Криолит как реперный минерал редкометальной минерализации (экспериментальное исследование)

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Экспериментально изучены фазовые отношения и распределения редкоземельных элементов, Sc, Y и Li между алюмофторидным и алюмосиликатным расплавами в модельной гранитной системе Si-Al-Na-K-Li-F-O-H при 700 °C, 1 и 2 кбар с содержанием воды от 3 до 50 мас. %. На основании полученных и имеющихся экспериментальных данных по фазовым отношениям в гранитной системе, насыщенной водой, фтором и содержащей редкие элементы, было проведено сопоставление с парагенезисами редкометальных криолитсодержащих гранитов трех месторождений Восточной Сибири: Зашихинского, Катугинского и Улуг-Танзекского. Показано, что процессы жидкостной несмесимости между гранитным и солевым алюмофторидным расплавами, проявляющиеся при высоких содержаниях в системе фтора и лития, способствуют накоплению редких элементов в солевых криолитоподобных расплавах. При температуре 700 °C и давлении 1 и 2 кбар происходит кристаллизация алюмофторидного расплава в гранитной системе, из которого образуется криолит. Именно в ассоциации с криолитом и литиевыми слюдами в рассмотренных природных объектах находятся минералы редких и редкоземельных элементов, содержащие фтор, такие как пирохлор, гагаринит и другие. В результате сопоставления экспериментальных и природных данных подтверждается гипотеза о важной роли жидкостной несмесимости в образовании криолита. Предполагается, что криолит может служить реперным минералом редкометально-редкоземельной минерализации в гранитах с повышенным содержанием лития и фтора.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. А. Русак

Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: aleks7975@yandex.ru
Россия, ул. Косыгина, д. 19, Москва, 119334

