Giới thiệu Yttrium

Y - Giới thiệu Yttrium

 

Yttrium thuộc nhóm 3 của bảng tuần hoàn, cũng bao gồm Sc, La và Ac.Nguyên tố có số hiệu nguyên tử là 39, khối lượng nguyên tử là 89, một trạng thái oxi hóa (+3) và một đồng vị có trong tự nhiên (⁸⁹Y).Về mặt hóa học, Y giống với các Nguyên tố Đất hiếm (REE) nặng hơn.Tầm quan trọng chính của Y trong địa hóa là nó có hành vi địa hóa trung gian giữa các nguyên tố lanthanide nhỏ hơn dysprosi (Dy) và holmium (Ho) (McLennan 1999b).

Yttrium là một nguyên tố kim loại lithophile tạo thành một số khoáng chất bao gồm xenotime YPO₄và yttrialite (Y, Th)₂Si₂O₇, nhưng cũng có mặt như một nguyên tố phụ trong biotit, fenspat, pyroxen, granat và apatit.

 

Cấu hình electron và bán kính ion của Y giống với cấu hình của các REE nặng hơn (Gd to Lu), mà nó được liên kết trong khoáng chất và đá.Điều này được thấy trong các quá trình magma, nơi hoạt động của Y rất giống với các REE nặng.Nó được phân chia mạnh mẽ thành garnet, horblende, clinopyroxene và biotit, nhưng tuy nhiên cho thấy sự làm giàu nhẹ trong granit (ca.40 mg kg^-1) so với trung gian (ca.35 mg kg^-1) và bazan (ca.32 mg kg^-1) đá lửa.Mielke (1979) cho giá trị là 31 mg kg^-1đối với trung bình lớp vỏ của Y, cao hơn các nguyên tố như Sn và Pb.Trong bazan, nồng độ của nó nhạy cảm với mức độ nóng chảy từng phần (Wedepohl 1978).Nồng độ Y thấp không cân đối có thể xảy ra trong magma calc-kiềm do sự ổn định của các pha giàu REE nặng trong vùng nguồn và / hoặc phân đoạn của chúng từ magma.Giá trị Y và REE tăng cao nói chung là biểu hiện của đá felsic, đặc biệt là đá xâm nhập, và trầm tích đất và dòng chảy bắt nguồn từ chúng.

 

Cả Y và REE nặng (Gd đến Lu) đều tạo thành phức chất bền hơn REE nhẹ (La đến Sm), đặc biệt là với các anion cacbonat, florua hoặc sulphat trong dung dịch kiềm, và do đó chúng dễ bị thủy nhiệt hơn (Kosterin 1959).Tuy nhiên, có rất ít bằng chứng về khả năng di chuyển của Y trong quá trình biến chất (O'Nions và Pankhurst 1974, Drury 1978).

Nồng độ Y trong đá trầm tích phần lớn được xác định bởi sự phong phú của các khoáng chất kháng nặng, chẳng hạn như zircon, xenotime và

Ngọc Hồng lựu.Trong môi trường năng lượng thấp, một số Y cũng có thể xuất hiện trong các hợp chất hữu cơ bền và phức cacbonat kiềm.Đá phiến sét (ca.40 mg kg^-1) và greywacke (ca.30 mg kg^-1) thường được làm giàu trong Y so với đá cacbonat (ca.4 mg kg^-1) và đá sa thạch (ca.15 mg kg^-1).Có bằng chứng cho thấy Y được làm giàu từ đất sét và đá phiến sét có nguồn gốc từ biển so với các đối tác của chúng trong hồ nước (Balashovet al.Năm 1964).Sự làm giàu Yttrium đã được báo cáo trong đá ong (Calliereet al.1976) và các mỏ sắt mangan ở oolitic (Goldberget al.Năm 1963).Giá trị trung bình của Y trong hoàng thổ được báo cáo là 25 mg kg^-1(McLennan và Murray 1999).

Kabata-Pendias (2001) báo cáo rằng Y chưa được xác định một cách có hệ thống trên các mẫu đất, do đó, người ta biết rất ít về hành vi của nó;Hàm lượng Y trung bình đối với đất không trồng trọt và đất canh tác được trích dẫn là 23 mg kg^-1và 15 mg kg^-1tương ứng.

