Мобильность титана и ниобия при низкотемпературном гидротермальном преобразовании и выветривании оксидов ниобия (пирохлора, луешита) и титана (рутила, анатаза)
DOI:
https://doi.org/10.21638/spbu07.2024.410Аннотация
Ниобий и титан являются тугоплавкими металлами, которые как входят в качестве примесей в состав многих минералов, так и образуют собственные рудные минералы. Эти металлы считаются малоподвижными в условиях низкотемпературного гидротермального преобразования и выветривания, а их минералы — устойчивыми к таким процессам. С другой стороны, существуют свидетельства кристаллизации оксидов ниобия и титана при низкотемпературных преобразованиях, что указывает на возможность их массопереноса растворами. Это косвенно подтверждается рядом экспериментальных работ, однако исследования проводились при условиях, соответствующих более ранним и высокотемпературным стадиям образования магматических объектов для простых по составу систем. В настоящей работе представлены результаты исследований по комплексному растворению кристаллов рутила и анатаза в смеси с пирохлором или луешитом в 1.0 М растворах HF, HCl, H2SO4 при 50 и 200 °С в течение 4 часов. Рутил и анатаз оказались устойчивыми к воздействию кислот, а луешит – умеренно устойчивым. Растворы соляной и серной кислот вызвали выщелачивание компонентов пирохлора. Было установлено, что раствор серной кислоты оказывает более агрессивное воздействие, чем раствор соляной, и этот эффект усиливается с ростом температуры. Воздействие фторидных растворов вызвало замещение пирохлора флюоритом. При этом сами растворы наиболее интенсивно насыщались и ниобием, и титаном: в ходе экспериментов >70% Nb2O5 и до 3% TiO2 от исходных количеств перешли в раствор. Таким образом, показано, что в низкотемпературных условиях хлоридный раствор является маловероятным агентом массопереноса титана и ниобия; сульфатные растворы имеют возможность в существенных количествах растворять и переносить рассматриваемые элементы, но их эффективность падает со снижением температуры; фторидные растворы продемонстрировали наилучшую способность транспортировать ниобий и титан.
Ключевые слова:
рутил, анатаз, пирохлор, луешит, выветривание, мобильность ниобия, мобильность титана
Скачивания
Библиографические ссылки
Andersen, A. K., Clark, J. G., Larson, P. B., Neill, O. K. (2016). Mineral chemistry and petrogenesis of a HFSE(+HREE) occurrence, peripheral to carbonatites of the Bear Lodge alkaline complex, Wyoming. American Mineralogist, 101 (7), 1604–1623. https://doi.org/10.2138/am-2016-5532
Atencio, D. (2021). Pyrochlore-Supergroup Minerals Nomenclature: An Update. Frontiers in Chemistry, 9. https://doi.org/10.3389/fchem.2021.713368
Atencio, D., Andrade, M. B., Christy, A. G., Giere, R., Kartashov, M. (2010). The pyrochlore group of minerals: nomenclature. The Canadian Mineralogist, 48, 673–698.
Bollaert, Q., Chassé, M., Neto, A. B., Baptiste, B., Courtin, A., Galoisy, L., Mathon, O., Quantin, C., Vantelon, D., Calas, G. (2023). Mechanisms leading to exceptional niobium concentration during lateritic weathering: The key role of secondary oxides. Chemical Geology, 641, 121767. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2023.121767
Cann, J. R. (1970). Rb, Sr, Y, Zr, and Nb in some ocean floor basaltic rocks. Earth and Planetary Science Letters, 10, 7–11.
Chakhmouradian, A. R., Cooper, M. A., Reguir, E. P., Moore, M. A. (2017). Carbocernaite from Bear Lodge, Wyoming: Crystal chemistry, paragenesis, and rare-earth fractionation on a microscale. American Mineralogist, 102 (6), 1340–1352. https://doi.org/10.2138/am-2017-6046
Chebotarev, D. A., Doroshkevich, A. G., Klemd, R., Karmanov, N. S. (2017). Evolution of Nb-mineralization in Chuktukon carbonatite massif, Chadobets upland (Krasnoyarsk territory, Russia). Periodico di Mineralogia, 86, 99–118.
