地学前缘 ›› 2023, Vol. 30 ›› Issue (5): 93-105.DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.5.3
洪涛1,2(), 翟明国3,4,5,*(
), 王岳军1,2, 刘星成5,6, 徐兴旺3,4,5, 高俊3,4,5, 胡明曦1,2, 马靖1,2
收稿日期:
2022-12-15
修回日期:
2023-01-31
出版日期:
2023-09-25
发布日期:
2023-10-20
通信作者:
*翟明国(1947—),男,中国科学院院士,主要从事变质岩石学、前寒武纪地质和地球化学、火成岩岩石学研究工作以及战略性关键金属超常富集机理研究工作。E-mail: mgzhai@mail.iggcas.ac.cn
作者简介:
洪 涛(1989—),男,副教授,主要从事稀有金属伟晶岩成矿过程解析、战略性关键矿产集成与科普、锂铍金属熔体/残留相实验岩石学研究工作。E-mail: hongt5@mail.sysu.edu.cn
基金资助:
HONG Tao1,2(), ZHAI Mingguo3,4,5,*(
), WANG Yuejun1,2, LIU Xingcheng5,6, XU Xingwang3,4,5, GAO Jun3,4,5, HU Mingxi1,2, MA Jing1,2
Received:
2022-12-15
Revised:
2023-01-31
Online:
2023-09-25
Published:
2023-10-20
摘要:
伟晶岩型锂铍矿床是国家紧缺的战略性金属锂铍的重要供给矿床类型。但伟晶岩成因中深熔作用产生熔体量少、萃取锂铍效率低;岩浆结晶分异能否高度富集和高效萃取锂铍也存在争议;随着富锂铍的硅酸盐熔体、熔体-热液不混溶作用的发现,岩浆不混溶作用可能也是新的成因机制。近年来,针对伟晶岩型锂铍矿床的熔体至热液阶段成矿过程的研究主要集中在:花岗伟晶岩全岩地球化学特征解析;造岩矿物(云母、石英、长石等)与矿石矿物(绿柱石等)的精细微区元素地球化学变化规律的总结;造岩矿物、矿石矿物及副矿物(石榴石等)中熔体-热液包裹体矿物学-地球化学特征解析。但伟晶岩矿床中熔体、流体包裹体类型复杂,且与矿床形成时代也没有明显关联性。
锂铍在熔体-热液相间的分配行为和分配过程,以及运移锂铍的络合物稳定性差异是深入认识锂铍超常富集机制的关键。然而,对锂铍在熔体-热液相间分配行为的研究仍然相对薄弱,针对运移锂铍的络合物的稳定性也未开展研究。我们设计了不同矿化溶液的pH值、不同钙和铝含量影响下锂铍络合物结晶锂铍的实验,发现锂铍元素在以上3种不同条件下存在明显的差异性结晶沉淀行为:(1)pH对铍络合物的稳定性控制比锂络合物更明显;(2)在pH值不变的条件下,铝的加入促进了铍的沉淀,却影响锂的沉淀;(3)钙的加入对锂沉淀的影响没有对铍沉淀的影响大。后续将从实验地球化学角度(高温高压实验模拟)剖析锂铍各自络合物的类型、稳定性受控因素,以期建立“锂、铍络合物失稳-成矿”新机制。
中图分类号:
洪涛, 翟明国, 王岳军, 刘星成, 徐兴旺, 高俊, 胡明曦, 马靖. 锂铍络合物稳定性与花岗伟晶岩中锂铍“差异跃迁”耦合关联[J]. 地学前缘, 2023, 30(5): 93-105.
HONG Tao, ZHAI Mingguo, WANG Yuejun, LIU Xingcheng, XU Xingwang, GAO Jun, HU Mingxi, MA Jing. Coupling relationship between the stability of Li/Be complexes and Li/Be differential enrichment in granitic pegmatites—an experimental study[J]. Earth Science Frontiers, 2023, 30(5): 93-105.
