Granites and Earth Evolution.
Prev Up Next

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ НА РАСТВОРИМОСТЬ ТАНТАЛИТА-КОЛУМБИТА В ГИДРОТЕРМАЛЬНЫХ ФЛЮИДАХ

Коржинская В.С., Зарайский Г.П.

Институт экспериментальной минералогии РАН, Черноголовка, Московская обл., Россия vkor@iem.ac.ru, zaraisky@iem.ac.ru

Перенос и отложение тантала гидротермальными растворами в количествах, достаточных для формирования его месторождений, давно предполагался многими геологами, однако возможность транспорта тантала водными растворами ранее никем не была доказана экспериментально. В литературе надежные данные о поведении Ta и Nb в гидротермальных растворах отсутствуют. Решение этого вопроса потребовало проведения специальных экспериментальных исследований в условиях температур, давлений и составов растворов, соответствующих физико-химическим параметрам постмагматических процессов в куполах литий-фтористых гранитов. Нами проведены эксперименты по растворимости природного колумбита-танталита во фторидных (HF, KF, NaF), карбонатных (NaHCO3, Na2CO3) и хлоридных (HCl) растворах с концентрациями их от 10-2 до 2m при температурах 300, 400, 500оС, давлений 500 и 1000 бар в присутствии кислородных буферов Ni-NiO и Co-CoO. С этой целью были отобраны монокристаллы минерала из кварц-амазонит-слюдистых пегматоидов Этыкинского танталового месторождения, имеющие состав по данным микрозонда CamScan: Nb2O5-58.99%, Ta2O5-17.70%, MnO-13.51%, FeO-4.42%, TiO2-2.59%, SnO2-1.54%, WO3-1.24% (среднее из семи анализов). Опыты длительностью 15-20 суток проводили в заваренных платиновых ампулах на гидротермальной экзоклавной установке высокого давления. Валовую растворимость колумбита-танталита определяли по потере веса монокристалла взвешиванием на электронных весах с точностью 0,01 мг. Закалочный раствор анализировали на содержание Ta, Nb, Mn, Fe и примесных элементов: Ti, W, Sn, K, Na методом индукционно-связанной плазмы ICP/MS и ICP/AES.

Результаты экспериментов представлены на рис. 1, 2, 3. Температурная зависимость равновесного содержания тантала для выбранных растворов при давлении воды 500 бар и 1000 бар в присутствии буфера Со-СоО приведена на рис.1. Обнаружено, что колумбит-танталит, как для Nb, так и для Ta, при всех изученных условиях имеет ясно выраженную отрицательную температурную зависимость растворимости в HF, NaF, NaHCO3; слабо выраженную - в HCl и положительную – в KF растворах. Наиболее высокие значения имеют концентрации Ta и Nb в растворах HF в восстановительных условиях – до 10-3-10-2 моль/кг H2O (рис. 1).

Рис. 1. Температурная зависимость равновесного содержания тантала во фторидных, хлоридных и карбонатных растворах (HF , KF, NaF, NaHCO3, HCl) при фугитивности кислорода, соответствующей буферу Со-СоО и различном давлении воды: Р=500 бар – закрашенные фигуры, Р=1000 бар – незакрашенные фигуры.


В растворе 1,0 m NaF концентрация ниобия оказывается на 2,5, а тантала на 3 порядка ниже, чем в растворе 1,0 m HF (Коржинская, Зарайский, 2003). Промежуточные значения имеет растворимость Та и Nb в растворе KF. Установлено, что в растворах NaF и KF зависимость растворимости от давления отрицательная. Обнаружено сильное отрицательное влияние повышения фугитивности кислорода на растворимость колумбита-танталита: при буфере Ni-NiO концентрация Ta, и Nb в растворах оказывается на 1,5-2 порядка ниже, чем при буфере Co-CoO (рис. 3). Принципиально важным для понимания генезиса гидротермальных месторождений тантала является экспериментально установленный факт очень слабой растворимости колумбита-танталита в растворах HCl, Na2CO3 и NaHCO3. В растворах HCl во всем диапазоне изученных условий концентрация тантала лежит в пределах от 10-7 до 10-4 моль/кг H2O (рис. 2 и 3). В карбонатных и бикарбонатных растворах натрия растворимость колумбита-танталита ничтожна. Даже в 1-моляльных растворах Na2CO3 и NaHCO3 она находится на уровне.10-5 моль/кг H2O для ниобия и 10-8 моль/кг H2O для тантала при параметрах экспериментов.

Рис. 2. Концентрационная зависимость равновесных содержаний Nb и Ta в HF+H2O (звездочки) и HCl+H2O (треугольники) растворах для Т=400оС, Р=1000 бар, (буфер Со-СоО).

Рис. 3. Концентрационная зависимость равновесного содержания Nb в HF+H2O и HCl+H2O растворах при Т=400оС, Р=1000 бар и различных окислительно-восстановительных условиях (буферы Ni-NiO и Co-CoO).
Таким образом, можно говорить о реальном переносе Ta и Nb только достаточно высоко концентрированными фторидными растворами, главным образом, растворами HF и, возможно, KF. Хлоридные и карбонатные гидротермальные растворы не способны транспортировать эти металлы в количествах, необходимых для образования их промышленных концентраций. Это объясняет исключительную приуроченность месторождений тантала и ниобия в гранитах и гранитных пегматитах только к литий-фтористому типу гранитных пород.

Работа поддержана грантами РФФИ 08-05-00835 и Научная школа НШ-3763.2008.05.

Литература

Коржинская В.С., Зарайский Г.П. Растворимость природного танталита-колумбита во фторидных растворах при Т=300-500ОС и Р=1000 бар. // Электрон. науч.-информ. журнал ”Вестник Отделения наук о Земле РАН”. № 1(21). 2003.