КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 23-77-01075
НазваниеМеханизмы ремобилизации и ловушки ниобия и титана на постмагматических стадиях эволюции карбонатитовых комплексов на примерах карбонатитовых комплексов Сибири и Кольской щелочной провинции
Руководитель Чеботарев Дмитрий Александрович, Кандидат геолого-минералогических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геологии и минералогии им. В.С.Соболева Сибирского отделения Российской академии наук , Новосибирская обл
Конкурс №84 - Конкурс 2023 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными
Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле; 07-205 - Минералы, их ассоциации и процессы минералообразования
Ключевые слова пирохлор, перовскит, рутил, брукит, анатаз, ильменит, титан, ниобий, геотермометрия, карбонатиты, гидротермальные процессы, выветривание, рудоконцентрирование, Кольская щелочная провинция, Чуктуконский карбонатитовый массив
Код ГРНТИ38.49.15
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Ниобий и титан являются стратегическими металлами («двойного назначения») для ряда технологий современной экономики и экономики будущего, а также оборонной промышленности. Их главным источником являются месторождения, связанные с карбонатитовыми комплексами, в которых пирохлор является основным магматическим рудным минералом ниобия и важным концентратором титана. Россия имеет ряд месторождений такого типа, что обеспечивает второе место по запасам этих ископаемых, однако не имеет рентабельных производств по их добыче и обогащению и полностью зависит от рискованного дорогостоящего импорта этих металлов с международного рынка, который на 99% контролируется Бразилией, Канадой и США, разрабатывающих месторождения редких металлов, связанных с карбонатитами.
В проекте будет исследована проблема перераспределения ниобия и титана на постмагматических этапах формирования карбонатитовых комплексов на примере пирохлора, перовскита, ильменита и полиморфных модификаций рутила из карбонатитовых комплексов Сибири (Чуктукон) и Кольской щелочной провинции (н-р, Вуориярви, Салланлатва и др) в сравнении с крупнейшим Nb-Ti постмагматическим карбонатитовым месторождением Morro Dos Seis Lagos в Бразилии как реперным объектом, где главным рудным минералом является богатый Nb рутил. Отработка методик проекта значительно продвинет исследования и по другим карбонатитовым комплексам в России и в мире.
На основе полученной информации будут построены модели смен этапов постмагматического рудогенеза, эволюции состава минералов ниобия и титана, поздних минералообразующих растворов, их источника, ремобилизации и перераспределения ими ниобия и титана. EBSD, рамановская спектроскопия с площадным и объёмным картографированием и катодолюминесценция предоставят информацию о распределении рудных фаз в пространстве, что позволит уточнить эволюцию процессов отложения рудных минералов. Микрозонд и сканирующая микроскопия позволят установить состав главных компонентов и отследить смену этапов рудообразования. Изучение включений в указанных и ассоциирующих минералах предоставят информацию о Р-Т условиях на постмагматических стадиях и составе минералообразующих сред.
Важной особенностью проекта, значительно повышающей его научную значимость, является экспериментальная проверка представлений об изменении минералов ниобия и титана растворами различного состава на постмагматических этапах на основе уже опубликованных данных (в т.ч. по включениям), а также полученных в ходе выполнения проекта. Данные исследования будут проводиться на хорошо зарекомендованной в мире, но новой и уникальной для России технике – гидротермальных установках высокого давления с автоклавами быстрой изобарической закалки, которые были собраны в 2021 году руководителем проекта и сотрудниками лаборатории в ИГМ СО РАН. Данная установка позволяет проводить как гомогенизацию включений в условиях, отвечающих Р-Т условиям образования минерала-хозяина, так и эксперименты по моделированию различных геологических обстановок: от магматической до гидротермальной и гипергенной стадий. Поэтому одобрение данного проекта также даст импульс к развитию экспериментальной петрологии в России и предоставит ценный карьерный опыт молодым научным кадрам и заложат фундамент развития молодёжной лаборатории.
