中國科學院廣州地球化學研究所/深地科學卓越中心袁鵬、周軍明等研究人員，以風化淋積型稀土礦床中典型的粘土礦物——管狀埃洛石和片狀高嶺石為模型礦物，研究了其在低濃度La(III)離子溶液中長期（三年）靜置后的結構及La(III)離子賦存態的變化。相關研究發表于《應用粘土科學》（Applied Clay Science）。博士生周軍明為該論文第一作者，袁鵬研究員為通訊作者。
風化淋積型稀土（即離子吸附型稀土）礦由花崗巖、凝灰巖等富稀土元素（REY）母巖經化學風化和稀土遷移富集而形成，其特點是富含中重稀土元素，是重要的戰略性礦產資源。研究表明，風化淋積型稀土礦床中的REY主要以可交換態REY(III)離子的形式賦存于粘土礦物，REY富集的主要誘因是REY(III)離子與粘土礦物的界面吸附作用。
為探明該作用的微觀機制，前人已開展了大量吸附模擬實驗研究；主要是分析短時間（數天或更短時間）尺度下REY(III)離子在粘土礦物上的吸附特征，通過顯微結構和譜學分析探測粘土礦物吸附REY(III)離子的界面反應機制和REY(III)離子可能的賦存方式及狀態。這些研究為厘清REY在風化淋積型稀土礦中的埃洛石、高嶺石等富稀土主要粘土礦物上的賦存狀態提供了重要依據。
然而，短時間尺度研究難以用于模擬REY(III)離子濃度低、作用時間長的實際風化環境。風化淋積型稀土礦床分布于熱帶和亞熱帶地區，氣候溫暖潮濕、降雨量大，相當一部分降水可長期（數年至上百年）滯留于土壤和風化殼中。與短期吸附模擬實驗中采用的較高REY(III)離子濃度不同，土壤或風化殼水溶液中REY(III)離子的濃度低，其與粘土礦物的界面作用很可能是一個緩慢而長期的過程。
因此，要準確解析風化淋積型稀土礦中REY(III)離子的賦存和遷移機制，除了須開展短時間尺度吸附模擬實驗，還須研究較長時間尺度（幾年至幾十年甚至更高）條件下，粘土礦物與低濃度REY(III)離子的界面反應；尤其亟待探知低濃度REY(III)離子溶液長時間作用后，REY在粘土礦物等礦物相上的賦存特征；以及長期作用下埃洛石等粘土礦物的微觀結構的變化，并揭示該變化對REY(III)離子的賦存有何種影響。
研究人員以風化淋積型稀土礦床中典型的粘土礦物——管狀埃洛石和片狀高嶺石為模型礦物，發現長期作用后La(III)離子不僅以內圈絡合物、外圈絡合物等形式吸附于埃洛石和高嶺石礦物表面，還以外圈絡合物的形式賦存于埃洛石礦物層間。其直接證據：一是埃洛石發生局部再水化現象，且出現（001）晶面間距為1.28nm的微區結構，該值大于完全水化埃洛石的d001值（1.00nm），說明稀土離子賦存于埃洛石層間；二是埃洛石的衰減全反射傅里葉變換紅外光譜（ATR-FTIR）圖譜中，在3682cm-1處出現了由層間陽離子引起的紅外振動帶；三是埃洛石中La(III)離子的內圈絡合物與外圈絡合物含量的比值，低于短時間吸附時埃洛石中稀土離子的內圈絡合物與外圈絡合物含量比值。
鑒于管狀埃洛石并非層間可膨脹性粘土礦物，La(III)離子賦存于埃洛石層間域這一現象的發現，揭示了風化淋積型稀土礦中REY(III)離子存在一種新的賦存態——管狀埃洛石層間離子態。并且，由于La(III)離子比其它REY(III)離子具有更大的離子半徑和更高的水化能，La(III)離子可進入管狀埃洛石層間，意味著其它REY(III)離子很可能亦可通過類似機制賦存于埃洛石層間。與管狀埃洛石不同，REY(III)離子在與高嶺石進行短期和長期反應后，其賦存特征并無明顯差異；這可能是由于高嶺石并未出現水化，導致La(III)離子難以進入其層間。上述研究結果為進一步認識風化淋積型稀土礦床中REY(III)離子的賦存、遷移和分異提供了新的思路和證據。