Chevychelov, V. Yu., Viryus, A. A., Shapovalov, Yu. B. (2019). Dissolution of pyrochlore and microlite in alkaline, subalumina and high-alumina granitoid melts. Doklady Akademii nauk, 489 (6), 626–630. https://doi.org/10.31857/S0869-56524896626-630 (In Russian)
Ewing, R. C., Weber, W. J., Lian, J. (2004). Nuclear waste disposal-Пирохлор (A2B2O7): Nuclear waste form for the immobilization of plutonium and ‘‘minor’’ actinides. Journal of Applied Physics, 95, 5949–5971.
Geisler, T., Berndt, J., Meyer, H.-W., Pollok, K., Putnis, A. (2004). Low-temperature aqueous alteration of crystalline pyrochlore: correspondence between nature and experiment. Mineralogical Magazine, 68 (6), 905–922. https://doi.org/10.1180/0026461046860230
Geisler, T., Pöml, P., Stephan, T., Janssen, A., Putnis, A. (2005a). Letter: Experimental observation of an interface-controlled pseudomorphic replacement reaction in a natural crystalline pyrochlore. American Mineralogist, 90 (10), 1683–1687. https://doi.org/10.2138/am.2005.1970
Geisler, T., Seydoux-Guillaume, A.-M., Poeml, P., Golla-Schindler, U., Berndt, J., Wirth, R., Pollok, K., Janssen, A., Putnis, A. (2005b). Experimental hydrothermal alteration of crystalline and radiation-damaged pyrochlore. Journal of Nuclear Materials, 344 (1-3), 17–23. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2005.04.009
Giovannini, A. L., Bastos Neto, A. C., Porto, C. G., Pereira, V. P., Takehara, L., Barbanson, L., Bastos, P. H. S. (2017). Mineralogy and geochemistry of laterites from the Morro dos Seis Lagos Nb (Ti, REE) deposit (Amazonas, Brazil). Ore Geology Reviews, 88, 461–480. https://doi.org/10.1016/j.oregeorev.2017.05.008
Giovannini, A. L., Mitchell, R. H., Bastos Neto, A. C., Moura, C. A. V., Pereira, V. P., Porto, C. G. (2020). Mineralogy and geochemistry of the Morro dos Seis Lagos siderite carbonatite, Amazonas, Brazil. Lithos, 360/361, 105433. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2020.105433
Hastie, A. R., Mitchell, S. F., Kerr, A. C., Minifie, M. J., Millar, I. L. (2011). Geochemistry of rare high-Nb basalt lavas: Are they derived from a mantle wedge metasomatised by slab melts? Geochimica et Cosmochimica Acta, 75, 5049–5072.
Kozlov, E., Fomina, E., Sidorov, M., Shilovskikh, V. (2018). Ti-Nb Mineralization of Late Carbonatites and Role of Fluids in Its Formation: Petyayan-Vara Rare-Earth Carbonatites (Vuoriyarvi Massif, Russia). Geosciences, 8 (8), 281–300. https://doi.org/10.3390/geosciences8080281
Kurtz, A. C., Derry, L. A., Chadwick, O. A., Alfano, M. J. (2000). Refractory element mobility in volcanic soils. Geology, 28, 683–686.
