Adsorption of Rare Earth Metal Cations by Base Metal Sulfides in the Broken Spur and TAG Hydrothermal Fields, Atlantic Ocean

G. V. Novikov; Новиков Г. В.; N. V. Lobus; Лобус Н. В.; N. A. Shulga; Шульга Н. А.; O. Yu. Bogdanova; Богданова О. Ю.

doi:10.31857/S0024497X23010068

Adsorption of Rare Earth Metal Cations by Base Metal Sulfides in the Broken Spur and TAG Hydrothermal Fields, Atlantic Ocean

Authors: Novikov G.V.¹, Lobus N.V.¹, Shulga N.A.¹, Bogdanova O.Y.¹
Affiliations:
1. Shirshov Institute of Oceanology, Russian Academy of Sciences
Issue: No 1 (2023)
Pages: 38-49
Section: Articles
URL: https://journals.rcsi.science/0024-497X/article/view/137913
DOI: https://doi.org/10.31857/S0024497X23010068
EDN: https://elibrary.ru/GUIMDW
ID: 137913

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription Access

Abstract
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

The article presents the results of sorption of rare earth metal cations on samples of deepsea polymetallic sulfides of the hydrothermal fields of the Broken Spur and TAG of the Mid-Atlantic Ridge. The main minerals of these samples were respectively marcasite, pyrrhotine, pyrite, sphalerite and chalcopyrite, pyrite, and marcasite. It has been established that these sulfide minerals of iron, copper and zinc are natural adsorbents. The exchange capacity of sulfide minerals for rare earth metal cations is in the range of 0.006‒0.061 mg-eq/g. The exchange complex of sulfide minerals consists of cations of alkaline, alkaline-earth metals and basic cations of metals of the crystal lattice – Fe, Zn, Cu (in very limited quantities). The mechanism of absorption of rare earth metal cations is ion-exchange, equivalent to the exchange cations of sulfide minerals. It was found that in the composition of sulfide minerals, rare earth metal cations are almost completely in sorbed form (more than 90% of the total amount); The chemically bound form can be, apparently, only for Lu and Dy cations. The mineral composition of sulfide deposits is preserved in the products of exchange reactions, new phases do not appear.

Keywords

sulphide deposits, hydrothermal fields, adsorption, rare earth metal cations.

