Understanding the behaviour of tantalum (Ta) in hydrothermal systems is pivotal for understanding its geochemical enrichment processes and economic extraction via hydrometallurgy. Yet, its behaviour in hydrothermal systems remains poorly characterised. This study investigates the coordination chemistry, speciation, and solubility of pentavalent Ta(V) in fluoride (F) − and chloride (Cl) −rich hydrothermal solutions up to 413 °C and 800 bar, utilising in-situ High Energy Resolution Fluorescence Detected X-ray Absorption Spectroscopy (HERFD-XAS). The results reveal the stability of high order fluoridotantalate complexes in fluoride-rich fluids solutions up to the highest investigated temperature, highlighting fluoride’s paramount role in enhancing Ta solubility through the formation of stable fluoridotantalate complexes in aqueous solutions. A transition from nonafluoridotantalate tetraanion (TaF94−) to heptafluoridotantalate dianion (TaF72−) complexes was observed as a function of temperature in solutions containing ≥1 m fluoride. Conversely, our findings indicate a negligible role for chloride in Ta complexation even in high Cl (∼6 m) aqueous solutions, suggesting that Ta chloride complexes do not contribute significantly to Ta transport in hydrothermal systems. Existing solubility data were reinterpreted based on an updated speciation model that integrates the in-situ XAS results. This confirms that Ta(OH)5(aq) predominates in solutions containing <0.02 m fluoride; oxyfluoridotantalate anions such as [TaF3(OH)3−] dominate in solutions containing intermediate fluoride concentrations (0.02–1 m), and the fluoridotantalate anions [TaF94− to TaF72−] occur in more concentrated fluoride solutions (>1 m) at hydrothermal conditions (∼100–400 °C). Derived thermodynamic data for these species enable better understanding and geochemical modelling of Ta transport in hydrothermal fluids, highlighting the potential of F-rich fluids to transport significant amounts of Ta.

中文翻译：

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热液流体中的钽


了解钽 （Ta） 在热液系统中的行为对于了解其地球化学富集过程和通过湿法冶金进行经济开采至关重要。然而，它在热液系统中的行为仍然没有得到很好的描述。本研究利用原位高能分辨率荧光检测 X 射线吸收光谱 （HERFD-XAS） 研究了五价 Ta（V） 在高达 413 °C 和 800 bar 的富含氟化物 （F） 和氯化物 （Cl） 的热液溶液中的配位化学、形态形成和溶解度。结果揭示了高阶氟钽酸盐配合物在富含氟化物的流体溶液中直至研究的最高温度的稳定性，突出了氟化物通过在水溶液中形成稳定的氟钽酸盐配合物在增强 Ta 溶解度方面的重要作用。在含有 ≥1 M 氟化物的溶液中，观察到从九氟钽酸四阴离子 （TaF94−） 到七氟钽酸二阴离子 （TaF72−） 络合物的转变与温度的函数关系。相反，我们的研究结果表明，即使在高 Cl （∼6 m） 水溶液中，氯化物在 Ta 络合中的作用也可以忽略不计，这表明 Ta 氯化物络合物对热液系统中的 Ta 传输没有显着贡献。现有的溶解度数据根据整合原位 XAS 结果的更新形态模型重新解释。这证实了 Ta（OH）5（aq） 在含有 <0.02 m 氟化物的溶液中占主导地位;氧氟钽酸阴离子，如 [TaF3（OH）3−] 在含有中等氟化物浓度 （0.02–1 m） 的溶液中占主导地位，而氟钽酸阴离子 [TaF94− 至 TaF72−] 在水热条件 （∼100–400 °C） 下出现在浓度更高的氟化物溶液 （>1 m） 中。 这些物质的衍生热力学数据有助于更好地理解和模拟热液流体中 Ta 的运移，突出了富 F 流体输送大量 Ta 的潜力。