|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИПМех РАН |
||
Экспериментальное исследование поведения галлия в гидротермальном процессеНИР
- Руководитель НИР: Бычков А.Ю.
- Участники НИР: Борисова А.Ю., Матвеева С.С., Некрасов С.Ю., Осадчий В.О., Попова Ю.А., Тарнопольская М.Е.
- Подразделение: Кафедра геохимии
- Срок исполнения: 1 апреля 2012 г. - 31 декабря 2014 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 12-05-00957
- Номер ЦИТИС: 01201262224
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Комплексные фундаментальные исследования вещества и динамики геосфер Земли, разработка моделей ее глубинного строения, открытие минералов и создание новых материалов
- ПН России: Рациональное природопользование
-
Рубрики ГРНТИ:
- 38.33.15 Геохимия отдельных элементов
- 38.33.17 Геохимия природных процессов
-
Ключевые слова:
формы переноса, гидротермальный процесс, галлий, растворимость
-
Описание:
Галлий является типичным представителем рассеянных элементов. Близость химических свойств галлия и алюминия, обусловленная сходством строения их атомов, а также близость их ионных радиусов приводит к тому, что галлий входит в состав многих алюмосиликатов. В последние годы были обнаружены новые закономерности разделения галлия и алюминия в гидротермальном процессе, которые требуют дополнительного исследования: изменение отношения Ga/Al в мусковите в вертикальном разрезе грейзеновых месторождений, обнаружена возможность существенного переноса галлия (в отличие от алюминия) в газовой фазе в присутствии HCl в условиях гидротермального процесса, открыт галлиевый эпидот на Тыкотловском рудопроявлении (Приполярный Урал), выявлено существенное обогащения галлием термальных вод и гейзеритов Камчатки. Эти данные показывают, что галлий может накапливаться в гидротермальных растворах, и его разделение с алюминием связано не только с вхождением в сульфиды, но и определяется другими механизмами: разделением при переносе в газовой фазе; различием кислотно-основных свойств; разной устойчивостью комплексных форм переноса. Решение задачи возможно путем термодинамического моделирования процессов, но затруднено отсутствием необходимых термодинамических данных. Данный проект направлен на экспериментальное получение необходимых констант устойчивости комплексов галлия и термодинамических характеристик твердых растворов минералов. На основе полученных экспериментальных данных будут построены количественные модели поведения галлия в гидротермальном процессе, которые позволят обосновать использование Ga/Al отношения как генетического индикатора рудообразования.
-
Основные результаты:
В ходе выполнения проекта получены всесторонние и полные характеристики поведения галлия в гидротермальном процессе: 1) Впервые установлено, что галлий может переноситься в условиях гидротермального процесса в малоплотной фазе, при этом присутствие хлористого водорода увеличивает перенос. Экспериментально определены формы переноса галлия в газопаровой фазе и показаны геохимические следствия. 2) Впервые выполнено экспериментальное исследование устойчивости хлоридных комплексов галлия при повышенных температурах. Показано, что при 300-400 С эти комплексы могут преобладать в кислых растворах с высоким содержанием хлорида. Это открывает новую страницу в геохимии галлия и позволяет объяснить его накопление в сульфидных рудах совместно с элементами, для которых хлоридные комплексы преобладают (Cu, Pb, Zn). 3) Впервые выполнено экспериментальное исследование устойчивости фторидных комплексов галлия при повышенных температурах. Эти данные использованы для построения термодинамических моделей разделения галлия и алюминия в гидротермальном процессе. 4) На примере грейзеновых месторождений установлено разделение галлия и алюминия за счет гетерогенизации флюида. Обосновано использования отношения Ga/Al в качестве геохимического индикатора для поиска богатого вольфрамитового оруденения.
