在低温下替代方解石、文石和白云石的过程中，稀土碳酸盐的瞬态外延生长

《Crystal Growth & Design》：Transient Epitaxial Growth of Rare Earth Carbonates during Low-Temperature Replacement of Calcite, Aragonite, and Dolomite

稀土碳酸盐在低地热条件下通过流体介导的替换反应形成瞬态外延生长，不同基质（方解石、文石、白云石）导致晶体对齐方向差异：文石因伪六方双晶多向对齐，方解石和白云石单方向对齐。结构匹配度在10-20%之间，但后续相变（水羟 bastn?site 和 cerianite）脱离基质控制，揭示从界面驱动到过饱和控制结晶的机制转变。影响因素包括晶格失配、稀土离子电位及基质溶解速率。研究结果为稀土迁移机制和分离技术设计提供理论依据。

　　

本研究探讨了在低温热液条件（80–165°C）下，含有La、Ce、Pr和Nd的水溶液与二价Ca–Mg碳酸盐基底（文石、方解石和白云石）通过流体介导的置换反应形成的稀土碳酸盐（REE碳酸盐）的瞬态外延生长现象。实验表明，初始的表面沉淀过程是通过正交结构的REE-kozoite（REECO₃OH）的定向成核来进行的，这种矿物在所有基底上均沿[100]_koz方向表现出相干外延。晶体学上的对齐具有基底特异性：在文石上由于伪六方孪晶作用而呈现多方向外延，在方解石和白云石上则表现为单向对齐。晶格失配计算结果显示，所有REE-kozoite-基底对的结构相干性均保持在10–20%的范围内，这有利于瞬态外延的稳定。然而，随后REE-kozoite会不受基底控制地转变为羟基bastn?site和cerianite相，这标志着生长机制从外延界面驱动转变为过饱和度控制结晶。外延纹理的形成受到三个相互依赖因素的制约：晶体学失配、REE³⁺阳离子的离子势（影响脱溶和成核动力学）以及基底矿物的溶解速率（控制局部过饱和度和界面反应性）。这些结果限制了稀土碳酸盐结晶的物理化学和结构参数，并为耦合溶解-沉淀过程中相干界面关系的形成与破坏提供了机制上的理解。这些发现对于热液系统中稀土元素的迁移性以及稀土回收技术中吸附剂和沉淀物的设计具有重要的启示意义。