Transport von Scandium in hydrothermalen Systemen: Neues Verständnis aus experimentellen, theoretischen und geländebasierten Untersuchungen

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Wagner
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 420479856

Quantitative Daten für den Transport von Erzmetallen in hydrothermalen Fluiden sind wesentlich für das Verständnis von Fluidfluss und die Bildung von Mineral-Lagerstätten in der Erdkruste. Experimentelle Untersuchungen und theoretische Simulationen zur Löslichkeit und Komplexierung von Metallen bei hohen P-T Bedingungen sind wesentlich für die Entwicklung von quantitativen Modellen von hydrothermalen lagerstättenbildenden Systemen. Experimentelle Forschung hat quantitative Daten für das Verhalten von Bunt- und Edelmetallen unter hydrothermalen Bedingungen geliefert, während viele wichtige Seltenmetalle nicht ausreichend untersucht sind. Scandium ist ein Seltenmetall, das zunehmend für neue unweltfreundliche klimaneutrale Technologien wichtig wird, aber die Prozesse der hydrothermalen Mobilisation, des Transports und der Anreicherung von Sc sind kaum verstanden. Scandium hat chemische Ähnlichkeiten zu Al und auch zu den REE und Y, und kann daher als vielversprechender Indikator für Fraktionierung in magmatischen und hydrothermalen Systemen dienen. Zentrale unbeantwortete Fragen betreffen die relative Bedeutung von Chlorid und Fluorid als Liganden für Sc-Komplexierung, die Unterschiede in der Löslichkeit und Speziation zwischen Sc und den REE und Y und die relativen Beiträge von magmatischen und hydrothermalen Prozessen bei der Anreicherung von Sc. Das beantragte Projekt wird den hydrothermalen Transport von Sc mit Hilfe eines Ansatzes untersuchen, der Löslichkeits-Experimente, theoretische Simulationen der Sc-Komplexierung, Fluideinschluss-Studien der Sc-Konzentrationen in magmatisch-hydrothermalen Systemen und geochemische Modellierung integriert. Das Projekt wird 4 Module umfassen, die gemeinsam zu einem fundamental neuen Verständnis der hydrothermalen Geochemie von Sc führen werden. Modul A wird die Löslichkeit von Sc in wässrigen Chlorid- und Fluorid-Lösungen durch Batch-Experimente bei 100-300 º C untersuchen. Modul B wird die Komplexierung von Sc mit Chlorid und Fluorid in hydrothermalen Lösungen durch theoretische Simulationsmethoden (Molekular-Dynamik) untersuchen. Basierend auf den experimentellen und theoretischen Resultaten wird ein neues intern-konsistentes thermodynamisches Modell für die Löslichkeit und Speziation von Sc in hydrothermalen Fluiden entwickelt werden. Modul C wird die chemische Zusammensetzung von Fluideinschlüssen von natürlichen magmatisch-hydrothermalen Systemen mit Sc-Mineralisation untersuchen. Modul D wird durch geochemische Modellierung den Effekt von wesentlichen Systemvariablen (Temperatur, Druck, Salinität, Fluorkonzentration, pH) auf den Transport von Sc in magmatisch-hydrothermalen Systemen untersuchen. Gleichzeitig sollen durch Modellrechnungen die Unterschiede in der Löslichkeit und Speziation zwischen Sc und den REE und Y untersucht werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Schweiz
• Kooperationspartner: Professor Dr. Sandro Jahn; Dr. Dmitrii Kulik; Dr. Anselm Loges; Dr. George Miron