品全部落在亚碱性玄武岩安山岩区；利用FeOT+TiO2Al2O3MgO图解进一步判别，样品属于高钛拉斑玄武岩系列（图7）。

玄武岩稀土元素总含量较高，为（16.1～73.8）×10-6，无明显Eu异常（0.91～1.25）。在球粒陨石标准化稀土元素配分模式（图8）中，轻稀土元素略亏损，重稀土元素曲线相对平坦，轻、重稀土元素分馏较不明显（w（La）N/w（Yb）N=0.67～1.57）。在原始地幔标准化微量元素蛛网图（图9）中，大离子亲石元素Rb、Ba、Th相对富集，高场强元素Zr、Nb明显负异常。总体上，与变质橄榄岩及辉长岩等伴生的玄武质岩石曲线跟典型洋中脊玄武岩形态基本一致。

3.2OIB型岩石

OIB型岩石SiO2含量为4783%～5098%， Al2O3为1365%～1652%， MgO为336%～596%；Mg#值为28～43，低于原生岩浆（Mg#值为68～75）；TiO2含量为26%～367%，明显高于岛弧拉斑玄武岩（TiO2含量为058%～085%）及洋中脊玄武岩（TiO2含量为1%～15%），而与加拿大Flin Flon带的Long Bay的洋岛玄武岩（TiO2含

REE为稀土元素总含量；w（・）N为元素含量球粒陨石标准化后的值；δ（・）为元素异常；主量元素在新疆地质矿产勘查开发局中心实验室采用X射线荧光光谱（XRF）方法分析完成，分析的相对偏差小于5%；FeO含量用湿化学分析法单独测定完成；微量元素在长安大学西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室采用ThermoX7电感耦合等离子体质谱仪进行样品测定；除元素Nb和Ta的分析相对偏差小于10%外，其余元素均小于5%。

ws为样品含量；wc为球粒陨石含量；球粒陨石标准化数据引自文献[13]；岩石类型相同的多条曲线分别对应不同的样品编号

图8玄武质岩石球粒陨石标准化稀土元素配分模式

Fig.8Chondritenormalized REE Pattern for Basaltic Rocks

wp为原始地幔含量；原始地幔标准化数据引自文献[13]；岩石类型相同的多条曲线分别对应不同的样品编号

图9玄武质岩石原始地幔标准化微量元素蛛网图

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

量为1.35%～2.29%）[14]及中国克拉玛依OIB型枕状玄武岩（TiO2含量为129%～2.48%）相近[15]；Na2O含量为3.83%～4.82%，略高于碱性玄武岩的平均值（3.2%），K2O含量为0.8%～198%，Na2O含量高于K2O，w（Na2O）+w（K2O）值为4.63%～584%，与克拉玛依OIB型枕状玄武岩（w（Na2O）+w（K2O）值为433%～938%）[14]相近。在抗蚀变元素0.000 1Zr/TiO2Nb/Y图解中，样品全部落在碱性玄武岩区域（图6）。

玄武岩稀土元素总含量较高，为（132.9～160.9）×10-6，无明显Eu异常（0.96～1.03）。在球粒陨石标准化稀土元素配分模式（图8）中，轻稀土元素强烈富集，重稀土元素相对亏损，曲线平坦，轻、重稀土元素分馏较为明显（w（La）N/w（Yb）N=351～828），配分模式与典型的洋岛玄武岩模式一致。在原始地幔标准化微量元素蛛网图（图9）中，大离子亲石元素Rb、Ba、Th相对富集，高场强元素Ti、Hf、Ta明显富集。总体上，与火山碎屑岩及酸性火山岩伴生的玄武质岩石曲线跟典型洋岛玄武岩形态基本一致。

3.3CRB型岩石

CRB型岩石SiO2含量为47.46%～51.33%， Al2O3为13.16%～14.9%， MgO为5.03%～583%；Mg#值为42～51，低于原生岩浆（Mg#值为68～75）；TiO2含量为2.07%～2.71%，明显高于岛弧拉斑玄武岩（TiO2含量为0.58%～0.85%）及洋中脊玄武岩（TiO2含量为1%～1.5%）；Na2O含量为249%～4.69%， K2O为1.17%～26%，Na2O含量高于K2O。在抗蚀变元素0000 1Zr/TiO2Nb/Y图解中，样品全部落在碱性玄武岩区域（图6）。

