Растворимость минералов группы пирохлора в надкритических водно-фторидных растворах

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Выполнен обзор экспериментальных данных по растворимости оксидов и оксифторидов ниобия и тантала во фторидных растворах. Используя экспериментальные данные по растворимости пирохлора (CaNa)Nb2O6F и микролита (CaNa)Ta2O6F, рассчитаны термодинамические свойства указанных минералов для 300–800°С. Уточнены термодинамические свойства альбита, андалузита, мусковита, парагонита, пирофиллита для интервала температур 300–550°С. Проведены термодинамические расчеты, моделирующие влияние состава раствора и минеральных алюмосиликатных ассоциаций на растворимость пирохлора и микролита в надкритической области физико-химических параметров. Расчетами показано, что растворимость рассмотренных рудных минералов очень низкая и вынос ниобия и тантала метаморфизованными растворами не представляется возможным. Предложены механизмы аккумуляции HF, которые могут играть важную роль в растворении ниобия и тантала, перекристаллизации и замещении рудных минеральных фаз на ограниченных дистанциях.

Об авторах

А. Ф. Редькин

Институт экспериментальной минералогии им. Д.С. Коржинского РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: redkin@iem.ac.ru
Черноголовка, Московская область, Россия

Н. П. Котова

Институт экспериментальной минералогии им. Д.С. Коржинского РАН

Email: redkin@iem.ac.ru
Черноголовка, Московская область, Россия

Ю. Б. Шаповалов

Институт экспериментальной минералогии им. Д.С. Коржинского РАН

Email: redkin@iem.ac.ru
Черноголовка, Московская область, Россия

Н. Н. Акинфиев

Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН

Email: redkin@iem.ac.ru
Москва, Россия

Список литературы

  1. Аксюк А.М. Экспериментально-обоснованные геофториметры и режим фтора в гранитных флюидах // Петрология. 2002. Т. 10. № 6. С. 628–642.
  2. Аксюк А.М., Конышев А.А. Экспериментальные исследования плавления вознесенских биотитовых и Li-F гранитов // Вест. ОНЗ РАН. 2011. Т. 3. NZ6002, https://doi.org/10.2205/2011NZ000132
  3. Бородулин Г.П., Чевычелов В.Ю., Зарайский Г.П. Экспериментальное исследование распределения тантала, ниобия, марганца и фтора между водным фторсодержащим флюидом и гранитным и щелочным расплавами // Докл. АН. 2009. Т. 427. № 2. С. 233–238.
  4. Брызгалин О.В. К возможности оценки термодинамических констант диссоциации электролитов при температурах до 800°С и 5 кбар на основе электростатической модели // Геохимия. 1989. № 3. С. 393–401.
  5. Иванов И.П., Борисов М.В., Редькин А.Ф. Термодинамическое и экспериментальное моделирование локальных равновесий в метасоматических колонках кислотного выщелачивания // Сб. Проблемы физ.-хим. петрологии. М.: Наука, 1979. Т. 2. С. 145–176.
  6. Коваленко В.И. Петрология и геохимия редкометальных гранитов. Новосибирск: Наука СО РАН, 1977. 207 с.
  7. Коваленко Н.И. Экспериментальное исследование образования редкометалльных литий-фтористых гранитов. М.: Наука, 1979. 242 с.
  8. Конышев А.А. Растворимость кварца в системе H2O–HF: экспериментальные исследования. Автореф. дисс. … канд. геол.-мин. наук. М.: МГУ, 2012. 29 с.
  9. Коржинская В.С. Экспериментальное исследование концентрационной зависимости растворимости пирохлора в HF и KF растворах при Т = 400, 550С и Р = 1000 бар // Вест. ОНЗ РАН. 2011. Т. 3. NZ6043. https://doi.org/10.2205/2011NZ000173
  10. Коржинская В.С. Влияние физико-химических условий на растворимость пирохлора во фторидных растворах при Т = 300–550С и Р = 500–1000 бар // Вест. ОНЗ РАН. 2012. T. 4. NZ9001. https://doi.org/10.2205/2012NZ_ASEMPG
