Все о геологии :: на главную страницу! Геовикипедия 
wiki.web.ru 
Поиск  
  Rambler's Top100 Service
 Главная страница  Конференции: Календарь / Материалы  Каталог ссылок    Словарь       Форумы        В помощь студенту     Последние поступления
   Геология >> Геохимические науки >> Петрология
 Обсудить в форуме  Добавить новое сообщение

Фазовые отношения во фторсодержащей гранитной и нефелин-сиенитовой системах и распределение элементов между фазами

Е.Н. Граменицкий, Т.И.Щекина, В.Н.Девятова.

Содержание


4.РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ МЕЖДУ ФАЗАМИ (экспериментальные данные)

4.3. Экспериментальные данные о распределении скандия, иттрия, редкоземельных элементов (La, Ce, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Yb, Lu), урана и тория между сосуществующими фазами.

4.3.2. Скандий

Актиноиды, к которым относятся торий и уран, проявляют лишь некоторое сходство по электронной структуре с лантаноидами. Торий больше сходен с гафнием, чем с церием. Для него возможна только одна степень окисления (4+). Уран при сопоставлении электронных структур гомологичен вольфраму, что проявляется и в разнообразии степеней окисления (3+, 4+, 5+ и 6+) даже в водной среде, и лишь частично - неодиму [Иванов, 1997].

Основным петрологическим признаком высокой потенциальной рудоносности гранитоидов на уран является их принадлежность к лейкогранитной формации с гомодромной последовательностью интрузивных фаз. Остаточные расплавы обогащаются торием и ураном [Лаверов, 1972]. Наиболее типичными породами являются гранитоиды калиевого ряда (аляскиты и др.), а также ранние существенно калиевые разновидности комплексных тел гранитных пегматитов [Raguin, 1973]. Критериями рудоносности, кроме того, считаются высокие содержания в лейкогранитах летучих (F, Cl, B, P) и редких (Rb, Cs, Sn, W, Be, Li) элементов.

Результаты. Распределение тория между алюмосиликатным расплавом и фторидными фазами было изучено для всех опорных составов системы, а урана - для всех, за исключением состава N 25, дающего миаскитовый нефелин - нормативный расплав. При изучении распределения в литий содержащих частях системы в шихту вводились уран и торий вместе, каждый в количестве 1 и 2 мас.% в расчете на элемент: уран в виде металла, торий в виде ThO 2 . При исследованиях в других частях системы уран вводился в шихту виде раствора (UO2)(NO3)2 ? 2H2O, а торий - в виде раствора Th(NO3)4x 4H2O 0,04; 0,4 и 1 мас. % в расчете на элемент. Исходные уран- и торийсодержащие реактивы были любезно предоставлены Н.А.Титаевой и А.Р.Котельниковым.

Анализ содержаний урана и тория проводили методом n- a радиографии , а также на электронных микроанализаторах в ИЭМ РАН и на кафедре минералогии МГУ. В качестве эталонов при анализах с помощью зонд ов использовали ThSiO4 и UO2.

Экспериментальные данные по распределению урана между фазами Экспериментальные данные по распределению тория между фазами
Таблица 11. Экспериментальные данные по распределению урана между фазами Таблица 12. Экспериментальные данные по распределению тория между фазами

Метод радиографии применял и только для исследования фаз в системах, не содержащих лития, поскольку в случае совместного присутствия U или Th с литием, невозможно было бы отличить треки, создаваемые тремя элементами . М етод радиографии невозможно было применить и для оценки концентраций в кристалла х криолита, поскольку они были слишком мелкими (5-20 мкм) для подсчета треков под микроскопом. Поэтому данные по содержанию урана и тория были получены методом радиографии только как средние содержания по образцам. Для урана они оказались близкими или несколько заниженными по сравнению с исходн ы ми (табл. 11), что можно объяснить частичным растворением урана во флюиде. Для тория содержания оказались наоборот завышенными (причина неясна, вероятна ошибка в подготовке растворов).