玄武岩稀土元素总含量较高，为（140～180.6）×10-6，无明显Eu异常（0.88～1.14）。在球粒陨石标准化稀土元素配分模式（图8）中，轻稀土元素强烈富集，重稀土元素相对亏损，曲线平坦，轻、重稀土元素分馏较为明显（w（La）N/w（Yb）N=11.33～1509）。在原始地幔标准化微量元素蛛网图（图9）中，大离子亲石元素Rb、Ba、Th相对富集，高场强元素Ti、Hf、Ta无明显异常。总体上，分布于蛇绿混杂岩边部的玄武质岩石曲线与大陆裂谷玄武岩形态基本一致。

4讨论

4.1形成时代

徐学义等对新疆巴音沟蛇绿混杂岩中的辉长岩、斜长花岗岩分别进行了锆石UPb同位素测年研究[4]，测年结果分别为（344±3.4）、（324.8±7.1）Ma。另外，在巴音沟蛇绿混杂岩套的硅质岩中发现有放射虫Ceratoikicum sp.，时代为早石炭世[16]，同时也存在晚泥盆世法门期的牙形石Palmatolepis sp.和Palygnathus sp.[56]。Han等对侵位于蛇绿混杂岩带中具有钉合岩体特征的四棵树花岗岩进行了年龄测定，获得其年龄为316 Ma[10]。司国辉等对四棵树花岗岩不同侵入体进行了激光剥蚀等粒子质谱锆石测年，获得的年龄分别为（311.5±4）、（311.1±3.8）、（314.7±4.3）、（324.7±4.3）Ma[17]；同时，对上覆于蛇绿混杂岩带的前峡组测年，获得该组下段凝灰质粉砂岩夹层内安山岩的锆石年龄为（318.5±4.6）Ma。上述数据表明，巴音沟蛇绿混杂岩中蛇绿岩组分的形成年龄至少应从344 Ma开始，但其代表的北天山洋不晚于324 Ma关闭，也就是说，巴音沟洋关闭于早石炭世末，因此，也可以间接推测其中洋岛玄武岩组分形成时代介于324～344 Ma，而大陆裂谷玄武岩组分的年代应该晚于324 Ma。

4.2构造环境

在新疆巴音沟蛇绿混杂岩中，明显发育3种不同地球化学特征的玄武质岩石，分别为MORB型、OIB型和CRB型。采用抗蚀变元素（如Zr、Y及Ti等）进行构造环境判别。在ZrZr/Y构造环境判别图解（图10）中，MORB型火山岩样品全部落在了大洋中脊区域，OIB型及CRB型玄武质岩石样品落在了板内环境。在FeOTMgOAl2O3构造环境判别图解（图11）中，进一步区分OIB型及CRB型样品，但两者也不能很好地区分。考虑到前者伴生有灰岩，后者发育有酸性岩，可以认为巴音沟蛇绿混杂岩中发育OIB型玄武岩的同时，还存在CRB型玄武质岩石，当然也不排除全部是OIB型玄武岩及后期卷入的可能[18]。

图件引自文献[19]

图10玄武质岩石Zr/YZr构造环境判别图解

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

图件引自文献[20]

图11玄武质岩石FeOTMgOAl2O3构造环境判别图解

Fig.11Tectonic Setting Discrimination Diagram of

FeOTMgOAl2O3 for Basaltic Rocks

5结语

新疆巴音沟蛇绿混杂岩带中发育3种不同类型的玄武质岩石，记录了该地区复杂的构造岩浆事件。这3种玄武质岩石分别为与变质橄榄岩及辉长岩等伴生的玄武质岩石、与火山碎屑岩及酸性火山岩伴生的玄武质岩石和分布于蛇绿混杂岩边部的玄武质岩石。根据地球化学参数发现，上述3种玄武质岩石分别对应MORB型、OIB型和CRB型岩石。其中， MORB型火山岩为正常洋中脊产生的大洋地壳，而OIB型玄武岩为大洋板内发育的大洋高原或者岛屿，CRB型应该代表的是大陆裂谷阶段火山岩，但遗憾没有时代约束。不过，这恰恰与自早石炭世开始整个天山造山带又进入造山后裂谷拉伸阶段相吻合。通过对巴音沟蛇绿混杂岩带两侧地质体的对比研究，认为巴音沟洋关闭于早石炭世末。下一步需要对北天山构造演化进行进一步验证。

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