 

Trong trầm tích dòng, hầu hết Y được giữ trong các khoáng chất phụ, chẳng hạn như ngọc hồng lựu, apatit, hình cầu, monazit và zircon, tất cả đều có khả năng chống lại thời tiết.Sự phong phú của Y trong các hạt sông được cho là 28 mg kg^-1(McLennan và Murray 1999).Trong môi trường axit, Y có thể được huy động thông qua sự hòa tan các silicat sắt từ, đặc biệt là clinopyroxene, nhưng sự phân tán sau đó thường bị hạn chế bởi sự hấp thụ đối với các oxit Fe ngậm nước và các khoáng chất đất sét.Trong nước trung tính và kiềm, sự hình thành các phức hợp cacbonat không hòa tan tiếp tục ức chế tính linh động và Y trở nên dễ bị kết tủa theo cách giống như Al (Balashovet al.Năm 1964).

Yttrium hiển thị tính di động rất thấp trong mọi điều kiện môi trường.Trong hầu hết các trường hợp, nó có thể được coi là REE hóa trị ba (van Middlesworth và Wood 1998) và giống như REE, nhiều khoáng chất mang của nó là kháng.Mặc dù trên lý thuyết, Y³⁺ion hòa tan trong điều kiện axit, độ hòa tan thấp của các loại photphat, hydroxit và cacbonat phủ nhận điều này (Brookins 1988).Yttrium và REE trong nước suối thường ở dạng hạt lơ lửng hoặc chất keo hơn là ở dạng hòa tan và chúng được cho là đồng kết tủa với Fe (OH)₃(van Middlesworth và Wood 1998).

Các nguồn Y do con người tạo ra bao gồm khai thác REE và bụi gốm (Reimann và de Caritat 1998).Nó được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị gia dụng, chẳng hạn như ti vi màu, đèn huỳnh quang, đèn tiết kiệm năng lượng và kính.Nó cũng được sử dụng trong sản xuất chất xúc tác và để đánh bóng thủy tinh.

Yttrium được coi là không cần thiết cho cơ thể sống.Độc tính của nó thường được coi là thấp, nhưng nó độc hơn một số REE khác.Yttrium hầu hết nguy hiểm trong môi trường làm việc, có khả năng gây thuyên tắc phổi nếu tiếp xúc lâu dài.Yttrium cũng có thể gây ung thư và có thể là mối đe dọa cho gan khi nó tích tụ trong cơ thể người.

Bảng 74 so sánh nồng độ trung bình của Y trong các mẫu FOREGS và trong một số bộ dữ liệu tham khảo.

 

Bảng 74. Nồng độ trung bình của Y trong các mẫu FOREGS và trong một số bộ dữ liệu tham chiếu.
Yttrium (Y)	Nguồn gốc - Nguồn		Số lượng mẫu		Phân số kích thước mm		Khai thác		Trung bình mg kg-1
Lớp vỏ1)	Thượng lục địa		na		na		Tổng cộng		21
Đất nền	FOREGS		788		<2.0		Tổng số (ICP-MS)		23.0
Lớp đất mặt	FOREGS		845		<2.0		Tổng số (ICP-MS)		21.0
Đất2)	Thế giới		na		na		Tổng cộng		20
Nước uống		FOREGS		807		Đã lọc <0,45 μm		0,064 (μg l-1)
Nước3)		Thế giới		na		na		0,7 (μg l-1)
Nước2)		Thế giới		na		na		0,04 (μg l-1)
Trầm tích suối	FOREGS		848		<0,15		Tổng (XRF)		25,7
Phù sa vùng ngập lũ	FOREGS		743		<2.0		Tổng (XRF)		20.1
1) Rudnick & Gao 2004, 2) Koljonen 1992, 3) Ivanov 1996.

 

Yttrium trong đất

Hàm lượng Y trung bình là 23 mg kg^-1trong lòng đất và 21 mg kg^-1trong lớp đất mặt;phạm vi thay đổi từ <3 đến 88 mg kg^-1trong lòng đất và lên đến 267 mg kg^-1trong lớp đất mặt.Tỷ lệ trung bình của lớp đất mặt / lớp đất phụ là 0,914.

Hành vi địa hóa của Y tương tự nhất với các REE nặng (Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb và Lu).

Yttrium trong lòng đất cho thấy giá trị thấp (<15 mg kg^-1) trên hầu hết Phần Lan, Ba Lan, bắc Đức, Đan Mạch và Hà Lan, bắc Ireland, đông Scotland, trung Bồ Đào Nha và nam Tây Ban Nha.