Т. И. Щекина

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Email: t-shchekina@mail.ru

Геологический факультет

Россия, Ленинские горы, 1, Москва, 119991

Н. Г. Зиновьева

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Email: t-shchekina@mail.ru

Геологический факультет

Россия, Ленинские горы, 1, Москва, 119991

А. Ю. Бычков

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Email: t-shchekina@mail.ru

Геологический факультет

Россия, Ленинские горы, 1, Москва, 119991

О. А. Луканин

Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН

Email: aleks7975@yandex.ru
Россия, ул. Косыгина, д. 19, Москва, 119334

Список литературы

  1. Алферьева Я. О., Граменицкий Е. Н., Щекина Т. И. (2011) Экспериментальное изучение фазовых отношений в литийсодержащей богатой фтором гаплогранитной и нефелин-сиенитовой системе. Геохимия. (7), 713–728.
  2. Alferyeva Ya.O., Gramenitskii E. N., Shchekina T. I. (2011) Experimental Study of Phase Relations in a Lithium Bearing Fluorine Rich Haplogranite and Nepheline Syenite System Geochem. Int. 49 (7), 676–690.
  3. Алферьева Я. О., Щекина Т. И., Граменицкий Е. Н., Русак А. А. (2018) Растворимость воды в гранитных глубоко дифференцированных высокофтористых расплавах. Труды Всероссийского ежегодного семинара по экспериментальной минералогии, петрологии и геохимии (ВЕСЭМПГ — 2018). М.: ГЕОХИ РАН, 143–144.
  4. Алымова Н. В. (2016) Металлогеническая специализация и рудоносность щелочных редкометалльных гранитов Зашихинского месторождения (Иркутская область). Известия Сибирского отделения Секции наук о Земле РАЕН. 55 (2), 9–20.
  5. Алымова Н. В., Владыкин Н. В. (2018) Рудоносность редкометалльных гранитов Зашихинского массива (Иркутская область) и минералы-концентраторы Ta, Nb, Th, Zr, TR. Известия Иркутского государственного университета. 25, 15–29.
  6. Андреева И. А., Коваленко В. И., Ярмолюк В. В., Листратова Е. Н., Кононкова Н. Н. (2007) Несмесимость силикатных и солевых (Li, Na, F) расплавов в комендитах проявления Дзарта-Худук (центральная Монголия): данные изучения расплавных включений. ДАН. 414 (4), 528–534.
  7. Архангельская В. В., Шурига Т. Н. (1997) Геологическое строение, зональность и оруденение Зашихинского тантал-ниобиевого месторождения. Отечественная геология. (5), 7–10.
  8. Баданина Е. В., Сырицо Л. Ф., Волкова Е. В., Томас Р., Трамболл Р. Б. (2010) Состав расплава Li-F гранитов и его эволюция в процессе формирования рудоносного Орловского массива в Восточном Забайкалье. Петрология. 18 (2), 139–167.
  9. Бескин С. М. (2014) Геология и индикаторная геохимия тантал-ниобиевых месторождений России (редкометальные граниты). М.: Научный мир, 112 с.
  10. Глюк Д. С., Труфанова Л. Г. (1977) Плавление в системе гранит — H2O с добавками HF, HCl, фторидов, хлоридов и гидроокислов лития, натрия и калия при давлении 1000 кг/см2. Геохимия. (7), 1003–1011.
  11. Граменицкий Е. Н., Щекина Т. И., Митрейкина О. Б. (1989) Ликвидусная алюмосиликатно-щелочноалюмофторидная несмесимость (экспериментальные данные). ДАН СССР. Сер. петрография. 306 (6), 1446–1450.
  12. Граменицкий Е. Н., Щекина Т. И., Берман И. Б., Попенко Д. П. (1993) Концентрирование лития алюмофторидным расплавом в гранитной системе с фтором. ДАН, 331 (1), 87–90.
  13. Граменицкий Е. Н., Щекина Т. И., Девятова В. Н. (2005) Фазовые отношения во фторсодержащих гранитной и нефелин-сиенитовой системах и распределение элементов между фазами. М.: ГЕОС, 186 с.
  14. Девятова В. Н., Граменицкий Е. Н., Щекина Т. И. (2007) Фазовые отношения во фторсодержащих гранитной и нефелин-сиенитовой системах при 800 °C и 1 кбар. Петрология. 15 (1), 21–36.
  15. Донская Т. В., Гладкочуб Д. П., Скляров Е. В., Котов А. Б., Ларин А. М., Старикова А. Е., Мазукабзов А. М., Толмачева Е. В., Великославинский С. Д. (2018) Происхождение палеопротерозойских редкометальных гранитов Катугинского массива. Петрология. 26 (1), 52–71.
  16. Коваленко В. И. (1977) Петрология и геохимия редкометальных гранитов. Новосибирск: Наука, 206 с.
  17. Коваленко Н. И. (1979) Экспериментальное исследование образования редкометальных литий-фтористых гранитов. М.: Наука, 152 с.
  18. Когарко Л. Н., Кригман Л. Д. (1981) Фтор в силикатных расплавах и магмах. М.: Наука, 126 с.