  11. Коржинская В.С., Котова Н.П. Экспериментальное моделирование возможности гидротермального транспорта ниобия фторидными растворами // Вест. ОНЗ РАН. 2012. Т. 4. NZ9001. https://doi.org/10.2205/2012NZ_ASEMPG
  12. Котельникова З.А., Котельников А.Р. NaF-содержащие флюиды: экспериментальное изучение при 500–800С и Р = 2000 бар методом синтетических флюидных включений в кварце // Геохимия. 2008. № 1. С. 54–68.
  13. Котова Н.П. Экспериментальное исследование влияния температуры на растворимость оксида ниобия в растворах NaF и LiF // Тр. Всероссийского ежегодного семинара по экспериментальной минералогии, петрологии и геохимии. Москва, 18–19 апреля 2017 г. Отв. ред. О.А. Луканин. М.: ГЕОХИ РАН, 2017. С. 134–135. ISBN 978-5-905049-16-3.
  14. Котова Н.П., Коржинская В.С., Шаповалов Ю.Б. Экспериментальное исследование растворимости природных танталита и пирохлора, оксидов тантала и ниобия в гидротермальных фторидно-хлоридных растворах // Докл. АН. 2022. Т. 505. № 1. С. 30–37.
  15. Котова Н.П., Коржинская В.С., Шаповалов Ю.Б. Экспериментальное исследование растворимости колумбита и пирохлора, оксидов тантала и ниобия в щелочных гидротермальных флюидах при 300–550С, 50 и 100 МПа // Докл. АН. 2024. Т. 514. № 2. С. 270–280.
  16. Наумов Г.Б., Рыженко Б.Н., Ходаковский И.Л. Справочник термодинамических величин (для гео-логов). М.: Атомиздат, 1971. 384 с.
  17. Перетяжко И.С. Включения магматических флюидов: PVTX свойства водных растворов разных типов, петрологические следствия // Петрология. 2009. Т. 17. № 2. С. 197–221.
  18. Редькин А.Ф. Экспериментальное и термодинамическое изучение реакций, контролирующих условия образования околорудных березитов. Дисс. … канд. хим. наук. М.: ГЕОХИ АН СССР, 1983. 176 с.
  19. Редькин А.Ф., Величкин В.И. Исследование поведения урана, ниобия и тантала в системе гранитный расплав–фторидный флюид при 800–950°C, 2300 бар // Геология рудн. месторождений. 2020. Т. 62. № 5. С. 414–425.
  20. Редькин А.Ф., Стояновская Ф.М., Котова Н.П. Исследование растворимости NaF в хлоридных растворах при 400–500С и давлении 200–1000 бар // Докл. АН. 2005. Т. 401. № 3. С. 679–682.
  21. Редькин А.Ф., Котова Н.П., Шаповалов Ю.Б. Жидкостная несмесимость в системе NaF–H2O и растворимость микролита при 800°C // Докл. АН. 2016. Т. 469. № 2. С. 210–214.
  22. Редькин А.Ф., Величкин В.И., Шаповалов Ю.Б. Исследование поведения урана, ниобия и тантала в системе гранитный расплав–фторидный флюид при 800–950°C, 2300 бар // Геология рудн. месторождений. 2021. Т. 63. № 4. С. 311–335.
  23. Редькин А.Ф., Котова Н.П., Шаповалов Ю.Б. Растворимость пирохлора в растворах NaF при 800C и 170–230 МПа // Докл. АН. 2022. Т. 507. № 1. С. 42–45.
  24. Редькин А.Ф., Котова Н.П., Шаповалов Ю.Б., Некрасов А.Н. Исследование растворимости ромеита в области флюидной несмесимости системы NaF–H2O при 800C и 200 МПа // Геохимия. 2024. Т. 9. № 4. С. 84–92.
  25. РПРФ Распоряжение правительства Российской Федерации: Стратегия развития минерально-сырьевой базы Российской Федерации до 2050 года от 11 июля 2024 г. № 1838-р. М.: Правительство РФ, 2024. 35 с.
  26. Урусова М.А. Особенности растворимости солей 2-типа в двух- и трехкомпонентных водно-солевых системах при повышенных температурах и давлениях // Сверхкритические флюиды: Теория и Практика. 2007. Т. 2. С. 78–91.
  27. Чевычелов В.Ю., Зарайский Г.П., Борисовский С.Е., Борков Д.А. Влияние состава расплава и температуры на распределение Ta, Nb, Mn и F между гранитным (щелочным) расплавом и фторсодержащим водным флюидом: фракционирование Ta, Nb и условия рудообразования в редкометальных гранитах // Петрология. 2005. Т. 13. № 4. С. 339–357.
