钪在含氟流体中成矿模拟实验及典型钪矿床成矿机制模拟

论文摘要

钪金属在航空工业、国防工业及新能源产业等高新尖科技产业中具有极其重要的应用价值和非常诱人的应用前景;对国家战略安全和经济发展有着重要影响;先后被俄罗斯、欧盟及美国列为国家战略金属。热液钪矿床是全球钪金属资源的主要来源,是矿床学研究和找矿勘查的主要对象。如目前每年供给全球90%钪资源消耗量的中国白云鄂博稀土矿床,富钪矿物为霓石;俄罗斯Zhovti Vody和Kumir钪矿床,富钪矿物分别为霓石和钪钇石,热液交代过程均在钪金属成矿过程起到重要作用。且上述矿床中钪矿化均与含氟矿物时空关系密切,含氟热液流体在钪金属成矿过程起到关键作用。目前钪金属在含氟热液流体过程中的迁移富集机制还不明确,主要是由于缺乏钪金属在含氟热液流体中迁移的热力学数据。本文针对这一关键科学问题,1)开展成矿热液流体模拟实验,确定了钪元素在“高温高压”（100-250℃,饱和蒸气压）含氟流体中的溶解度;2)通过相关热力学计算,获得含氟热液流体中主要络合物的络合结构、形成常数等相关热力学参数;3)结合获得的相关热力学数据,探讨含氟热液流体在钪成矿过程中的作用;4)针对典型钪矿床,进行钪矿床成矿机制模拟。本文通过成矿热液流体模拟实验,测得在含氟热液流体中钪金属的溶解度主要受控于络合结构为ScF2+和ScF3o的络合物;计算求得ScF2+络合物（Sc3++2F-?ScF2+）的形成常数在100、150、200和250℃时分别为12.09±0.02、12.74±0.02、13.61±0.01和14.76±0.01,ScF3o络合物（Sc3++3F-?ScF3o）的形成常数在100、150、200和250℃时分别为17.24±0.01、17.84±0.01、18.55±0.01和19.81±0.01。通过对典型钪矿床成矿机制模拟,推测白云鄂博稀土钪矿床中钪金属卸载温度为400-300℃;在含氟酸性成矿热液流体中以Sc-F络合形式迁移;在热液流体与围岩白云岩发生水岩反应后期,以Sc-OH络合形式迁移,此时也是钪金属沉淀阶段;推测澳大利亚Nyngan钪矿床成矿过程中,当地表水来源为大气降水时,钪金属在风化壳中以Sc-OH络合形式迁移;当地表水来源是富氟河流或湖泊时,钪金属以Sc-F和Sc-OH两种络合形式迁移。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 1 引言
•   1.1 选题依据
•   1.2 研究现状
•     1.2.1 钪元素的发现、地球化学性质及应用
•     1.2.2 含钪矿物类型
•     1.2.3 钪金属资源分布情况
•     1.2.4 钪元素在岩浆、热液过程中迁移的研究进展
•     1.2.5 含氟流体在成矿过程中的作用
•     1.2.6 氟在自然界中的循环过程
•   1.3 研究内容及研究方法
•     1.3.1 研究内容
•     1.3.2 研究方法
•   1.4 完成工作量
•   1.5 实验分析方法
• 2 典型钪矿床地质特征
•   2.1 白云鄂博稀土矿床
•     2.1.1 地层
•     2.1.2 构造
•     2.1.3 岩浆岩
•     2.1.4 矿区含氟蚀变
•   2.2 澳大利亚利亚Nyngan红土型钪矿床
• 3 热力学实验
•   3.1 实验技术方法
•     3.1.1 实验材料及设备
•     3.1.2 实验溶液配制
•     3.1.3 实验步骤
•     3.1.4 实验背景值测定
•     3.1.5 平衡实验
•   3.2 分析测试
•     3.2.1 氟离子浓度分析
•     3.2.2 溶液pH值分析
•     3.2.3 ICP-MS元素分析
•     3.2.4 XRD测试
•   3.3 络合结构判断与热力学参数分析计算
•     3.3.1 氟化钪络合结构判断
•     3.3.2 氟化钪热力学常数计算
• 4 成矿过程模拟与典型钪矿床剖析
•   4.1 氟化钪络合物与F离子和H离子间相互关系
•   4.2 白云鄂博稀土矿床
•     4.2.1 成矿模拟过程与方法
•     4.2.2 成矿过程模拟分析
•   4.3 红土型钪矿床中含氟溶液对钪迁移沉淀的作用
•     4.3.1 成矿模拟过程与方法
•     4.3.2 成矿过程模拟分析
• 5 主要认识
• 致谢
• 参考文献
• 附录

文章来源

类型: 博士论文

作者: 王佳新

导师: 聂凤军,刘家军,A.E.Williams-Jones

关键词: 钪矿床,含氟热液流体,溶解度,成矿模拟实验,成矿机制模拟

来源: 中国地质大学(北京)

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 地质学,矿业工程

单位: 中国地质大学(北京)

分类号: P618.73

DOI: 10.27493/d.cnki.gzdzy.2019.000080

总页数: 97

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