Giá trị Y cao trong lớp đất dưới mặt đất (> 31 mg kg^-1) nằm chủ yếu ở tầng hầm kết tinh của Khối núi Iberia ở miền bắc Bồ Đào Nha và Galicia (Tây Ban Nha), ở các tỉnh magma kiềm ở Ý và miền bắc Hy Lạp (Nhà máyet al.2005), một điểm bất thường ở Tuscany, trong Massif Central, Brittany, trong đất còn sót lại trên núi đá vôi của Slovenia và Croatia, ở miền nam Hungary và Áo, đông nam nước Đức, khu vực hoàng thổ / palaeoplacer từ bắc Pháp đến Đức, nam- miền tây Na Uy và miền bắc Thụy Điển (Salpeteuret al.2005).Điểm dị thường xuất hiện ở phía tây Hy Lạp, liên quan đếnterra rossakhoáng hóa đất và photphorit, và ở bắc Ireland gần đá granit Morne.

Ở lớp đất mặt, Y thấp hơn ở Na Uy và Thụy Điển, nhưng ở những nơi khác, mô hình tương tự như ở lớp đất dưới.Có một điểm bất thường ở Quần đảo Canary liên quan đến bazan kiềm.

Tỷ lệ trung bình của lớp đất mặt / lớp đất dưới đáy là 0,914 đối với Y, tương tự như REE, đặc biệt là HREE (các nguyên tố đất hiếm nặng).

Yttrium trong lòng đất có mối tương quan rất chặt chẽ (> 0,8) với hầu hết các REE (Dy, Er, Eu, Gd, Ho, Lu, Nd, Sm, Tb, Tm, Yb), tương quan chặt chẽ (> 0,6) với Ce , La, Pr, Nb, Ti, Fe và In, và tương quan tốt (> 0,4) với Mn, Co, Cu, Zn, Pb, Sc, V, Al, Ga, Zr, Hf, Rb, Tl, Ta, Te và Th.Ở lớp đất mặt, mô hình tương quan cũng xuất hiện, nhưng U và Cd cũng có mối tương quan tốt với Y.

 

Yttrium trong nước suối

Giá trị yttrium trong nước suối có phạm vi trên ba bậc độ lớn, từ <0,003 μg l^-1đến 6,53 μg l^-1(không bao gồm hệ số ngoại lai là 26,6 μg l^-1), với giá trị trung bình là 0,064 μg l^-1.Dữ liệu của Yttrium tương quan chặt chẽ nhất với các nguyên tố đất hiếm nói chung và đặc biệt với erbi.

Giá trị Y thấp nhất của nước suối (<0,002 μg l^-1) chủ yếu được tìm thấy ở hầu hết miền đông Tây Ban Nha, miền tây, đông nam và đông bắc nước Pháp, miền nam nước Ý (bao gồm Sicily và nam Sardinia) và hầu hết miền bắc nước Ý, ở miền tây Slovenia, Croatia và miền tây Áo, đông bắc nước Đức và khắp Albania và Hy Lạp.Hầu hết các khu vực có giá trị Y thấp nhất trong nước suối được đặc trưng bởi địa hình Variscan và Alpine Orogen (miền nam châu Âu), trong khi các khu vực khác (chủ yếu là miền bắc nước Đức) được biểu thị bằng sự trôi băng.Giá trị nước suối Y thấp và REE thấp ở miền trung Thụy Điển có liên quan đến giá trị pH cao do đá Palaeozoic gây ra.

Nước suối có nồng độ Y cao nhất (> 0,95 μg l^-1) chủ yếu được tìm thấy ở miền bắc Đan Mạch, cực nam Na Uy và ở miền nam Thụy Điển và Phần Lan.Các khu vực có giá trị cao nhất được đặc trưng bởi các địa hình Precambrian (chủ yếu là đá xâm nhập và biến chất axit).Giá trị Y của nước suối nâng cao (> 0,34 μg l^-1) cũng xảy ra khắp miền trung và miền nam Na Uy, ở miền trung và miền bắc Thụy Điển và Phần Lan, miền đông và miền bắc Ireland, miền bắc Scotland, đặc trưng bởi các núi lửa Scandinavia và Ireland-Scotland, và ở Pháp (Brittany và Massif Central) trên địa hình Variscan (núi lửa xâm nhập và đá).Ở Bắc Ireland, giá trị nước suối Y cao bất thường có liên quan đến đá granit Morne.Giá trị Y cao bất thường ở miền bắc nước Đức có liên quan đến giá trị DOC cao.

Sự phân bố nước suối Y được thảo luận ở trên tuân theo gần nhất mô hình REE và các nguyên tố liên quan trong axit, độ khoáng hóa thấp, nước suối có DOC cao, rõ ràng là phụ thuộc vào khí hậu.Yttrium trong nước sông chủ yếu xuất hiện ở dạng phức hợp hữu cơ.Một lời giải thích về địa lý dường như khả thi đối với những dị thường nước suối yttrium ở Tây Ban Nha, Ireland, Brittany và Massif Central, và cường độ yếu hơn ở Ý.Ở hầu hết các khu vực này, Y cao hơn cũng được tìm thấy trong trầm tích và / hoặc đất.