  28. Шаповалов Ю.Б. Минеральные равновесия в системе K2O–Al2O3–SiO2–H2O–HF при Т = = 300–600С и Р = 1000 бар // Очерки физико-химической петрологии. М.: Наука, 1988. Вып. 15. C. 160–167.
  29. Шаповалов Ю.Б., Котельников А.Р., Сук Н.И. и др. Жидкостная несмесимость и проблемы рудогенеза (по экспериментальным данным) // Петрология. 2019а. Т. 27. № 5. С. 577–597.
  30. Шаповалов Ю.Б., Чевычелов В.Ю., Коржинская В.С. и др. Физико-химические условия образования редкометальных месторождений во фторсодержащих гранитоидных системах по экспериментальным данным // Петрология. 2019б. Т. 27. № 6. С. 617–637.
  31. Шваров Ю.В. HCh: новые возможности термодинамического моделирования геохимических систем, предоставляемые Windows // Геохимия. 2008. № 8. С. 898–903.
  32. Akinfiev N.N., Korzhinskaya V.S., Kotova N.P. et al. Niobium and tantalum in hydrothermal fluids: Thermo-dynamic description of hydroxide and hydroxofluoride complexes // Geochim. Cosmochim. Acta. 2020. V. 280. P. 102–115.
  33. Akinfiev N., Zotov A. Speciation and mineral equilibria in the mixed natural fluids H2O-non polar gas // Mineral. Magaz. 1998. V. 62A/62-1. P. 25–26.
  34. Atencio D., Andrade M.B., Christy A.G. et al. The pyrochlores supergroup of minerals: nomenclature // Can. Mineral. 2010. V. 48. P. 673–698.
  35. Bollaert Q., Chassé M., Neto A.B. et al. Hydrothermal niobium (Nb) mineralization and mobilization in the world-class Madeira Sn-Nb-Ta granitic deposit (Amazonas, Brazil) // Ore Geol. Rev. 2024. V. 174. 106321. 16 p.
  36. Bychkov A.Y., Bénézeth P., Pokrovsky O.S. et al. Experimental determination of calcite solubility and the stability of aqueous Ca- and Na-carbonate and -bicarbonate complexes at 100–160°C and 1–50 bar pCO2 using in situ pH measurements // Geochim. Cosmochim. Acta. 2020. V. 290(1). P. 352–365.
  37. Chase M.W., Jr., Davies C.A., Downey J.R., Jr. et al. Thermochemical Tables Third Edition // J. Phys. Chem. 1985. 1856 p.
  38. Gao J., John T., Klemd R., Xiong X. Mobilization of Ti–Nb–Ta during subduction: Evidence from rutile-bearing dehydration segregations and veins hosted in eclogite, Tianshan, NW China // Geochim. Cosmochim. Acta. 2007. V. 71(20). P. 4974–4996.
  39. Helgeson H.C., Kirkham D.H. Theoretical prediction of the thermodynamic behavior of aqueous electrolytes at high pressures and temperatures: II. Debye-Hückel parameters for activity coefficients and relative partial molal properties // Amer. J. Sci. 1974. V. 274(10). P. 1199–1261.
  40. Helgeson H.C., Delany J.M., Nesbitt H.W., Bird D.K. Summary and critique of the thermodynamic properties of rock-forming minerals // Amer. J. Sci. 1978. 278A. P. 1–229.
  41. Hemley J.J. Some mineralogical equilibria in the system K2O-Al2O3-SiO2-H2O // Amer. J. Sci. 1959. V. 257(4). P. 241–270.
  42. Hemley J.J., Jones W.R. Chemical aspects of hydrothermal alteration with emphasis on hydrogen metasomatism // Econom. Geol. 1964. V. 59(4). P. 538–569.
  43. Hemley J.J., d'Angelo W.M. Thermodynamic assessment of hydrothermal alkali feldspar-mica-aluminosilicate equilibria // Geochim. Cosmochim. Acta. 1991. V. 55(4). P. 989–1004.
  44. Hogarth D.D. Classification and nomenclature of the pyrochlore group //Amer. Mineral. 1977. V. 62. P. 403–410.
  45. Holland T.J.B., Powell R. An improved and extended internally consistent thermodynamic dataset for phases of petrological interest, involving a new equation of state for solids // J. Metamorph. Geol. 2011. V. 29(3). P. 333–383.
  46. Jacob K.T., Shekhar Chandler, Waseda Y. An update on thermodynamics of Ta2O5 // J. Chem. Thermodynam. 2009. V. 41. P. 748–753.