产地 | 主矿物 | 子晶矿物组合 | Be和Li2O的质量分数/10-6 | 文献来源 |
---|---|---|---|---|
Beauvoir, France | 花岗岩全岩 | 303±58(Be) | Charoy[ | |
实验室合成 | 无堇青石花岗岩 | 130(Be) | London和Evensen[ | |
Ehrenfriedersdorf, Germany | 熔体包裹体 | 9 600(Be) | Webster等[ | |
Zinnwald, Germany | 熔体包裹体 | 670(Be) | Webster等[ | |
Mt. Malosa | 伟晶状石英中 熔体包裹体 | 570±150(Be) | Zajacz等[ | |
Ehrenfriedersdorf, Erzgebirge, Germany | 伟晶状石英中 熔体包裹体 | 锂磷铝石+磷铍钙石+ 磷酸钠铍石+硼铍石 | 1 450(Be) | Thomas等[ |
富Ta(Ta质量分数为2 000×10-6~ 4 000×10-6)细晶岩 | 实验熔体 | 10 000(Li2O ) | Linnen[ |
表1 伟晶岩矿床中花岗岩以及熔体包裹体发表数据汇总
Table 1 Summary of published data on granites and melt inclusions in pegmatite deposits
产地 | 主矿物 | 子晶矿物组合 | Be和Li2O的质量分数/10-6 | 文献来源 |
---|---|---|---|---|
Beauvoir, France | 花岗岩全岩 | 303±58(Be) | Charoy[ | |
实验室合成 | 无堇青石花岗岩 | 130(Be) | London和Evensen[ | |
Ehrenfriedersdorf, Germany | 熔体包裹体 | 9 600(Be) | Webster等[ | |
Zinnwald, Germany | 熔体包裹体 | 670(Be) | Webster等[ | |
Mt. Malosa | 伟晶状石英中 熔体包裹体 | 570±150(Be) | Zajacz等[ | |
Ehrenfriedersdorf, Erzgebirge, Germany | 伟晶状石英中 熔体包裹体 | 锂磷铝石+磷铍钙石+ 磷酸钠铍石+硼铍石 | 1 450(Be) | Thomas等[ |
富Ta(Ta质量分数为2 000×10-6~ 4 000×10-6)细晶岩 | 实验熔体 | 10 000(Li2O ) | Linnen[ |
铍质量的变化 | 锂质量的变化 | |||||
---|---|---|---|---|---|---|
控制沉淀时 的pH值 | 制备K3BeF4溶液,换算出其中Be质量。 m1(Be)/mg | 沉淀物以Be(OH)3为主,换算出其中Be质量。 m2(Be)/mg | 控制沉淀时 的pH值 | 制备LiF溶液,换算 出其中Li质量。 m1(Li)/mg | 沉淀物以Li2CO3为主,换算出其中Li质量。 m2(Li)/mg | |
7 | 69 | 0 | 7 | 80 | 0 | |
8 | 69 | 2.5 | 8 | 80 | 1.22 | |
9 | 69 | 3.95 | 9 | 80 | 2.35 | |
10 | 69 | 30.23 | 10 | 80 | 2.47 | |
12 | 69 | 63.56 | 12 | 80 | 2.53 |
表2 不同值条件下沉淀出的锂铍质量变化
Table 2 Variation of Li/Be precipitation under different experimental conditions
铍质量的变化 | 锂质量的变化 | |||||
---|---|---|---|---|---|---|
控制沉淀时 的pH值 | 制备K3BeF4溶液,换算出其中Be质量。 m1(Be)/mg | 沉淀物以Be(OH)3为主,换算出其中Be质量。 m2(Be)/mg | 控制沉淀时 的pH值 | 制备LiF溶液,换算 出其中Li质量。 m1(Li)/mg | 沉淀物以Li2CO3为主,换算出其中Li质量。 m2(Li)/mg | |
7 | 69 | 0 | 7 | 80 | 0 | |
