Термодинамическое моделирование распределения РЗЭ+Y по формам в охлаждающихся богатых сульфатной серой флюидах

Abstract

Актуальность работы обусловлена тем, что исследование фракционирования лантаноидов и иттрия (РЗЭ+Y) по формам в хлоридно-сульфатно-карбонатных флюидах в щелочных и слабокислых условиях позволяет оценить влияние параметров рудообразующей среды на транспорт редкоземельных элементов в процессе рудогенеза в пределах карбонатитовых рудно-магматических систем. Цель: оценить вклад фторо-, хлоро-, карбонат-бикарбонатных, сульфатных и фосфатных комплексов РЗЭ+Y в транспорте и процессе рудоотложения гидротермальными флюидами в слабокислых и слабощелочных условиях при температуре 500-100 °С и давлении 2000-125 бар. Методы: расчетное моделирование воздействия гидротермальных флюидов на монацит и кальцит с использованием пакета HCh (разработчик Ю.В. Шваров). Для установления состояния равновесия в алгоритме программы использован метод определения минимума свободной энергии Гиббса системы (программа GIBBS) в комплексе с термодинамической базой UNITHERM, дополненной экспериментальными результатами для РЗЭ-комплексов и минералов. Результаты. Приведено распределение РЗЭ+Y по формам в охлаждающихся хлоридно-сульфатно-карбонатных высококонцентрированных слабокислых и слабощелочных флюидах. Показано, что в слабощелочных условиях лидирующими оказываются нейтральный и второй гидроксокомплексы вплоть до 200 °С. При понижении температуры до 100 °С РЗЭ+Y обнаруживаются в форме карбонатного и второго фторокомплекса (Ln, Y)F2+. В слабокислых условиях резко преобладают сульфатные комплексы лантаноидов во всем исследованном интервале параметров флюида. При возрастании номера лантаноида (особенно для тяжелых РЗЭ) усиливается роль фторидных комплексов с уменьшением вклада сульфатных комплексов.

The relevance of the work is caused by the fact that the study of speciation of lanthanide + yttrium (REE+Y) in chloride-sulfate-carbonate fluids in various weakly alkaline and weakly acidic conditions allows one to assess the effect of parameters of the oreforming system on transportation and fractionation of rare-earth elements in oreogenesis within the carbonatite ore-magmatic systems. The main aim of the study is to estimate the contribution of the fluorine-, chloro-, carbarnate-bicarbonate, sulfate and phosphate complexes of REE+Y to transport and ore deposition by hydrothermal fluids in weakly alkaline and weakly acidic conditions at 500-100 °C and a pressure of 2000-125 bar. The methods: computational modeling of the effect of hydrothermal fluids on monazite and calcite using the HCh package (developed by Yu.V. Shvarov). To establish the equilibrium state in the program's algorithm, the method of determining the minimum Gibbs free energy of the system (the GIBBS program) in combination with the thermodynamic base UNITHERM, supplemented by experimental results for REE complexes and minerals, was used. The results. The paper introduces the distribution of REE+Y by forms in cooling chloride-sulfate-carbonate highly concentrated weakly acidic and weakly alkaline fluids. It was shown that under weakly alkaline conditions, the leading ones are the neutral and second hydro-complexes up to 200 °C. As the temperature decreases to 100 °С, REE+Y are found in the form of the carbonate and second fluoroco mplex (Ln, Y) F2+. Under weakly acidic conditions, sulfate complexes of lanthanides prevail sharply in the entire studied range of fluid parameters. With an increase in the lanthanide number (especially for heavy REEs), the role of fluoride complexes grows with a decrease in contribution of sulfate complexes.