  19. Котельников А. Р., Сук Н. И., Коржинская В. С., Котельникова З. А., Шаповалов Ю. Б. (2019) Межфазовое разделение редких и редкоземельных элементов в силикатно-фторидных системах при Т = 800–1200 °C и 1–2 кбар (экспериментальные исследования). ДАН. 484 (5), 595–599.
  20. Ларин А. М., Котов А. Б., Владыкин Н. В., Гладкочуб Д. П., Ковач В. П., Скляров Е. В., Донская Т. В., Великославинский С. Д., Загорная Н. Ю., Сотникова И. А. (2015) Источники и геодинамическая обстановка формирования редкометальных гранитов катугинского комплекса (Алданский щит). ДАН. 464 (1), 75–79.
  21. Перетяжко И. С., Савина Е. А. (2010) Флюидно-магматические процессы при образовании пород массива онгонитов Ары-Булак (Восточное Забайкалье). Геология и геофизика. 51 (10), 1423–1442.
  22. Русак А. А., Щекина Т. И., Алферьева Я. О., Граменицкий Е. Н., Зиновьева Н. Г., Хвостиков В. А., Котельников А. Р. (2020) Особенности кристаллизации фаз в высокофтористой модельной гранитной системе при понижении температуры от 700 до 400 °C и давлении 1 кбар. Труды Всероссийского ежегодного семинара по экспериментальной минералогии, петрологии и геохимии. М.: ГЕОХИ РАН, 112–115.
  23. Русак А. А., Щекина Т. И., Зиновьева Н. Г., Хвостиков В. А. (2021) Особенности субликвидусной кристаллизации в высокофтористой модельной гранитной системе (экспериментальное исследование). Труды Всероссийского ежегодного семинара по экспериментальной минералогии, петрологии и геохимии. М.: ГЕОХИ РАН, 77–80.
  24. Рябенко С. В., Гайдукова В. С., Шурига Т. Н. (1983) Мономинеральные скопления криолита в редкометальных щелочных метасоматитах. В кн.; Минералогия рудных месторождений. М.: Наука, 25–29.
  25. Скляров Е. В., Гладкочуб Д. П., Котов А. Б., Старикова А. Е., Шарыгин В. В., Великославинский С. Д., Ларин А. М., Мазукабзов А. М., Толмачева Е. В., Хромова Е. А. (2016) Генезис Катугинского редкометалльного месторождения: магматизм против метасоматоза. Тихоокеанская геология. 35 (3), 9–22.
  26. Соловова И. П., Гирнис Ф. А., Коваленко В. И. (2010) Жидкостная несмесимость в системе пантеллеритовый расплав-F-Cl. ДАН. 433 (3), 390–393.
  27. Толмачева Е. В., Великославинский С. Д. (2020) Несмесимость фторидно-натриевого и алюмосиликатного расплавов в щелочных гранитах Катугинского массива (Алданский щит): петрологические и металлогенические следствия. Труды к 90-летию ИГЕМ РАН. М.: Научно-электронное издание, 227–230.
  28. Труфанова Л. Г., Глюк Д. С. (1986) Условия образования литиевых минералов. Новосибирск: Наука, 151 с.
  29. Шаповалов Ю. Б., Котельников А. Р., Сук Н. И., Коржинская В. С., Котельникова З. А. (2019) Жидкостная несмесимость и проблемы рудогенеза (по экспериментальным данным). Петрология. 27 (5), 577–597.
  30. Щекина Т. И., Граменицкий Е. Н. (2008) К геохимии скандия в магматическом процессе по экспериментальным данным. Геохимия. (4), 387–402.
  31. Shchekina T. I., Gramenitskii E.N (2008) Geochemistry Of Sc In The Magmatic Process: Experimental Evidence. Geochem. Int. 46 (4), 351–366.
  32. Щекина Т. И., Граменицкий Е. Н., Алферьева Я. О. (2013) Лейкократовые магматические расплавы с предельными концентрациями фтора: эксперимент и природные отношения. Петрология. 21 (5), 499–516.
  33. Щекина Т. И., Русак А. А., Алферьева Я. О., Граменицкий Е. Н., Котельников А. Р., Зиновьева Н. Г., Бычков А. Ю., Бычкова Я. В., Хвостиков В. А. (2020) Распределение REE, Y, Sc и Li между алюмосиликатным и алюмофторидным расплавами в модельной гранитной системе в зависимости от давления и содержания воды. Геохимия. 65 (4), 343–361.
  34. Shchekina T. I., Rusak A. A., Alferyeva Y. O., Gramenitskiy E. N., Kotelnikov A. R., Zinovieva N. G., Bychkov A. Y., Bychkova Y. V., Khvostikov V. A. (2020) REE, Y, Sc, and Li partition between aluminosilicate and aluminofluoride melts, depending on pressure and water content in the model granite system. Geochem. Int. 58 (4), 391–407.
  35. Щекина Т. И., Русак А. А., Алферьева Я. О., Граменицкий Е. Н., Хвостиков В. А., Котельников А. Р., Бычков А. Ю., Зиновьева Н. Г. (2021) Поведение лития в ликвидусной части высокофтористой гранитной системы при давлении от 10 до 50 МПа. Вестник Московского университета. Серия 4: Геология. (3), 76–88.
  36. Ярмолюк В. В., Никифоров А. В., Сальникова Е. Б., Травин А. В., Козловский А. М., Котов А. Б., Шурига Т. Н., Лыхин Д. А., Лебедев В. И., Анисимова И. В., Плоткина Ю. В., Яковлева С. З. (2010) Редкометальные гранитоиды месторождения Улуг-Танзек (Восточная Тыва): возраст и тектоническое положение. ДАН. 430 (2), 248–253.