 

Yttrium trong trầm tích dòng

Hàm lượng Y trung bình trong trầm tích dòng là 25,7 mg kg^-1, và phạm vi thay đổi từ 1,3 đến 426 mg kg^-1.

Bản đồ phân bố trầm tích dòng Y tương tự như phân bố của các REE nặng.Giá trị Y thấp trong trầm tích dòng (<18,1 mg kg^-1) có mặt ở hầu hết phía đông Phần Lan, đồng bằng bắc Âu bao gồm Đan Mạch, tây Ireland, đông Tây Ban Nha, tây Alps, bắc Apennines và cực đông bắc Ý, duyên hải Croatia, tây và nam Hy Lạp.

Hai khu vực có giá trị Y bất thường cao nhất trong trầm tích dòng (lên đến 62,9 mg kg^-1) là phần Variscan của Bán đảo Iberia,I E,Bồ Đào Nha, Galicia và Sierra de Gredos ở Old Castilia (Tây Ban Nha), và Massif Central ở Pháp (đá granit Variscan), kéo dài đến vùng Poitou về phía tây bắc.Y cao trong trầm tích dòng (> 33,6 mg kg^-1) cũng xảy ra ở miền nam Na Uy (bao gồm cả mỏ Sovi), miền bắc Na Uy, miền bắc, miền nam và miền đông Thụy Điển, một điểm bất thường ở miền bắc Estonia (mỏ phốt phát), miền đông Scotland, Khối núi Bohemian (bao gồm một điểm bất thường trong đá granit Variscan gần biên giới của Áo, Cộng hòa Séc và Đức, và một điểm bất thường gần mỏ U Dolny Rozinka ở miền trung Cộng hòa Séc), tỉnh Alkaline của La Mã, đông nam Áo và gần đá granit Morne ở miền bắc Ireland.

Yttrium trong trầm tích dòng có tương quan rất mạnh (> 0,8) với Th và REE (trừ Eu), tương quan mạnh (> 0,6) với Eu và U, và tương quan tốt (> 0,4) với Nb, Ta, Ti, Zr , Hf, Sn và Ga. Các khoáng chất mang Y chính là xenotime (yttrium phosphate) và monazite (cũng là chất mang chính của REE, Th và U).Chúng hoạt động như các khoáng chất nặng trong trầm tích và tập trung cùng với các khoáng chất nặng khác như zircon, rutil, columbo-tantalit và cassiterit, do đó giải thích mô hình tương quan.

 

Yttrium trong trầm tích vùng ngập lũ

Sự phân bố Y trong trầm tích vùng ngập thay đổi từ 2-130 mg kg^-1, với mức trung bình là 20,1 mg kg^-1.

Giá trị Y thấp trong trầm tích vùng ngập lũ (<14,7 mg kg^-1) xảy ra trên hầu hết miền đông Phần Lan và đông bắc Na Uy trên đá kết tinh của Lá chắn Fennoscandian, bắc Ireland trên địa hình Caledonide, trên vùng đồng bằng băng giá bao phủ từ bắc Đức đến hầu hết Ba Lan và Latvia, ở các phần phía đông và bắc- miền đông Tây Ban Nha trên đá vôi và đá vôi, trầm tích phù sa thấp hơn của sông Garonne ở Pháp, lưu vực bã mía ở miền nam nước Đức và Áo, và Calabria ở miền nam nước Ý.

Giá trị Y cao trong trầm tích vùng ngập lũ (> 26,9 mg kg^-1) xảy ra chủ yếu ở các khu vực có khoáng hóa Nb và REE như ở nhiều vùng của Na Uy (Söve Nb-REE-Th, Fen REE), bao gồm cả Oslo graben, theo chiều dọc khắp Thụy Điển và ở tây nam Phần Lan trên địa hình Lá chắn Fennoscandian kết tinh, ở phía tây Ireland và xứ Wales (Coed Y Brenin porphyry Cu);ở Pháp ở Poitou, Massif Central về phía dãy núi Pyrenees liên kết với đá felsic và quá trình khoáng hóa;Corsica với đá granit và khoáng hóa, và tỉnh Alkaline của La Mã.Vành đai có giá trị Y cao trong trầm tích vùng ngập lũ kéo dài từ Bỉ đến Dãy núi Harz có thể liên quan đến các khoáng chất nặng trong trầm tích hoàng thổ;các giá trị Y cao liên quan đến đá mácma felsic xuất hiện ở Erzgebirge ở Đức, Bohemian Massif và nam Moravia ở Cộng hòa Séc đến đông và nam Áo, tây Hungary, Slovenia, và trên đất karstic ở tây Croatia.Giá trị Y cao trong trầm tích vùng ngập lũ cũng xảy ra ở miền đông Hungary, nguồn gốc của chúng là đá xâm nhập và núi lửa calc-kiềm của dãy Apuseni ở Romania, và trên đá granit khoáng hóa ở trung tâm Macedonia ở miền bắc Hy Lạp.