8 | 69 | 2.5 | 8 | 80 | 1.22 | |
9 | 69 | 3.95 | 9 | 80 | 2.35 | |
10 | 69 | 30.23 | 10 | 80 | 2.47 | |
12 | 69 | 63.56 | 12 | 80 | 2.53 |
铍质量的变化 | 锂质量的变化 | ||||||||||||||
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制备K3BeF4溶液,换算出其中Be质量。 m1(Be)/mg | 加入不同量的CaCl2,换算出其中Ca质量。 m1(Ca)/mg | 沉淀时的pH值 | 从K3BeF4及不同量的CaCl2混合溶液中沉淀物以Be(OH)2为主,换算出其中Be质量。 m2(Be)/mg | 从上列混合溶液中,沉淀出CaF2,换算出其中Ca质量。 m2(Ca)/mg | 制备1 mol (锂辉石) LiAl(SiO3)2/ Li2O·Al2O3·4SiO2,换算出其中Li 质量。 m1(Li)/mg | 加入不同量的CaCO3,换算出其中Ca质量。 m3(Ca)/mg | 沉淀时的pH值 | 从锂辉石及不同量的CaCO3混合溶液中沉淀物以铝酸锂(LiAlO2) 和硅酸钙为主,换算出其中Li 质量。 m2(Li)/mg | 从上列混合溶液中,沉淀出硅酸钙,换算出其中Ca质量。 m4(Ca)/mg | ||||||
69 | 35.7 | 7 | 2.7 | 31.23 | 20.8 | 32 | 7 | 11.1 | 30.2 | ||||||
69 | 71.4 | 7 | 4.68 | 64.01 | 20.8 | 73.2 | 7 | 13.5 | 60.1 | ||||||
69 | 107.1 | 7 | 7.92 | 102.24 | 20.8 | 103.2 | 7 | 28.2 | 100.2 | ||||||
69 | 142.8 | 7 | 9.9 | 136.02 | 20.8 | 144.2 | 7 | 37.9 | 116.2 | ||||||
69 | 178 | 7 | 14.78 | 170.8 | 20.8 | 166.5 | 7 | 44.3 | 144.2 |
表3 不同钙量条件下沉淀出的锂铍质量变化
Table 3 Li/Be precipitation with the addition of calcium under constant pH
铍质量的变化 | 锂质量的变化 | ||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
制备K3BeF4溶液,换算出其中Be质量。 m1(Be)/mg | 加入不同量的CaCl2,换算出其中Ca质量。 m1(Ca)/mg | 沉淀时的pH值 | 从K3BeF4及不同量的CaCl2混合溶液中沉淀物以Be(OH)2为主,换算出其中Be质量。 m2(Be)/mg | 从上列混合溶液中,沉淀出CaF2,换算出其中Ca质量。 m2(Ca)/mg | 制备1 mol (锂辉石) LiAl(SiO3)2/ Li2O·Al2O3·4SiO2,换算出其中Li 质量。 m1(Li)/mg | 加入不同量的CaCO3,换算出其中Ca质量。 m3(Ca)/mg | 沉淀时的pH值 | 从锂辉石及不同量的CaCO3混合溶液中沉淀物以铝酸锂(LiAlO2) 和硅酸钙为主,换算出其中Li 质量。 m2(Li)/mg | 从上列混合溶液中,沉淀出硅酸钙,换算出其中Ca质量。 m4(Ca)/mg | ||||||
69 | 35.7 | 7 | 2.7 | 31.23 | 20.8 | 32 | 7 | 11.1 | 30.2 | ||||||
69 | 71.4 | 7 | 4.68 | 64.01 | 20.8 | 73.2 | 7 | 13.5 | 60.1 | ||||||
69 | 107.1 | 7 | 7.92 | 102.24 | 20.8 | 103.2 | 7 | 28.2 | 100.2 | ||||||
69 | 142.8 | 7 | 9.9 | 136.02 | 20.8 | 144.2 | 7 | 37.9 | 116.2 | ||||||
