Trace-element modeling of the magmatic evolution of rare-earth-rich carbonatite from the Miaoya deposit, Central China

Carbonatites are known to contain the highest concentrations of rare-earth elements (REE) among all igneous rocks. The REE distribution of carbonatites is commonly believed to be controlled by that of the rock forming Ca minerals (i.e., calcite, dolomite, and ankerite) and apatite because of their high modal content and tolerance for the substitution of Ca by light REE (LREE). Contrary to this conjecture, calcite from the Miaoya carbonatite (China), analyzed in situ by laser-ablation inductively-coupled-plasma mass-spectrometry, is characterized by low REE contents (100–260 ppm) and relatively !at chondrite-normalized REE distribution patterns [average (La/Yb)CN=1.6]. The carbonatite contains abundant REE-rich minerals, including monazite and !uorapatite, both precipitated earlier than the REE-poor calcite, and REE-fluorocarbonates that postdated the calcite. Hydrothermal REE-bearing !uorite and barite veins are not observed at Miaoya. The textural and analytical evidence indicates that the initially high concentrations of REE and P in the carbonatitic magma facilitated early precipitation of REE-rich phosphates. Subsequent crystallization of REE-poor calcite led to enrichment of the residual liquid in REE, particularly LREE. This implies that REE are generally incompatible with respect to calcite and the calcite/melt partition coefficients for heavy REE (HREE) are significantly greater than those for LREE. Precipitation of REE-fluorocarbonates late in the evolutionary history resulted in depletion of the residual liquid in LREE, as manifested by the development of HREE-enriched late-stage calcite [(La/Yb)CN=0.7] in syenites associated with the carbonatite. The observed variations of REE distribution between calcite and whole rocks are interpreted to arise from multistage fractional crystallization (phosphates!calcite!REE-!uorocarbonates) from an initially REE-rich carbonatitic liquid.

Clinopyroxene based glasses and glass-ceramics for functional applications

As piroxenas são um vasto grupo de silicatos minerais encontrados em muitas rochas ígneas e metamórficas. Na sua forma mais simples, estes silicatos são constituídas por cadeias de SiO3 ligando grupos tetrahédricos de SiO4. A fórmula química geral das piroxenas é M2M1T2O6, onde M2 se refere a catiões geralmente em uma coordenação octaédrica distorcida (Mg2+, Fe2+, Mn2+, Li+, Ca2+, Na+), M1 refere-se a catiões numa coordenação octaédrica regular (Al3+, Fe3+, Ti4+, Cr3+, V3+, Ti3+, Zr4+, Sc3+, Zn2+, Mg2+, Fe2+, Mn2+), e T a catiões em coordenação tetrahédrica (Si4+, Al3+, Fe3+). As piroxenas com estrutura monoclínica são designadas de clinopiroxenes. A estabilidade das clinopyroxenes num espectro de composições químicas amplo, em conjugação com a possibilidade de ajustar as suas propriedades físicas e químicas e a durabilidade química, têm gerado um interesse mundial devido a suas aplicações em ciência e tecnologia de materiais. Este trabalho trata do desenvolvimento de vidros e de vitro-cerâmicos baseadas de clinopiroxenas para aplicações funcionais. O estudo teve objectivos científicos e tecnológicos; nomeadamente, adquirir conhecimentos fundamentais sobre a formação de fases cristalinas e soluções sólidas em determinados sistemas vitro-cerâmicos, e avaliar a viabilidade de aplicação dos novos materiais em diferentes áreas tecnológicas, com especial ênfase sobre a selagem em células de combustível de óxido sólido (SOFC). Com este intuito, prepararam-se vários vidros e materiais vitro-cerâmicos ao longo das juntas Enstatite (MgSiO3) - diopsídio (CaMgSi2O6) e diopsídio (CaMgSi2O6) - Ca - Tschermak (CaAlSi2O6), os quais foram caracterizados através de um vasto leque de técnicas. Todos os vidros foram preparados por fusão-arrefecimento enquanto os vitro-cerâmicos foram obtidos quer por sinterização e cristalização de fritas, quer por nucleação e cristalização de vidros monolíticos. Estudaram-se ainda os efeitos de várias substituições iónicas em composições de diopsídio contendo Al na estrutura, sinterização e no comportamento durante a cristalização de vidros e nas propriedades dos materiais vitro-cerâmicos, com relevância para a sua aplicação como selantes em SOFC. Verificou-se que Foi observado que os vidros/vitro-cerâmicos à base de enstatite não apresentavam as características necessárias para serem usados como materiais selantes em SOFC, enquanto as melhores propriedades apresentadas pelos vitro-cerâmicos à base de diopsídio qualificaram-nos para futuros estudos neste tipo de aplicações. Para além de investigar a adequação dos vitro-cerâmicos à base de clinopyroxene como selantes, esta tese tem também como objetivo estudar a influência dos agentes de nucleação na nucleação em volume dos vitro-cerâmicos resultantes á base de diopsídio, de modo a qualificá-los como potenciais materiais hopedeiros de resíduos nucleares radioactivos.