Giá trị Y nằm ngoài và rất bất thường trong trầm tích vùng ngập lũ xảy ra ở khu vực khoáng hóa Skellefte ở miền bắc Thụy Điển (130 mg kg^-1), ở miền nam Thụy Điển (56,4 mg kg^-1), vùng Poitou ở Pháp (56,1 mg kg^-1), và ở Northumberland ở đông bắc nước Anh (49,1 mg kg^-1), có thể liên quan đến trầm tích photphorit.

Yttrium trong trầm tích vùng ngập lụt cho thấy mối tương quan thuận từ mạnh đến rất mạnh với REE, mối tương quan chặt chẽ với Al₂O₃, Ga, Ti₂O, Fe, V, Nb và Th, và mối tương quan tốt với K₂O, Rb, Co, Tl, Zr, Hf, Be, Li, Ta và U.

Có thể kết luận rằng bản đồ phân bố của Y trong trầm tích vùng ngập lũ cho thấy sự khác biệt địa hoá của địa chất nền và khoáng hoá, đặc biệt là sự liên kết của nó với đá kết tinh felsic.

 

So sánh Yttrium giữa môi trường mẫu

Nhìn chung, có nhiều điểm tương đồng giữa tất cả các môi trường mẫu rắn.Lớp đất mặt có Y tương đối thấp so với lớp đất dưới mặt đất ở các vùng của Na Uy và Thụy Điển, nhưng các mô hình giữa lớp đất mặt và lớp đất dưới gần như giống hệt nhau.Ven biển Croatia và Slovenia và các vùng phía tây của Áo có hàm lượng Y trong trầm tích dòng thấp hơn so với các môi trường mẫu rắn khác (có thể được giải thích bằng cách loại bỏ vật liệu hạt mịn khỏi đất và karst dư).Trong trầm tích suối và vùng ngập lũ, nồng độ Y cao hơn được quan sát thấy ở miền nam và miền bắc Na Uy so với trong đất.Trong trầm tích dòng chảy, phía bắc Estonia cho thấy hai điểm dị thường không có trong các môi trường mẫu rắn khác, có thể liên quan đến trầm tích phosphorit dưới Palaeozoic.Miền trung và miền bắc nước Anh chỉ cho thấy Y cao hơn một chút trong trầm tích dòng.Ở các vùng của Thụy Điển, xứ Wales và miền tây Ireland, trầm tích vùng ngập lũ được làm giàu ở Y so với các môi trường mẫu rắn khác.Ở tỉnh núi lửa kiềm của Ý và một phần phía tây Hy Lạp, Y có ít trầm tích so với đất.Ở miền trung Tây Ban Nha, Y có trong trầm tích dòng chảy cao hơn bất thường so với trong đất, trong khi trầm tích vùng ngập lũ không thể hiện đặc điểm này.Cộng hòa Séc và khu vực lân cận của Đức được bồi đắp Y trong trầm tích dòng chảy so với đất;các phần của sự bất thường này cũng có thể nhìn thấy trong lớp trầm tích vùng ngập lũ kéo dài đến miền bắc nước Đức.

Biểu đồ hình hộp so sánh sự thay đổi Y trong lớp đất dưới đáy, lớp đất mặt, trầm tích dòng và trầm tích vùng ngập lũ được trình bày trong Hình 53.

Sự phân bố của Y trong nước suối rất phức tạp, nhưng nhìn chung tạo thành các mô hình đối lập với những mô hình quan sát được trong môi trường mẫu rắn, ngoại trừ ở Brittany và Khối núi Trung tâm của Pháp và phần phía tây Variscan của Bán đảo Iberia.Độ hòa tan của Yttrium được kiểm soát chặt chẽ bởi pH axit và sự hiện diện của DOC, và nồng độ cao nhất được quan sát thấy trên khắp Fennoscandia.

Hình 53. So sánh Boxplot củaYttriumsự biến đổi của lớp đất dưới đáy, lớp đất mặt, trầm tích dòng và trầm tích vùng ngập lũ.