Lapin, A. V., Tolstov, A. V., Nabelkin, O. A., Kulikova, I. M. (2024). Unique Multicomponent Fe, Mn, Ti, V Mineralization in Laterite Profiles of Weathered Carbonatites: New Prospects. Russian Geology and Geophysics. https://doi.org/10.2113/RGG20234676
Lazareva, E. V., Zhmodik, S. M., Dobretsov, N. L., Tolstov, A. V., Shcherbov, B. L., Karmanov, N. S., Gerasimov, E. Yu., Bryanskaya, A. V. (2015). Main ore-forming minerals of anomalously rich ores of the Tomtor deposit (Arctic Siberia). Geology and Geophysics, 56 (6), 1080–1115. https://doi.org/10.15372/GiG20150603 (In Russian)
Locock, A. J. and Mitchell, R. H. (2018). Perovskite classification: An Excel spreadsheet to determine and depict end-member proportions for the perovskite- and vapnikite-subgroups of the perovskite supergroup. Computers & Geosciences, 113, 106–114. https://doi.org/10.1016/j.cageo.2018.01.012
Nasraoui, M. and Bilal, E. (2000). Pyrochlores from the Lueshe carbonatite complex (Democratic Republic of Congo): A geochemical record of different alteration stages. Journal of Asian Earth Sciences, 18, 237–251.
Rabbia, O. M. and Hernandez, L. B. (2012). Mineral chemistry and potential applications of natural-multi-doped hydrothermal rutile from porphyrycopper deposits. In: It-Meng (Jim) Low, ed., Rutile: Properties, Synthesis and Applications, 209–228.
Schirra, M. and Laurent, O. (2021). Petrochronology of hydrothermal rutile in mineralized porphyry Cu systems. Chemical Geology, 581, 120407. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2021.120407
Shapovalov, Yu. B., Chevychelov, V. Yu., Korzhinskaya, V. S., Kotova, N. P., Redkin, A. F., Konyshev, A. A. (2019). Physicochemical conditions for the formation of rare-metal deposits in fluorine-bearing granitoid systems according to experimental data. Petrology, 27 (6), 617–637. https://doi.org/10.31857/S0869-5903276617-637 (In Russian)
Timofeev, A., Migdisov, Art. A., Williams-Jones, A. E. (2015). An experimental study of the solubility and speciation of niobium in fluoride-bearing aqueous solutions at elevated temperature. Geochimica et Cosmochimica Acta, 158, 103–111. https://doi.org/10.1016/j.gca.2015.02.015
U. S. Geological Survey (2015). Mineral commodity summaries 2015: U. S. Geological Survey. http://dx.doi.org/10.3133/70140094
Walter, B. F., Giebel, R. J., Steele-MacInnis, M., Marks, M. A. W., Kolb, J., Markl, G. (2021). Fluids associated with carbonatitic magmatism: A critical review and implications for carbonatite magma ascent. Earth-Science Reviews, 215, 103509. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2021.103509
Werner, M. and Cook, N. J. (2001). Nb-rich brookite from Gross Brukkaros, Namibia: Substitution mechanisms and Fe2+/Fe3+ ratios. Mineralogical Magazine, 65, 437–440. https://doi.org/10.1180/002646101300119510
Win, M. M., Enami, M., Kato, T., Thu, Y. K. (2017). A mechanism for Nb incorporation in rutile and application of Zr-in-rutile thermometry: A case study from granulite facies paragneisses of the Mogok metamorphic belt, Myanmar. Mineralogical Magazine, 81, 6, 1503–1521. https://doi.org/10.1180/minmag.2017.081.014
Wu, B., Hu, Y. Q., Bonnetti C., Xu, C., Wang, R. C., Zhang, Z. S., Li, Z. Y., Yin, R. (2021). Hydrothermal alteration of pyrochlore group minerals from the Miaoya carbonatite complex, central China and its implications for Nb mineralization. Ore Geology Reviews, 132, 104059. https://doi.org/10.1016/j.oregeorev.2021.104059
Yavuz, F. and Yavuz, V. (2024). WinPclclas, a Windows Program for Pyrochlore Supergroup Minerals. The Canadian Journal of Mineralogy and Petrology, 62, 1, 165–185. https://doi.org/10.3749/2300020
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Статьи журнала «Вестник Санкт-Петербургского университета. Науки о Земле» находятся в открытом доступе и распространяются в соответствии с условиями Лицензионного Договора с Санкт-Петербургским государственным университетом, который бесплатно предоставляет авторам неограниченное распространение и самостоятельное архивирование.
