ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАСТВОРИМОСТИ Та₂О₅ ПРИ

ГИДРОТЕРМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ В СВЯЗИ С ПРОБЛЕМОЙ ОБРАЗОВАНИЯ

МЕСТОРОЖДЕНИЙ ТАНТАЛА В ГРАНИТАХ

Котова Н.П., Зарайский Г.П.

Институт Экспериментальной минералогии РАН, Черноголовка, Московская область, Россия

kotova@iem.ac.ru, zaraisky@iem.ac.ru

Исследование направлено на решение конкретной задачи экспериментального определения растворимости оксида тантала (Ta₂O₅) в водных растворах фторидного состава при повышенных температурах и давлениях с целью количественной оценки возможности гидротермального массопереноса и отложения тантала при образовании его месторождений, связанных с альбитизированными и грейзенизированными гранитами “апогранитами“ (Беус, 1962).

Проведены эксперименты по изучению концентрационной зависимости растворимости Ta₂O₅ при Т=550^оС: P=1000 бар в растворах HF, KF с концентрацией (0.01-2.0 моль/кг H₂О), NaF с концентрацией (0.01-1.0 моль/кг Н₂О) и LiF с концентрацией (0.01-0.3 моль/кг Н₂О) (буфер Со–СоО) (Зарайский, 2005). Продолжительность опытов – 15 суток. Опыты проводились на гидротермальных установках высокого давления в заваренных платиновых пробирках. Закалочный раствор после центрифугирования анализировали на содержание тантала и примесных элементов методом индукционно связанной плазмы ICP/MS и ICP/AES.

Установлено, что при низких концентрациях F-иона (0.01; 0.1 моль/кг Н₂О) во всех фторидных растворах (HF, KF, NaF, LiF) наблюдается четко выраженная положительная концентрационная зависимость растворимости Ta₂O_5. Равновесное содержание Та невелико (10^-6-10^-5 моль/кг Н₂О). В области высоких концентраций фторидов (1,0 и 2,0m) растворимость Ta₂O₅ сильно возрастает и достигает значительных величин (10^-3-10^-2 моль/кг Н₂О), вполне достаточных для реального массопереноса тантала гидротермальными растворами. Наиболее высокие значения имеют концентрации Та в растворах HF (до 10^-1моль/кг Н₂О). При этом зависимость растворимости Ta₂O₅ от концентрации HF в логарифмическом масштабе имеет отчетливый линейный характер. Несколько ниже растворимость Ta₂O₅ в растворах KF (до 10^-2 моль/кг Н₂О в растворе 2,0 m KF). В растворах NaF и LiF растворимость Ta₂O₅ также достаточно высока и составляет 10^-2 моль/кг Н₂О для 0.5m NaF и 0.5·10^-3моль/кг Н₂О для 0.1m LiF

Рис. 1. Температурная зависимость растворимости Та2О5 при Р=1000 бар в растворах фтористоводородной кислоты (буфер Со-СоО).

Рис. 2. Температурная зависимость растворимости Та2О5 при Р=1000 бар в растворах фторида калия (буфер Со-СоО).

И зучена температурная зависимость растворимости Та₂О₅ при Т=300, 350, 400, 450, 500, 550^оС, Р=1000 бар во фторидных растворах HF, KF, NaF с концентрацией 0.1; 1.0 моль/ кг Н₂О и в растворах LiF с концентрацией 0.03; 0.1 моль/ кг Н₂О (буфер Со-СоО). Продолжительность опытов при Т=300, 350^оС составляла 30 суток, при Т=400, 450, 500^оС – 21 сутки, при Т=550^оС – 15 суток.

Исследования показали, что в растворах HF во всем изученном интервале температур Та₂О₅ растворяется конгруэнтно, причем его растворимость практически не меняется с ростом температуры. Равновесное содержание Та достигает·10^-2 моль/кг Н₂О в растворах 1.0m HF и 10^-4 моль/кг Н₂О в растворах 0.1m HF (рис. 1).

Температурная зависимость растворимости Та₂О₅ в растворах KF также слабо выражена, как и в растворах HF (рис. 2), однако в отличие от HF, в растворах фторида калия Та₂О₅ растворяется инконгруэнтно. Изучение твердых продуктов опытов методом рентгенофазового анализа и на микрозонде показало, что образуются оксифториды калиевого типа с общей формулой K_xTaO_2+xF_1-x, где х находится в пределах от 0.4 до 0.6. Равновесное содержание Та в растворах 1.0m KF составляет 10^-3 моль/кг Н₂О, что на 1 порядок ниже, чем в растворах 1.0m HF.

В растворах NaF равновесное содержание Та практически не изменяется с ростом Т и составляет10^-3моль/кг Н₂О во всем изученном диапазоне температур (рис. 3). Растворимость Та₂О₅, как и в случае KF, носит инконгруэнтный характер, образуются натротантит Na₂Ta₄O₁₁, а также оксифторид натриевого танталита Na₂Ta₂O₅F₂.

В растворах LiF наблюдается четко выраженная положительная температурная зависимость растворимости Та₂О₅ (рис. 4). Содержание Та достигает максимума при Т=450^оС (10^-4 моль/кг Н₂О), а затем практически перестает меняться с температурой. Во всем исследуемом интервале температур оксид тантала растворяется конгруэнтно.

Результаты экспериментов показали, что в 1.0m фторидных растворах в наиболее вероятном для гидротермального массопереноса и отложения тантала температурном диапазоне 400-550^оС, концентрация Та достигает значительных величин (10^-4 - 10^-2 m), что позволяет сделать уверенный вывод о ведущей роли комплексообразования тантала с фтором.

Финансовая поддержка: грант РФФИ 08-05-00835-а и Научная школа грант НШ-3763.2008.05

Литература

Беус А.А., Северов Э.А., Ситнин Ф.Ф., Субботин К.Д. Альбитизированные и грейзенизированные граниты (апограниты). М.: Изд-во АН СССР, 1962. 196с.

Zaraisky George P., Korzhinskaya Valentina S., Kotova Nataliya P. The problem of hydrothermal transport of tantalum and niobium in “apogranites” on experimental data – Understanding the genesis of ore deposits: To meet the demands of the 21^st century, 12^th quadrennial IAGOD Symposium, Moskow, 21-24 august, 2006.