Результаты данных исследований имеют как фундаментальный научный, так и обширный практический интерес, поскольку позволят не только точнее определять границы гидротермального этапа и гипергенеза и факторы, контролирующие рудогенез на данных этапах, но также предоставят новые инструменты для более глубокого понимания структуры месторождений, их поиска, разведки, доразведки и увеличения рудного потенциала, что может привести к прорыву в развитии отечественной редкометальной отрасли и открытию в России новых крупных источников ниобия и титана.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2025 году
В отчетном периоде были выполнены детальные минералогические исследования минералов титана и ниобия из Вишневогорского массива, а также минералов, содержащих фтор, хлор, сульфаты и фосфаты из карбонатитовых и щелочных комплексов (Чуктукон, Вуориярви, Салланлатва, Себльявр). Анализы методом сканирующей электронно-микроскопии и энергодисперсионной спектроскопии показали однородность минералов, отсутствие зон гидротермального преобразования и выветривания, что ограничило возможности прямого изучения их эволюции на естественном материале. Для компенсации недостатка природных данных была реализована экспериментальная модель этих процессов.
Приобретено и запущено в эксплуатацию уникальное лабораторное оборудование – гидротермальные установки высокого давления с системой быстрой закалки, включая одну установку собственной разработки с электронной системой управления и автоклавом повышенной мощности. Проведено более 100 экспериментов по растворению и осаждению минералов титана и ниобия, что позволило смоделировать широкий спектр гидротермальных условий.
Экспериментальные исследования включали:
- растворение рутилов и пирохлоров в растворах HF, H₂SO₄, NaCl, NaF, CaCl2, Na2SO4, NaOH и их комбинациях при 50 и 200 °С;
- осаждение Ti и Nb из растворов HF, H₂SO₄, NaCl, NaF, CaCl2, Na2SO4, NaOH и их комбинациях при 50 и 200 °С, содержащих 100 ppm соответствующего элемента, в присутствии или без минеральных субстратов (рутил, гнейс);
- изучение влияния анионов (F⁻, SO₄²⁻, Cl⁻, CO₃²⁻), pH, температуры и присутствия Са²⁺ на поведение Ti и Nb в растворе.
Результаты показали, что титан чрезвычайно малоподвижен: при 50 °С и нейтральном pH его растворимость составляет <0,05 ppm, а значительное растворение наблюдается только в средах с HF или NaF+H2SO4 при 200 °С (до 40 ppm). Ниобий же показывает высокую подвижность во фторидных кислотных средах даже при 50 °С (до 375 ppm), а при 200 °С – до 543 ppm.
Сравнение с природными водами (вулканы Курильских островов, рассолы, грунтовые воды) показало, что Ti и Nb в природе редко достигают даже 1 ppm, что подтверждает необходимость экстремальных условий для их переноса. Особенно велика контрастность по ниобию: в природных системах его содержание часто <0,001 ppm.
На основе экспериментов предложены и количественно обоснованы механизмы ремобилизации Nb и Ti: фторидные и гидроксофторидные комплексы позволяют вынос Nb на расстояния от магматического тела в гидротермальной стадии (~200 °С), с последующим осаждением при нейтрализации и охлаждении. Для Ti условия мобильности ещё строже: перенос осуществляется лишь при наличии HF при T ≥ 200 °С и быстром удалении комплексантов приводит к осаждению TiO₂.
Уточнены границы гидротермальной (100–300 °С, кислотность, наличие HF, HCl) и эпигенетической (<100 °С, нейтральные и щелочные воды) стадий. На первой происходит перенос Nb и частично Ti, на второй – их переотложение в виде вторичных оксидов и гидроксидов. Установлены индикаторы этих процессов: первичная минерализация флогопита, апатита, поздний рутил и анатаз, вторичный пирохлор и оксидные обогащения по трещинам.