  37. Berndt J., Kpepke J., Holtz F. (2005) An experimental investigation of the influence of water and oxygen fugacity on differentiation of MORB at 200 MPa. J. Petrol. (46), 135–167.
  38. Gladkochub D. P., Donskaya T. V., Sklyarov E. V., Kotov A. B., Vladykin N. V., Pisarevsky S. A., Larin A. M., Salnikova E. B., Saveleva V. B., Sharygin V. V., Starikova A. E., Tolmacheva E. V., Velikoslavinsky S. D., Mazukabzov A. M., Bazarova E. P., Kovach V. P., Zagornaya N. Yu., Alymova N. V., Khromova E. A. (2017) The unique Katugin rare-metal deposit (southern Siberia): Constraints on age and genesis. Ore Geology Reviews. 91, 246–263.
  39. Holtz F., Dingwell D. B., Behrens H. (1993) Effects of F, B2O3 and P2O5 on the solubility of water in haplogranite melts compared to natural silicate melts. Contrib. Mineral. Petrol. 113 (4), 492–501.
  40. Holtz F., Johannes W., Tamic N., Behrens H. (2001) Maximum and minimum water contents of granitic melts generated in the crust: a reevaluation and implications. Lithos. 56 (1), 1–14.
  41. Lenharo S. L.R., Pollard P. J., Born H. (2003) Petrology and textural evolution of granites associated with tin and rare metal mineralization at the Pitinga mine, Amazonas, Brazil. Lithos. 66, 37–61.
  42. Manning D. A.C. (1981) The effect of fluorine on liquidus phase relationship in the system Qz-Ab-Or with excess water at 1 kb. Contrib. Mineral. Petrol. 76, 206–215.
  43. Mysen B. O., Virgo D. (1985) Structure and properties of fluorine-bearing aluminosilicate melts: the system Na2O-Al2O3-SiO2-F at 1 atm. Contrib. Mineral. Petrol. 91 (3), 205–220.
  44. Pauly H., Bailey J. C. (1999) Genesis and evolution of Ivigtut cryolite deposit, SW Greenland. Meddelelser Groland, Copenhagen, Geoscience. 37, 60.
  45. Shchekina T. I., Rusak A. A., Zinovieva N. G., Alferyeva Y. O., Kotelnikov A. R. (2023) Distribution of thorium and uranium between silicate and salt alkali-aluminum-fluoride melts in a granite system at 700 and 800 °C and 1 kbar. Experiment in GeoSciences. 29 (1), 155–159.
  46. Starikova A. E., Doroshkevich A. G., Sklyarov E. V., Donskaya T. V., Gladkochub D. P., Shaparenko E. O., Zhukova I. A., Semenova D. V., Yakovenko E. S., Ragozin A. L. (2024) Magmatism and metasomatism in the formation of the Katugin Nb-Ta-REE-Zr-cryolite deposit, eastern Siberia, Russia: Evidence from zircon data. Lithos. 472–473, 1–19.
  47. Thomas R., Foerster H. J., Rickers K., Webster J. D. (2005) Formation of extremely F-rich hydrous melt fractions and hydrothermaj fluids during differentiation of highly-evolted tin-granite magmas: a melt/fluid inclusion study. Contrib. Mineral. Petrol. 148, 582–601.
  48. Veksler I. V., Dorfman A. M., Kamenetsky M., Dulski P., Dingwell D. B. (2005) Partitioning of lanthanides and Y between immiscible silicate and fluoride melts, fluorite and cryolite and the origin of the lanthanide tetrad effect in igneous rocks. Geochim. Cosmochim. Acta. 69 (11), 2847–2860.
  49. Veksler I. V., Dorfman A. M., Dulski P., Kamenetsky V. S., Danyushevsky L. V., Jeffries T., Dingwell D. B. (2012) Partitioning of elements between silicate melt and immiscible fluoride, chloride, carbonate, phosphate and sulfate melts, with implications to the origin of natrocarbonatite. Geochim. Cosmochim. Acta. 79, 20–40.
  50. Zinovieva N. G., Shchekina T. I., Rusak A. A., Khvostikov V. A., Kotelnikov A. R., Bychkov A. Y., Alferyeva Y. O. (2022) Experience in applying several types of substance analysis in studies silicate and fluoride phases in the system Si-Al-Na-K-Li-F-O-H containing rare earth elements. Experiment in GeoSciences. 28 (1), 151–154.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Фазы в продуктах опыта 820 (Т = 700 °C, Р = 1 кбар, 9.2 мас. % H2O). а — глобуль 1 типа (LF); б — глобуль 2 типа (LF); в, г — глобули солевого состава (LF) 1 и 2 типов в матрице алюмосиликатного стекла (L); д — фрагмент образца с глобулями (LF) 3 типа; е — солевые глобули 3 типа диаметром до 150 мкм, в центре которых образовались кристаллы криолита (Crl), окруженные закаленным солевым расплавом (LF). Фториды REE находятся в краевой части глобулей. Изображение в BSE.