При наблюдении распределения треков урана в образцах после опыта были обнаружены сгущения, струи, не приуроченные к какой либо фазе, а связанные с неоднородностями расплава, возможно, с его конвекцией в течение опыта.

В своих исследованиях по распределению элементов, мы опирались только на данные микрозонд овых анализов (табл. 11 и 12 ).

К онцентрации урана в криолит е во всех частях системы без лития , кроме калиево - натриевой (исходный состав N 3) , ниже предела обнаружения, независимо от количества введенного урана (от 0,04 до 1 мас.%).

В литий содержащей части системы, где появляется фторидный расплав, формирующий крупные глобули, поведение урана меняется на противоположное: он входит в состав фторидного расплава, особенно содержащ его калий, где его содержания до стигают 2,7% (табл. 11 ). В алюмосиликатном стекле его концентрация составляет не больше 0,5%. Максимальные концентрации определены в образцах, в которых наблюдаются кристалл ы оксида урана на границе этих двух фаз. Кристаллы демонстрируют признаки роста как в сторону фторидного, так и алюмосиликатного расплавов, составляющих в образцах, соответственно, матрицу и глобули. Кристаллы в изображениях BSE имеют белый цвет, образуют шестигранные или ромбические сечения диаметром до 15 мкм (рис. 60). В основном они состоят из оксида урана, в них входит до 10-15 %Th (в расчете на элемент) . Состав кристаллов отвечает формуле (U0,91-0,96Th0,09-0,04)O2, т.е ряду уранинит-торианит. В натриевом стекле без лития содержание 0,36%, причем кристаллы оксидов урана не обнаружены. В литиево-калиевом стекле кристаллы уранинита появляются при 0,26-0,36% урана, в литийсодержащем калиево-натриевом - при 0,44-0,49%, а в литиево-натриевом - при 0,05%. Содержания в сосуществующем фторидном расплаве выше в несколько раз: в натриевом 0,2% и в калиевых - от 1,5 до 2,7%

Кристаллы уранинита среди закалочных фаз, образовавшихся в глобуле фторидного расплава
Рис. 60. Кристаллы уранинита среди закалочных фаз, образовавшихся в глобуле фторидного расплава

Среди закалочных фаз, образующихся из фторидного расплава, наибольшая концентрация урана наблюдается в фазе фторид а урана и тория , содержащ его щелочи и алюминий . Вероятно, эта фаза является калиево-натриевым криолитионитом, но точный анализ ее сделать не удалось, так как она находится в тесных срастаниях с другими фазами.

В отличие от урана, с одержания тория в криолит е имеют значимую величину (до 0,07 мас.%) . В о фторидном расплаве (литий -содержащая част ь системы ) торий концентрируется значительно сильнее, чем уран. Его с одержания во фторидном расплаве превышают 20 мас.%, особенно в частях системы, содержащих калий. Если концентраторами урана в литий содержащей части системы является как фторидный расплав, так и, главн ы м образом, уранинит, то носителем тория в условиях эксперимента является ф т оридный расплав, а после его закалки - фторидн ые фазы FP . Закалочные фазы появляются в калий содержащих частях системы, и, по-видимому, представляют собой калиево - литиевые аналоги криолит а и фторидн ое комплексное соединение с о щелочами и торием (FP) , в состав котор ого входит от 9 до 40 мас.% Th. Собственно калиевый криолит также содержит достаточно высокие концентрации тория (табл. 12). Содержания тория в алюмосиликатном расплаве составляют десятые доли процента и зависят от количества введенного тория . U/Th отношения очень сильно различаются в кристаллах твердого раствора уранинита - торианита и фторидного расплава LF : в кристаллах оно измеряется десятками единиц, а во фторидном расплаве - сотыми долями единицы.

Обсуждение результатов. В большинстве составов системы для данных по торию и в литиевых частях для урана выполня ется закон Генри .

В равновесии алюмосиликатного расплава с криолитом у ран распределяется в пользу алюмосиликатного расплава во всех частях системы . В литийсодержащих частях системы, где место криолита занимает фторидный расплав, распределение меняется в пользу последнего.

