稀土元素をゴエチトの断片化に組み込む構造

科学分野:

• 地化学
• ミネラロジー
• 材料科学

背景:

• 希土元素 (REEs) は,現代の技術にとって極めて重要です.
• イオン吸附堆積物 (IAD) に含まれる REEsの有意な部分は,鉄酸化物鉱物,主にゴエチットが宿っている.
• これらのゴイタイトが宿る REEsは,構造的に組み込まれていると考えられるため,しばしば抽出できないと考えられます.

研究 の 目的:

• ゲチットとその前駆体であるフェリヒドライト (FH) の内部での REEs の原子レベルの互換性と組み込みメカニズムを調査する.
• 鉄酸化水酸化物における REEs が占めるエネルギー好みと構造的な位置を理解する.
• 地質学的な過程における REE 分割における鉄酸化水酸化物の役割を明らかにする.

主な方法:

• ローカルな原子構造を調査するためのX線ペア分布関数解析 (PDF).
• LIIIエッジ拡張X線吸収微細構造 (EXAFS) スペクトロスコーピーは,調整環境を決定する.
• 初期分子動力学 (AIMD) のシミュレーションで,EXAFSデータをモデル化し,組み込みメカニズムを探求する.

主要な成果:

• ゲチットとFHとの互換性は,Lu ≥ Yb ≫ Dy > Ndの傾向に従っている.
• ネオジミウム (Nd) とディスプロシウム (Dy) は主に二次無形相を形成し,ゲチートへの組み込みは限られている (<30%).
• ルテシウム (Lu) とイテルビウム (Yb) は,陽子化された鉄の空隙と縁の共有構成によって促進されるゴエチートのような構造に重要な組み込みを示しています.

結論:

• この研究は,REEをゴイチットに組み込む原子規模のメカニズムを明らかにし,単純な置換に関する以前の仮定に異議を唱える.
• 陽子化された鉄の空白と特定の調整環境は,ゴエタイトの格子の中でLuやYbのようなより大きなREEsを収容する鍵です.
• この組み込みメカニズムは,REEの分断が,風化過程で発生し,後方性およびイオン吸収堆積物を形成することを示唆しています.