Скачать (357KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Фазовые отношения в опыте 821 при 800 °C, 1 кбар, 27 мас. % H2O (в BSE): а — контакт алюмосиликатного (L) и солевого (LF) расплавов; б — каплевидный глобуль (LF) 2 типа размером 500 мкм в поперечнике с неравномерно распределенными закалочными фазами. Изображения в BSE.

Скачать (443KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Разные виды глобулей при 700 °C и 2 кбар: а — крупный солевой глобуль (LF) размером 250 мкм с изометричными кристаллами щелочного алюмофторида (Crl) и фторидами редкоземельных элементов (REE) (оп. 823, 3 мас. % H2O); б — изометричные кристаллы криолита (Crl), достигшие 20 мкм (увеличенный рис. а); в — закалочные солевые глобули (LF) первых двух типов (оп. 823, 3 мас. % H2O) в стекле (L) с крупными порами > 200 мкм; г — пористое алюмосиликатное стекло (оп. 824, 7.5 мас. % H2O). Изображение в BSE.

Скачать (345KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Фазовые отношения в опыте 826 (700 °C, 2 кбар, 49 мас. % H2O): а — разнообразные по форме солевые глобули (LF) от 100 до 400 мкм; б — кристаллы криолитоподобной фазы (Crl) в глобулях третьего типа; в — дендритные кристаллы Li фторида — грайсита LiF (удлиненные черные кристаллы); г — флюидальность алюмосиликатного расплава. Изображения в BSE.

Скачать (296KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Коэффициенты разделения главных породообразующих элементов между солевым и алюмосиликатным расплавами при 700 °C и давлении 1 кбар (а) и 2 кбар (б) в зависимости от содержания воды в системе. Условные обозначения: 1 — KDSi, 2 — KDAl, 3 — KDNa, 4 — KDK, 5 — KDF.

Скачать (131KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Коэффициенты разделения REE, Y и Sc между солевым и алюмосиликатным расплавами при 700 °C, 1 (а) и 2 кбар (б) и разных содержаниях воды в системе.

Скачать (200KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Типичные парагенезисы криолитсодержащих редкометальных гранитов: а — Улуг-Танзекское месторождение; б, в — Зашихиское месторождение; г, д, е — Катугинское месторождение. Условные обозначения: Kfs — калиевый полевой шпат (KAlSi3O8), Ab — альбит (NaAlSi3O8), Qtz — кварц (SiO2), LiMi — литиевая слюда (полилитионит — K(AlLi2)[Si4O10]F2), Crl — криолит (Na3AlF6), Pir — пирохлор (NaCa)2Nb2O6(OH,F), Zrn — циркон (ZrSiO4), Thr — торианит (ThO2), Tor — торит (ThSiO4), ThF4 — фторид тория, Tom — томсенолит (NaCaAlF6⋅ H2O), Ilm — ильменит (FeTiO3), Gag — гагаринит (NaCaYF6), Bsn — бастнезит ((Ce,La,Y)CO3F).

Скачать (557KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Фазовые отношения в системе Si-Al-Na-K-Li-F-O-H (ат. % элементов от суммы Si+Al+Na+K) при 800 °C при вхождении в систему 1.5 мас. % Li (Алферьева и др., 2011 с изменениями). Условные обозначения. Области существования алюмосиликатного расплава, равновесного с фторидными фазами — криолитом Crl, топазом Toz, виллиомитом Vil, солевым расплавом LF при: 1 – 700 °C, 1 кбар; 2 – 700 °C, 2 кбар; 3 – 800 °C, 1 кбар; 4 – 800 °C, 2 кбар (приведены усредненные данные по опытам с различным содержанием воды); 5 — составы криолитсодержащих гранитов; 6 — топазсодержащих гранитов; 7 — онгонитов; A — обоснованные границы; B — границы, требующие уточнения. Линия Ка — линия коэффициента агпаитности ((Na+K)/Al).

Скачать (95KB)
Метаданные

© 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».