ИСТИНА

Проект направлен на решение фундаментальной задачи геохимии - выявление количественных характеристик гидротермального переноса рудных компонентов при образовании месторождений полезных ископаемых. Для решения этой задачи, помимо получения новых экспериментальных данных, характеризующих поведение рудных компонентов в водно-солевых флюидах, необходимо разработать подход, позволяющий описывать растворимость рудных минералов в широкой области концентраций хлоридов щелочных металлов – основных компонентов природных гидротермальных растворов, начиная от разбавленных растворов и вплоть до концентрации насыщения.

Usually, quantitative thermodynamic models of hydrothermal transport of ore metals are constructed on the basis of experimental data obtained at low concentration of dissolved salts. This is due to the fact that the hypothetical infinitely diluted ideal solution is chosen as the standard state for the components of the aqueous solution. The nonideal behavior of ions and neutral complexes at high T-P parameters is usually taken into account by the Debye-Hückel theory, which operates at low ionic strength (for example, at standard conditions of 25 °C /1 bar, the use of the extended Debye-Hückel equation is limited by the ionic strength I <0.05 mol kg-1). At the same time, the concentration of dissolved salts in hydrothermal solutions and fluids varies over a wide range and can reach 40-50 wt% NaCl eq. for porphyry systems and > 80 wt% NaCl eq. for postmagmatic fluids in PGE deposits in layered intrusions (Stillwater, Bushveld). The aim of the present project is to obtain new experimental data and, by means of thermodynamic modeling, to develop a method for quantitative evaluation of the solubility of metals in hydrothermal solutions over a wide range of chloride concentrations, from dilute solutions to concentrated fluids that undergo separation into a brine and a coexisting vapor phase. The solubility of Ag and AgCl will be studied experimentally as a function of the concentration of NaCl (1 - 50 wt% NaCl) at 450 С, 0.5 - 1.5 kbar. The effect of the density and composition of the fluid on the solubility of sphalerite ZnS in NaCl solutions (in the region of predominance of hydrosulfide complexes) will be studied at a temperature of 400 °C and a pressure of 0.2-0.4 kbar using an autoclave with sampling of the liquid and vapor phases. To study the microstate of concentrated chloride solutions and to investigate the possibility of formation of triple ions and clusters of a more complex composition, measurements of the X-ray absorption spectra of concentrated solutions of RbCl at parameters up to 500 °С /1 kbar will be performed. By means of the experimental data treatment, an approach will be developed for calculating the activity coefficients of ions and neutral complexes in high temperature concentrated chloride solutions. A method will be developed for calculation of the concentration of dissolved metal in chloride brine and coexisting vapor phase. These results will allow to predict quantitatively the transport of metals by concentrated chloride fluids and brines under conditions of high-temperature hydrothermal systems, up to T-P parameters of magmatic-hydrothermal transition.

Результатом выполнения работ по проекту будет разработка метода, позволяющего рассчитывать растворимость рудных минералов в концентрированных хлоридных флюидах и в сосуществующих рассоле и паровой фазе при параметрах флюидно-магматической дифференциации. На наш взгляд, эти результаты являются принципиальными для геохимии гидротермальных процессов и позволят существенно продвинуться в понимании процессов переноса рудных компонентов гидротермальными флюидами, в том числе и при параметрах флюидно-магматической дифференциации. Кроме того, мы надеемся, что полученные нами экспериментальные данные и разработанные подходы к их интерпретации позволят обоснованно отказаться от гипотез, существенно усложняющих составы высокотемпературных водных растворов и затрудняющих количественное моделирование гидротермальных процессов. Ещё одним важным результатом работ по проекту станут данные по устойчивости гидросульфидных комплексов Zn при сверхкритических параметрах. Эти данные позволят существенно уточнить модели переноса Zn высокотемпературными сульфидными растворами и флюидами.

Проектом предусмотрено исследование влияния солёности гидротермальных флюидов на растворимость серебра и сфалерита. В нашей лаборатории устойчивость форм гидротермального переноса серебра изучается с начала 80х годов прошлого века А.В. Зотовым и сотрудниками под его руководством. Последняя работа посвящена экспериментальному исследованию и термодинамическому описанию переноса серебра хлоридными флюидами в широком диапазоне плотностей, с упором на малоплотные флюиды (Akinfiev and Zotov, 2016, детали публикации даны в списке литературы). Изучению растворимости сфалерита также посвящено несколько работ, опубликованных участниками проекта (Tagirov et al. (2007) Geochim. Cosmochim. Acta 71, 4942-4954; Tagirov and Seward (2010) Chem. Geol. 269, 301-311; Акинфиев и Тагиров (2014)). Для исследования состояния твёрдых фаз и гидротермальных растворов на источниках синхротронного излучения при высоких T-P параметрах нами используется капиллярная методика (Trigub et al. (2017) Am. Mineral. 102, 1057-1065; Trigub et al. (2017); Тагиров и др. (2017), см. список литературы). Эта методика позволяет подняться по крайней мере до 600 °С и 2 кбар. Для выполнения работ по проекту в лаборатории имеется всё необходимое оборудование - печи, регуляторы температуры; нами изготовлена, установлена на станции СТМ КИСИ и апробирована печка, позволяющая регистрировать рентгеновские спектры поглощения при гидротермальных Т-Р параметрах (Тагиров и др., 2017). Имеется автоклав, позволяющий исследовать растворимость минералов с отбором жидкой и паровой фаз (сконструирован К.И. Шмуловичем, ИЭМ РАН). Разработаны теоретические подходы к описанию гидротермальных равновесий, включая растворимость в растворах с высокими содержаниями хлоридов и в сосуществующих жидкой и паровой фазах (Akinfnev and Diamond (2009); Akinfiev et al. (2015)); Zotov et al. (2018)). В лаборатории имеется пакет программ для термодинамических расчётов HCh.

Результатом выполнения работ по проекту будет разработка метода, позволяющего рассчитывать растворимость рудных минералов в концентрированных хлоридных флюидах и в сосуществующих рассоле и паровой фазе при параметрах флюидно-магматической дифференциации. На наш взгляд, эти результаты являются принципиальными для геохимии гидротермальных процессов и позволят существенно продвинуться в понимании процессов переноса рудных компонентов гидротермальными флюидами, в том числе и при параметрах флюидно-магматической дифференциации. Кроме того, мы надеемся, что полученные нами экспериментальные данные и разработанные подходы к их интерпретации позволят обоснованно отказаться от гипотез, существенно усложняющих составы высокотемпературных водных растворов и затрудняющих количественное моделирование гидротермальных процессов.