Криолит – индикатор редкоземельно-редкометальной минерализации
20 августа 2024 г.
Сотрудники Института геохимии и аналитической химии имени В. И. Вернадского РАН и МГУ им. М. В. Ломоносова провели экспериментальное исследование фазовых отношений и поведения редких элементов в модельной гранитной системе, а также сравнили их с аналогичными природными криолитсодержащими гранитами месторождений Восточной Сибири.
Ученые установили, что в насыщенной фтором и литием системе криолитовый расплав, несмешивающийся с гранитным расплавом, накапливает редкоземельные элементы, скандий, иттрий и литий. Результаты исследования опубликованы в журнале Geochemistry International.
На сегодняшний день редкоземельные элементы активно используются в различных отраслях: радиотехнике, приборостроении, машиностроении, химической промышленности, поэтому изучение накопления редкоземельных элементов и их источника очень важны. Авторы работы, изучив распределение редкоземельных элементов, в модельной гранитной системе между алюмосиликатным (L) и алюмофторидным солевым (LF) расплавами и водным флюидом при высоких содержаниях фтора и воды, показали, что солевые расплавы накапливают все редкоземельные элементы при температуре 700 °С и давлении 1000 и 2000 бар.
В ходе экспериментальных исследований были получены новые данные о фазовых отношениях в Li-K-Na части системы. При 700 °С в равновесии находятся алюмосиликатный расплав, алюмофторидный (солевой) расплавы, в виде глобулей (микроскопические или субмикроскопические шарообразные выделения закалочных минералов), и водный флюид. По форме и внутреннему строению глобули можно разделить на три типа.
Глобули первого типа представлены выделениями овальной (180х80 мкм) или округлой формы (50–100 мкм в диаметре) с равномерно распределенными мелкими закалочными фазами фторидов (Рис. 1а). Кристаллы алюмофторидов лития, натрия, калия и фторидов редкоземельных элементов, иттрия и скандия имеют размер от 2 до 10 мкм.
В глобулях второго типа фториды распределены неравномерно, представляя скопления или области мелких кристаллов закалочных фторидов алюминия, натрия, калия, лития, также участки кристаллических фаз фторидов редкоземельных элементов, иттрия, скандия (Рис. 1б, в, г). Большинство глобулей второго типа имеют овальную форму и размеры до 600–800 мкм в длину и 200–300 мкм в ширину.
Главный интерес представляют глобули третьего типа (Рис. 1 д, е). Их особенностью является присутствие округлых кристаллов, иногда с элементами граней, щелочных алюмофторидов до 100 мкм в центральной части глобулей, по составу близких к криолиту. Щелочные алюмофториды имеют состав в целом близкий к криолиту и не содержат включений фаз редкоземельных элементов. Солевой расплав, после закалки представленный агрегатом мелких фторидных фаз, окружает кристалл щелочного алюмофторида по четкой границе, отороченной мельчайшими кристаллами редкоземельных фторидов. Состав солевого расплава и состав кристаллов щелочных алюмофторидов близки к составу криолитоподобной фазы, в которой содержание Na >> K. Большие агрегаты кристаллов фторидов редких земель оттесняются к краю глобулей к границе с алюмосиликатным расплавом.
Таким образом, можно предполагать, что из солевого расплава глобулей в условиях эксперимента начался рост монокристаллов фторидов щелочей со стехиометрией типа криолита. Одновременно образовывался остаточный расплав, обогащенный литием, скандием, иттрием и редкоземельными элементами, который при быстрой закалке образовал фториды лития, скандия, иттрия и редкоземельных элементов.
Основным концентратором редкоземельных элементов, а также лития, скандия и иттрия является солевой расплав (коэффициенты разделения >> 1). При 700 °С и 1000 бар коэффициенты разделения для церия (KDCe = CCeLF / CCeL) достигают 85 при содержании воды 27 мас. %. Коэффициенты разделения для скандия не превышают 17 при 1 кбар. Скандий в большей степени может входить в состав алюмосиликатного расплава, тогда как иттрий преимущественно накапливается в солевой фазе, подобно легким REE (KDY = 74 в оп. 821). В каждом спектре значения коэффициентов разделения REE монотонно понижаются c увеличением атомного номера от La к Lu. Коэффициенты разделения между алюмофторидным (солевым) и алюмосиликатным расплавами при 2000 бар уменьшаются по сравнению с таковыми для 1000 бар.
При изучении минеральных парагенезисов (минералов, связанных общими условиями образования) пород месторождений Восточной Сибири (Зашихинского, Катугинского и Улуг-Танзекского) наблюдается тесная пространственная связь ассоциаций алюмофторидов (криолита и томсенолита) не только с главными породообразующими, но и с рудными и акцессорными минералами. Это позволяет предполагать их генетически связанными, кристаллизующимися в ходе единого процесса при формировании гранитов. Представляется вполне реальным предположение о важной роли алюмофторидного солевого расплава, возникающего в процессе дифференциации богатого фтором гранитного расплава и способного концентрировать рудные элементы, особенно редкоземельные элементы, а также иттрий и скандий.
Авторами работы установлено, что криолитсодержащие редкометальные граниты богаты рудными минералами, такими как колумбит, танталит, циркон и другими. Редкоземельные элементы входят в состав оксидов, силикатов, фосфатов, карбонатов и фторидов наряду с редкими элементами (Ta, Nb, Zr, Hf) и актинидами (U, Th) и образуют также собственные минералы типа гагаринита, твейтита, флюоцерита, костинита. Поэтому при поиске редкоземельных элементов криолит может служить индикатором редкометально-редкоземельной минерализации, характерной для щелочных редкометальных гранитов.
Источник: ГЕОХИ РАН.