69 | 178 | 7 | 14.78 | 170.8 | 20.8 | 166.5 | 7 | 44.3 | 144.2 |
铍质量的变化 | 锂质量的变化 | ||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
制备K3BeF4溶液,换算出其中Be质量。 m1(Be)/mg | 加入不同量的AlCl3,换算出其中Al质量。 m1(Al)/mg | 沉淀时的pH值 | 从K3BeF4及不同量的AlCl3混合溶液中沉淀物以Be(OH)2为主,换算出其中Be质量。 m2(Be)/mg | 从上列混合溶液中,沉淀出Al(OH)3,换算出其中Al质量。 m2(Al)/mg | 制备1 mol (锂辉石) LiAl(SiO3)2/ Li2O·Al2O3·4SiO2,换算出其中Li 质量。 m1(Li)/mg | 加入不同量的AlCl3,换算出其中Al质量。 m3(Al)/mg | 沉淀时的pH值(同量的碳酸 钙) | 从锂辉石及不同量的CaCO3混合溶液中沉淀物以铝酸锂(LiAlO2) 和硅酸钙为主, 换算出其中Li 质量。 m2(Li)/mg | 从上列混合溶液中,沉淀出铝酸锂(LiAlO2),换算出其中Al质量。 m4(Al)/mg | ||||||
69 | 33.1 | 7 | 2 | 9.4 | 20.8 | 40.1 | 7 | 12.3 | 11.1 | ||||||
69 | 66.2 | 7 | 3.1 | 12 | 20.8 | 50.2 | 7 | 9.5 | 12.3 | ||||||
69 | 99.3 | 7 | — | — | 20.8 | 70.3 | 7 | 8.6 | 9.4 | ||||||
69 | 132.4 | 7 | 6.05 | 39.5 | 20.8 | 80.6 | 7 | 6.37 | 19.5 | ||||||
69 | 165.5 | 7 | 13.55 | 85.53 | 20.8 | 133.2 | 7 | 3.22 | 25.3 |
表4 不同铝质量条件下沉淀出的锂铍质量变化
Table 4 Li/Be precipitation with the addition of aluminum under constant pH
铍质量的变化 | 锂质量的变化 | ||||||||||||||
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制备K3BeF4溶液,换算出其中Be质量。 m1(Be)/mg | 加入不同量的AlCl3,换算出其中Al质量。 m1(Al)/mg | 沉淀时的pH值 | 从K3BeF4及不同量的AlCl3混合溶液中沉淀物以Be(OH)2为主,换算出其中Be质量。 m2(Be)/mg | 从上列混合溶液中,沉淀出Al(OH)3,换算出其中Al质量。 m2(Al)/mg | 制备1 mol (锂辉石) LiAl(SiO3)2/ Li2O·Al2O3·4SiO2,换算出其中Li 质量。 m1(Li)/mg | 加入不同量的AlCl3,换算出其中Al质量。 m3(Al)/mg | 沉淀时的pH值(同量的碳酸 钙) | 从锂辉石及不同量的CaCO3混合溶液中沉淀物以铝酸锂(LiAlO2) 和硅酸钙为主, 换算出其中Li 质量。 m2(Li)/mg | 从上列混合溶液中,沉淀出铝酸锂(LiAlO2),换算出其中Al质量。 m4(Al)/mg | ||||||
69 | 33.1 | 7 | 2 | 9.4 | 20.8 | 40.1 | 7 | 12.3 | 11.1 | ||||||
69 | 66.2 | 7 | 3.1 | 12 | 20.8 | 50.2 | 7 | 9.5 | 12.3 | ||||||
69 | 99.3 | 7 | — | — | 20.8 | 70.3 | 7 | 8.6 | 9.4 | ||||||
69 | 132.4 | 7 | 6.05 | 39.5 | 20.8 | 80.6 | 7 | 6.37 | 19.5 | ||||||
69 | 165.5 | 7 | 13.55 | 85.53 | 20.8 | 133.2 | 7 | 3.22 | 25.3 |
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