Сопоставление с данными по карбонатитам Чуктуона, Вуориярви, Салланлатва, Себльявр, Morro dos Seis Lagos (Бразилия) и Bear Lodge (США) подтвердило применимость полученных результатов к интерпретации природных минерализаций. Материалы экспериментов оформлены в виде статей и тезисов для представления на конференциях и публикации в рецензируемых изданиях международного уровня.
Также достижения проекта освещались в СМИ в виде ряда новостных публикаций:
1. https://www.minobrnauki.gov.ru/press-center/news/nauka/97340/
2. https://new.ras.ru/activities/news/predstavleny-unikalnye-otechestvennye-gidrotermalnye-ustanovki-novogo-pokoleniya/
3. https://www.sbras.info/news/v-igm-so-ran-predstavleny-unikalnye-otechestvennye-gidrotermalnye-ustanovki-novogo-pokoleniya
4. https://www.igm.nsc.ru/index.php/novost/novosti-geologii/item/2809-v-igm-so-ran-nachali-rabotu-gidrotermalnye-ustanovki-oborudovannye-avtoklavom-vysokogo-davleniya
5. https://poisknews.ru/geologiya/rossijskie-uchenye-oboshli-zapad-v-sibiri-zapustili-unikalnye-ustanovki-imitiruyushhie-nedra-zemli/
6. https://sib-science.ru/news/v_igm_so_ran_predstavleni_unikalnie_otechestvennie_gidrotermalnie_ustanovki_novogo_pokoleniya_23_04_2025
7. https://onznews.wdcb.ru/apr25/v-igm-so-ran-nachali-rabotu-pervye-v-rossii-otechestvennye-gidrotermalnye-ustanovki-oborudovannye-avtoklavom-vysokogo-davleniya.html
8. https://science.mail.ru/news/1643-gidrotermalnye-ustanovki-novogo-pokoleniya/
9. https://hgepro.ru/v-igm-so-ran-predstavili-unikalnye-otechestvennye-gidrotermalnye-ustanovki-novogo-pokoleniya/
Публикации
1.
Чеботарев Дмитрий Александрович, Сарыг-Оол Багай-Оол Юрьевич, Козлов Евгений Николаевич, Фомина Екатерина Николаевна, Сидоров Михаил Юрьевич
Мобильность титана и ниобия при низкотемпературном гидротермальном преобразовании и выветривании оксидов ниобия (пирохлора, луешита) и титана (рутила, анатаза)
Вестник Санкт-Петербургского университета, Вестник Санкт-Петербургского университета, Том 69 № 4 (2024) (год публикации - 2024)
doi.org/10.21638/spbu07.2024.410
2. Чеботарёв Д.А., Сарыг-Оол Б.Ю., Козлов Е.Н., Фомина Е.Н., Сидоров М.Ю. Experimental study of mobility of titanium and niobium during low-temperature hydrothermal transformation of pyrochlore, lueshite, and rutile in humid climate GONDWANA RESEARCH, INTERNATIONAL ASSOCIATION FOR GONDWANA RESEARCH 2024 CONVENTION AND 21 INTERNATIONAL CONFERENCE ON GONDWANA TO ASIA, 18-22 NOVEMBER 2024, WATERFRONT HOTEL, KUCHING, SARAWAK, MALAYSIA, стр. 193-194 (год публикации - 2024)
3. А.А. Редина, Д.А. Чеботарев, Е.Н. Козлов, Е.Н. Фомина Nb МИНЕРАЛИЗАЦИЯ УЧАСТКА НЕСКЕ-ВАРА (МАССИВ ВУОРИЯРВИ, КОЛЬСКИЙ ПОЛУОСТРОВ) СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК ИНСТИТУТ ГЕОХИМИИ им. А.П. ВИНОГРАДОВА, СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК ИНСТИТУТ ГЕОХИМИИ им. А.П. ВИНОГРАДОВА, "ГЛУБИННЫЙ МАГМАТИЗМ, ЕГО ИСТОЧНИКИ И ПЛЮМЫ ", Материалы научной конференции , 20-23 мая 2024 г. , ИРКУТСК , 2024, стр 132-134 (год публикации - 2024)
