离子吸附型稀土矿(或称花岗岩风化壳型稀土矿)是世界罕见、我国特有的一种稀土矿物, 分布于北纬28°线以南的华南广大地区, 主要集中于南岭一带, 地理位置是赣、湘、闽、两广及海南岛等省区。云南和四川西南部是远景区。中科院地质所张培善教授指出, 在地球发展演化的长河中, 地球物质中的稀土有三次比较明显的富集。花岗岩类岩体的地表风化、造岩矿物风化后形成粘土类矿物, 含稀土的副矿物风化后稀土游离而吸附于粘土矿物上, 因而形成了离子吸附型稀土矿, 这是稀土的第三次富集。在离子吸附型稀土矿中, 稀土是以阳离子的形式吸附于花岗岩风化壳中的粘土矿物上。有的富重稀土, 有的富轻稀土, 有的铕高, 有的钇高, 有的某种稀土较高, 这与某一具体地质体的地质环境有关^[1]。

1 t离子吸附型稀土矿, 用硫酸铵浸取、草酸稀土沉淀、过滤、灼烧后(见图 1), 约可获得1.2 kg稀土富集物^[2]。由于特殊的地质条件所致, 离子吸附型稀土富集物均伴随有三个天然放射系的成员, 以及稀土本身的天然放射性同位素¹³⁸La、¹⁷⁶Lu等等, 因此研究离子吸附型稀土富集物的放射性, 可以反映出相当多的地球化学信息。

本文采集了来自江西、福建、广西等省离子吸附型稀土矿生产的稀土富集物, 作了γ能谱分析和α总放、β总放的测定, 并用X射线荧光光谱仪分析了其中相应的La₂O₃、Y₂O₃的含量。

1 仪器与方法 1.1 仪器

详见文献[3]

1.1.1 FJ -2603低本底α、β测量仪

西安262厂生产。

1.1.2 标准钍矿物

核工业部五所提供。

1.1.3

氯化钾分析纯。

1.1.4 DW 1404型X射线荧光光谱仪

荷兰飞利浦生产。

1.2 实验方法 1.2.1

γ能谱分析详见文献[3]。

1.2.2

α总放、β总放测量

1.2.2.1 样品、标准源制备、测量

稀土富集物、标准钍矿粉、氯化钾(研细后)分别在烘箱(105 ℃左右)烘干2 h, 在干燥器中冷却后, 称0.3 g铺样, 保存在干燥器内。样品间隔4个月, 前后作二次α总放、β总放测量。

1.2.2.2 α总放、β总放计算方法

详见文献[4]。

2 结果与讨论

(1) 实验数据列在表 1至表 4中。

(2) 在表 1中, 为了比较起见, 列入早期工作:由氟碳铈镧矿、独居石生产的混合氯化稀土以及某些离子吸附型稀土矿生产的稀土富集物的γ谱分析结果^[5]。由表 1、表 2看出, ²²⁸Ra、²²⁶Ra、²²⁷Ac、α总放、β总放、²²⁷Ac/ ¹³⁸La的趋势都是富钇稀土富集物大于稀土富集物, 更大于富铕稀土富集物, 其中²²⁷Ac/ ¹³⁸La更为明显。

(3) 表 3中La₂O₃和Y₂O₃含量分析数据, 是用PW1404型X射线荧光光谱仪测定的, 由上海跃龙化工厂协助完成。²²⁷Ac是²³⁵U的子体, 半衰期21.77 a, 有5个α子体, 是²³⁵U重要的放射性示踪核素。从表 3、表 4看出, ²²⁷Ac在稀土富集物中的分布规律与¹³⁸La (或者La₂O₃含量)相反, 而几乎与Y₂O₃含量成正比, 也就是说, 离子吸附型稀土富集物中, 放射性随Y₂O₃含量的增加而增加。从表 4中La₂O₃/Y₂O₃看出, 富铕稀土富集物属轻稀土, 富钇稀土富集物属重稀土, 而稀土富集物居中属中稀土。有报道说, 离子吸附型稀土原矿中的铀含量, 重稀土>中稀土>轻稀土。因此, 在稀土富集物中放射性呈现上述趋势就不足为奇了。

(4) 由表 4看出, ¹³⁸La/La₂O₃(Bq/g)富铕稀土富集物为0.45, 稀土富集物为0.78, 而富钇稀土富集物为0.58, 涨落较大。

由公式^[2]

可见, ¹³⁸La/La₂O₃应该是个常数。为什么稀土富集物实测的结果却不是?其中的原因有待进一步探讨。

3 结论

(1) 离子吸附型稀土富集物作为稀土深加工的原料, 稀土富集物的放射性分析为稀土生产中的辐射防护, 以及三废处理, 提供了基本数据。

(2) 离子吸附型稀土富集物生产的镧产品(氧化镧、氯化镧、碳酸镧、镧金属或富镧金属等), 在出口贸易中, 应该注意²²⁷Ac的分析。其中²²⁷Ac的放射性在生产后开始增长, 到140 d左右达最大值(可增长数百倍之多), 而包头稀土基本上没有²²⁷Ac这个问题, 其放射性较低。因此, 为了出口的需要, 在原料搭配比例上可以作为参考。

(致谢: 上海跃龙化工厂总工程师王振华、高级工程师陆世鑫在本工作的开展中给予热情的指导和帮助, X射线荧光光谱分析也是他们协助完成的, 在此一并表示衷心的感谢。)