П олученные значения содержания урана в калийсодержащих алюмосиликатно м (2,7%) и фторидно м (0,5%) расплавах, а также в образующемся совместно с ними криолите, являются концентрациями насыщения во фтор с о держащей системы, поскольку эти фазы находятся в равновесии с уранинитом . В натриевом стекле без лития содержание 0,36%, причем насыщение не достигнуто. В литиево-калиевом стекле насыщение достигается при 0,3% урана, в литийсодержащем калиево-натриевом - около 0,5%, в литиево-натриевом - 0,05%. Растворимость во фторидном расплаве выше в несколько раз: в натриевом 0,2% и в калиевых - от 1,5 до 2,7%. Следовательно, растворимость сильно зависит от состава алюмосиликатного расплава.

По данным опубликованных работ [ Юдинцев , Омельяненко, 19 86; Жариков и др., 1987], концентрация насыщения ураном в гранитных расплавах, равновесных с водным флюидом, содержащим ~1,5 мас.% фтора, и температуре 750°С составляет не более 0,03 мас.%. По полученным нами данным, в условиях насыщения гранитной системы фтором концентрация насыщения ураном алюмосиликатного расплава только в литийсодержащем натриевом стекле близка к этой величине, в остальных - заметно выше .

Торий, как и уран, распределяется в пользу алюмосиликатного расплава во всех безлитиевых составах системы . К оэффициенты разделения силикатный расплав / криолит значительно больше единицы (от 1,4 до 13.3). В более сильном сродстве тория к фторидным расплавам (все коэффициенты разделения близки к 0,01) заключается различие поведения U и Th, несмотря на близость их химических свойств. Контрастно в пользу твердого раствора уранинит-торианит распределяется торий в его равновесии с алюмосиликатным расплавом, но его концентрация в указанных кристаллах все же заметно ниже, чем во фторидном расплаве. Более высокое сродство к фторидному расплаву тория по сравнению с ураном ярко показывают различия U/Th отношений в кристаллах твердого раствора уранинита - торианита и фторидного расплава LF: в кристаллах оно измеряется десятками единиц, а во фторидном расплаве - сотыми долями единицы. Различие достигает более трех порядков.

В наших экспериментах предельная концентрация тори я в алюмосиликатном и фторидном расплав ах не была достигнута , поскольку содержания в фазах зависят от количества введенного тория . Подтверждение более высокой растворимости (до 2330 p.p.m.) тория по сравнению с ураном в расплаве имеются в работе Г.Кепплера и П.Уайли [ Keppler and Wyllie, 1990], изучавших распределение тория между флюидом (2-4 m HF) и гаплогранитным расплавом .

При рассмотрении закономерностей изменения коэффициентов разделения алюмосиликатный / фторидный расплав по всей подгруппе Периодической системы элементов Д.И.Менделеева (скандий - иттрий - лантаноиды - актиноиды) бросается в глаза сходство со щелочноземельными элементами, а именно экстремальное изменение коэффициентов по мере изменения атомного номера с минимумом на иттрии:

Sc > Y≤LREE≤HREE≤Th < U.

Подобный ряд для коэффициентов разделения алюмосиликатный расплав / криолит является почти зеркальным отражением приведенного, причем уран и торий меняются местами и возможны варианты внутри группы иттрий-легкие-тяжелые редкие земли:

Sc < Y ≈ LREE ≈ HREE≥U > Th.

Для большей детализации ряда нужны более точные определения коэффициентов разделения.


Назад Содержание Вперед


 См. также
ДиссертацииФазовые отношения во фторсодержащих гранитной и нефелин-сиенитовой системах при 800oC и 1 кб:
ДиссертацииФазовые отношения во фторсодержащих гранитной и нефелин-сиенитовой системах при 800oC и 1 кб: Основные публикации по теме диссертации.

Проект осуществляется при поддержке:
Геологического факультета МГУ,
РФФИ
   

TopList Rambler's Top100