References

Батурин Г.Н., Дмитриев Л.А., Дубинчук В.Т. и др. О составе сульфидных руд Восточно-Тихоокеанского поднятия (12°50′ с.ш.) // Геохимия. 1986. № 12. С. 1696‒ 1705.
Батурин Г.Н., Дмитриев Л.А., Гурвич Е.Г. и др. Европиевая аномалия в сульфидных рудах океана // Докл. АН СССР. 1987. Т. 296. № 1. С. 207‒210.
Бабаева С.Ф., Суханова А.А., Степанова Т.В. Редкоземельные элементы в массивных сульфидных рудах Срединно-Атлантического хребта (САХ) // Минералогия во всем пространстве сего слова // Материалы Годичного собрания Российского минералогического общества. СПб., 2014. С. 9‒11.
Богданов Ю.А. Гидротермальные рудопроявления рифтов Срединно-Атлантического хребта. М.: Научный мир, 1997. 164 с.
Богданов Ю.А., Сагалевич A.M., Гурвич Е.Г., Викентьев И.В., Леин А.Ю., Пименов Н.В., Пересып-кин В.И., Гордеев В.Ю., Войтов Д.В. Подводные геологические исследования гидротермального поля Рейнбоу (Срединно-Атлантический хребет) // Докл. РАН. 1999. Т. 365. № 5. С. 657‒662.
Богданов Ю.А., Сагалевич А.М. Геологические исследования с глубоководных обитаемых аппаратов “Мир”. М.: Научный мир, 2002. 304 с.
Бортников Н.С., Викентьев И.В. Современное сульфидное полиметаллическое минералообразование в Мировом океане // Геология рудных месторождений. 2005. № 1. С. 16‒50. (Bortnikov N.S., Vikent’ev I.V. Modern base metal sulfide mineral formation in the world ocean // Geology of Ore Deposits. 2005. V. 47(1). P. 13‒44)
Викентьев И.В., Бонатти Э., Пейве А.А. Рудная минерализация в нормальном разрезе океанической коры (разломная зона Вима, 10°45′ с. ш. САХ) // Доклады Академии наук. 2000. Т. 375. № 4. С. 500‒503. (Vikent’ev I.V., Bonatti E., Peive A.A. Ore mineralization in the typical section of the oceanic crust, Vema Fracture Zone, 10°45′ N MAR // Doklady Earth Sciences. 2000. V. 375A. P. 1350‒1353)
Гидротермальные сульфидные руды и металлоносные осадки океана. СПб.: Недра, 1992. 278 с.
Леин А.Ю., Дара О.М., Богданова О.Ю., Новиков Г.В., Ульянова Н.В., Лисицын А.П. Источники микро- и редкоземельных элементов в гидротермальных постройках приконтинентальных рифтов с осадочным покровом (на примере впадины Гуаймас, Южный трог) // Океанология. 2018. Т. 58. № 2. С. 269‒284.
Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. М.: Химия, 1979. 480 с.
Новиков Г.В., Шульга Н.А., Лобус Н.В., Богданова О.Ю. Адсорбция катионов тяжелых металлов полиметаллическими сульфидами гидротермальных полей Брокен Спур и ТАГ Атлантического океана // Литология и полез. ископаемые. 2020. Т. 55. № 1. С. 65‒74.
Онуфриенок В.В. Анализ позиций примесных атомов в структуре пирита // Современные наукоемкие технологии. 2013. № 6. С. 186–193.
Римская-Корсакова М.Н., Дубинин А.В. Редкоземельные элементы в сульфидах подводных гидротермальных источников Атлантического океана // Докл. РАН. 2003. Т. 389. № 5. С. 672‒676.
Шульга Н.А., Пересыпкин В.И., Ревельский И.А. Изучение состава н-алканов в образцах гидротермальных отложений Срединно-Атлантического хребта с помощью метода газовой хроматографии/масс-спектрометрии // Океанология. 2010. Т. 50. № 4. С. 515–523.
Bischoff J.L., Rosenbauer R.J., Aruscavage P.J. et al. Sea-floor massive sulfide deposits from 21° N East Pacific Rise, Juan de Fuca Ridge, and Galapagos Rift: Dulk chemical composithion and economic implications // Econ. Geol. 1983. V. 78(10). P. 1711‒1720.
Fouquet Y., Auclair G., Cambon P., Etoubleau J. Geological setting and mineralogical and geochemical investigations on sulfide deposits near 13° N on the East Pacific Rise // Mar. Geol. 1988. V. 84(3–4). P. 145‒178.
Haymon R.M., Koski R.A. The behavior of REEs in sea-floor hydrothermal systems: data from the Oman Ophiolite and the EPR Axis at 21 N // EOS. 1988. V. 69(44). P. 1489.
Hannington M.D., De Ronde C.E.J., Petersen S. Sea-floor tectonics and submarine hydrothermal systems // Econ. Geol. 2005. V. 100. P. 111–141.
Humphris S.E. Rare earth element composition of anhydrite: Implications for deposition and mobility within the active TAG hydrothermal mound // Proc. Ocean Drilling Program. Sci. Results. 1998. V. 158. P. 143‒159.
Melekestseva I.Y., Maslennikov V.V., Tret’yakov G.A., Nimis P., Beltenev V.E., Rozhdestvenskaya I.I., Maslennikova S.P., Belogub E.V., Danyushevsky L.V., Large R.R., Yuminov A.M., Sadykov S.A. Gold- and silver-rich massive sulfides from the Semenov-2 hydrothermal field, 13°31.13′ N, Mid-Atlantic Ridge: a case of magmatic contribution? // Econ. Geol. 2017. V. 112. P. 741–773.
Mills R.A., Elderfield H. Rare earth element geochemistry of hydrothermal deposits from the active TAG Mound. 26° N Mid-Atlantic Ridge // Ibid. 1995. V. 59(17). P. 3511‒3524.
Monecke T., Petersen S., Hannington M.D., Grant H., Samson I.M. The minor element endowment of modern seafloor massive sulphides and comparison with deposits hosted in ancient volcanic successions // Rare Earth and Critical Elements in Ore Deposits / Eds P.L. Verplanck, M.W. Hitzman. Knoxville, TN, USA: Society of Economic Geologists, 2016. V. 18. P. 245–306.
Morgan J.W., Wandless G.A. Rare earth element distribution in some hydrothermal elements: evidence for crystallographic control // Geochim. Cosmochim. Acta. 1980. V. 44. P. 973–980.
Tauson V.L. Gold solubility in the common gold-bearing mi-nerals: experimental evaluation and application to pyrite // Eur. J. Miner. 1999. V. 11. № 6. P. 937–947.
Vikentyev I., Vikent’eva O., Tyukova E., Nikolsky M., Ivanova J., Sidorova N., Tonkacheev D., Abramova V., Blokov V., Spirina A., Borisova D., Palyanova G. Noble metal speciations in hydrothermal sulphides // Minerals. 2021. № 11. P. 488. https://doi.org/10.3390/min11050488