4. Д.А. Чеботарев, Б.Ю. Сарыг-оол, Е.Н. Козлов, Е.Н. Фомина, М.Ю. Сидоров, А.А. Редина МОБИЛЬНОСТЬ ТИТАНА И НИОБИЯ ПРИ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОМ ГИДРОТЕРМАЛЬНОМ ПРЕОБРАЗОВАНИИ И ВЫВЕТРИВАНИИ МИНЕРАЛОВ КАРБОНАТИТОВ СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК ИНСТИТУТ ГЕОХИМИИ им. А.П. ВИНОГРАДОВА , СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК ИНСТИТУТ ГЕОХИМИИ им. А.П. ВИНОГРАДОВА , "ГЛУБИННЫЙ МАГМАТИЗМ, ЕГО ИСТОЧНИКИ И ПЛЮМЫ. Материалы научной конференции, 20-23 мая 2024 г. ", ИРКУТСК , 2024 , стр 160-162 (год публикации - 2024)
5. Д. А. Чеботарев, Б. Ю. Сарыг-оол, Е. Н. Козлов, Е. Н. Фомина, М. Ю. Сидоров МОБИЛЬНОСТЬ ТИТАНА И НИОБИЯ ПРИ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОМ ГИДРОТЕРМАЛЬНОМ ПРЕОБРАЗОВАНИИ И ВЫВЕТРИВАНИИ ОКСИДОВ НИОБИЯ (ПИРОХЛОРА, ЛУЕШИТА) И ТИТАНА (РУТИЛА, АНАТАЗА) ИПЦ НГУ, НАУКИ О ЗЕМЛЕ. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ Материалы VII Всероссийской молодежной научно-практической школы-конференции Геологический полигон «Шира», Республика Хакасия, Россия 2–8 августа 2024 г. (год публикации - 2024)
6.
Чеботарев Д.А., Сарыг-оол Б.Ю., Козлов Е.Н., Фомина Е.Н., Сидоров М.Ю., Редина А.А.
Мобильность титана и ниобия при постмагматических низкотемпературных преобразованиях рутила, анатаза, пирохлора и луешита
Геосферные исследования, Геосферные исследования. 2024. № 3. С. 77–86. (год публикации - 2024)
10.17223/25421379/32/8
7. Чеботарев Д.А., Сарыг-оол Б.Ю., Козлов Е.Н. , Фомина Е.Н., Сидоров М.Ю. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ МИНЕРАЛОВ ТИТАНА И НИОБИЯ ПРИ МИГРАЦИИ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ГИДРОТЕРМАЛЬНЫХ ПРОЦЕССАХ И ВЫВЕТРИВАНИИ XI Сибирская конференция молодых ученых по наукам о Земле : Материалы конференции. Новосибирск, 23–29 сент. 2024 г. / Сибирское отделение РАН ; Институт геологии и минералогии им. В. С. Соболева СО РАН ; Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН. – Новосибирск : ИПЦ НГУ, 2024. – 312 с. , XI Сибирская конференция молодых ученых по наукам о Земле : Материалы конференции. Новосибирск, 23–29 сент. 2024 г. / Сибирское отделение РАН ; Институт геологии и минералогии им. В. С. Соболева СО РАН ; Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН. – Новосибирск : ИПЦ НГУ, 2024. – 312 с. - стр 79-81 (год публикации - 2024)
Возможность практического использования результатов
Результаты важны для технологии переработки руд ниобия и титана: пирохлор растворим во фторидных средах, рутил — устойчив. Данные применимы к разведке месторождений стратегических металлов и построению моделей распределения их рудных зон.