  47. John T., Klemd R., Gao J., Garbe-Schönberg C.-D. Trace-element mobilization in slabs due to non steady-state fluid–rock interaction: Constraints from an eclogite-facies transport vein in blueschist (Tianshan, China) // Lithos. 2008. V. 103(1–2). P. 1–24.
  48. Johnson J.W., Oelkers E.H., Helgeson H.C. SUPCRT92: A software package for calculating the standard molal thermodynamic properties of minerals, gases, aqueous species, and reactions from 1 to 5000 bar and 0 to 1000°C // Computers Geosci. 1992. V. 18(7). P. 899–947.
  49. Payne M.R., Gysi A.P., Hurtig N.C. Hydrothermal fluorite solubility experiments and mobility of REE in acidic to alkaline solutions from 100 to 250C // Chemical Geol. 2023. V. 617. 12125.
  50. Redkin A.F., Ionov A.M., Kotova N.P. Hydrothermal synthesis of pyrochlores and their characterization // Phys. Chem. Mineral. 2013. V. 40. P. 733–745.
  51. Redkin A.F., Kotova N.P., Shapovalov Yu.B. Liquid immiscibility in the system NaF–H2O at 1073 K and 200–230 MPa and its effect on microlite solubility // J. Solut. Chem. Kluwer Academic Plenum Publishers (United States). 2015. V. 44(10). P. 2008–2026.
  52. Redkin A.F., Kotova N.P., Shapovalov Yu.B., Velich-kin V.I. Experimental study and thermodynamic modeling of niobium, tantalum, and uranium behaviour in supercritical fluoride hydrothermal solutions // Solut. Chem. Advanc. Res. Applicat. Published by Nova Science Publishers. 2018. P. 1–46.
  53. Robie R.A., Hemingway B.S., Fisher J.R. Thermo-dynamic properties of minerals and related substances at 298.15 K and 1 Bar (105 Pascals) pressure and at higher temperature // U. S. Geol. Surv. (Bull. 1452). U.S. Washington, D.C. 1978. 456 p.
  54. Robie R.A., Hemingway B.S. Thermodynamic pro-perties of minerals and related substances at 298.15 K and 1 bar (105 Pascals) pressure and at higher temperatures // Geol. Sur. (Bull. 2131). U.S. Washington, D.C. 1995. 461 p.
  55. Shapovalov Y.B., Setkova T.V. Experimental study of mineral equilibria in the system K2O(Li2O)-Al2O3-SiO2-H2O-HF at 300 to 600oC and 100 MPa with application to natural greisen systems // Amer. Mineral. 2012. V. 97(8–9). P. 1452–1459.
  56. Sverjensky D.A., Hemley J.J., d'Angelo W.M. Thermodynamic assessment of hydrothermal alkali feldspar-mica-aluminosilicate equilibria // Geochim. Cosmochim. Acta. 1991. V. 55(4). P. 989–1004.
  57. Sverjensky D.A., Shock E.L., Helgeson H.C. Prediction of the thermodynamic properties of aqueous metal complexes to 1000°C and 5 kb // Geochim. Cosmochim. Acta. 1997. V. 61(7). P. 1359–1412.
  58. Tagirov B., Schott J. Aluminum speciation in crustal fluids revisited // Geochim. Cosmochim. Acta. 2001. V. 65(21). P. 3965–3992.
  59. Takahashi N., Tsujimori T., Kamada S., Nakamura M. Rutile solubility in aqueous sodium salt solutions at high pressures and temperatures: in-situ observations using a diamond anvil cell // Progress Earth Planet. Sci. 2025. V. 12(26). P. 1–12.
  60. Tropper P., Manning C.E. The solubility of fluorite in H2O and H2O–NaCl at high pressure and temperature // Chem. Geol. 2007. V. 242(3–4). P. 299–306.
  61. Wood S.A. The aqueous geochemistry of zirconium, hafnium, niobium and tantalum // Eds. R.L. Linnen, I.M. Samson. Rare-element geochemistry and mineral deposits. Geological Association of Canada Short Course Notes. 2005. V. 17. P. 217–268.
  62. Zaraisky G., Korzhinskaya V., Kotova N. Experi-mental studies of Ta2O5 and columbite-tantalite solubility in fluoride solutions from 300 to 550C and 50 to 100 MPa // Mineral. Petrol. 2010. V. 99(3–4). P. 287–300.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».