- Добавил в систему: Бычков Андрей Юрьевич
Источник финансирования НИР
| грант РФФИ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 1 апреля 2012 г.-31 декабря 2012 г. | Этап 2012 года |
| Результаты этапа: Растворимость ?-Ga2O3(s) в HCl-содержащем водяном пару была исследована при температурах 150 - 400 ?C и давлении до 257 бар. Эти эксперименты показали, что оксид Ga(III) растворяется в водяном пару в значительных концентрациях и его растворимость зависит от ?HCl и ?H2O. При низких ?HCl, преобладающей формой галлия в газе является Ga(OH)3(g), в то время как при высоких ?HCl, преобладает форма Ga(OH)Cl2(g). Растворимость оксида галлия (III) экспоненциально возрастает с увеличением давления при 350 и 400 ?C благодаря образованию гидратных кластеров, GaOHCl2(H2O)n(g), где n = 1-7. Логарифм константы реакции растворения, 0.5Ga2O3(s) + 1.5H2O(g) = Ga(OH)3(g), составил -7.70 ± 0.30 и -7.93 ± 0.30 при 350 и 400 °C, соответственно, и для реакции, 0.5Ga2O3(s) + 2HCl(g) = GaOHCl2(g) + 0.5H2O(g), -0.32 ±0.29, 0.03 ± 0.20, и -2.59 ± 0.15 при 150, 200, и 400 °C, соответственно. Результаты данного исследования были использованы для расчета коэффициента распределения Ga между газом и жидкостью при температуре от 150 до 350 °C, и интервал pH жидкости от 0 до 10. Коэффициент распределения (Kd) уменьшается с ростом температуры и достигает максимального значения около ~1 при pH между 3 и 4. Эти расчеты очень близки к природным измерениям для термальных источников Исландии (Giroud, 2008) и Камчатки (Nikolaeva, 2009). | ||
| 2 | 1 января 2013 г.-31 декабря 2013 г. | Зтап 2013 года |
| Результаты этапа: Данный этап проекта посвящен экспериментальному исследованию форм переноса галлия в системе Ga2O3-NaCl-HCl-H2O в зависимости от концентрации NaCl и HCl методом растворимости при повышенных температуре и давлении. Эксперименты проводились в титановых автоклавах. Твердая фаза помещалась в контейнер в верхней части автоклава для обеспечения равновесия только при температуре опыта. Продолжительность опыта составляла 7 суток и была определена по результатам кинетической серии. Содержание растворенного галлия в растворе определяли колориметрическим методом с галлионом. Растворимость оксида галлия увеличивается с ростом концентрации соляной кислоты и хлорида натрия. Поскольку активность ионов водорода в опыте не задавалась, то результаты обрабатывались с помощью программы OptimA (Шваров, 2008), которая рассчитывает модель эксперимента с подбором термодинамических данных для лучшей сходимости расчетных и экспериментальных значений. Были определены константы диссоциации комплексов GaCl3 и GaCl4- при 350оС: pK=14.4 и pK=7.1 соответственно. | ||
| 3 | 1 января 2014 г.-31 декабря 2014 г. | Этап 2014 года |
| Результаты этапа: В ходе выполнения проекта получены всесторонние и полные характеристики поведения галлия в гидротермальном процессе: 1) Впервые установлено, что галлий может переноситься в условиях гидротермального процесса в малоплотной фазе, при этом присутствие хлористого водорода увеличивает перенос. Экспериментально определены формы переноса галлия в газопаровой фазе и показаны геохимические следствия. 2) Впервые выполнено экспериментальное исследование устойчивости хлоридных комплексов галлия при повышенных температурах. Показано, что при 300-400 С эти комплексы могут преобладать в кислых растворах с высоким содержанием хлорида. Это открывает новую страницу в геохимии галлия и позволяет объяснить его накопление в сульфидных рудах совместно с элементами, для которых хлоридные комплексы преобладают (Cu, Pb, Zn). 3) Впервые выполнено экспериментальное исследование устойчивости фторидных комплексов галлия при повышенных температурах. Эти данные использованы для построения термодинамических моделей разделения галлия и алюминия в гидротермальном процессе. 4) На примере грейзеновых месторождений установлено разделение галлия и алюминия за счет гетерогенизации флюида. Обосновано использования отношения Ga/Al в качестве геохимического индикатора для поиска богатого вольфрамитового оруденения. | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".