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Título: The solubility of gold in water-hydrogen sulphide vapours: an experimental study
Autores: Zezin, Denis
Fecha: 2011
Publicador: McGill University - MCGILL
Fuente:
Tipo: Electronic Thesis or Dissertation
Tema: Earth Sciences - Geochemistry
Descripción: This thesis presents the results of an experimental study of the solubility of Au in reduced sulphur-bearing vapours at elevated temperature and pressure, as well as the PVTx properties of H2O-H2S gas mixtures. The solubility of gold was measured in pure H2S gas and H2O-H2S gas mixtures. Results of the experiments demonstrate that the fugacity of gold increases with the fugacity of H2S, and that reactions involving the formation of volatile sulphide species control the solubility of gold in the gas phase. The results obtained for pure H2S gas indicate that solvation of sulphide gold species by molecules of H2S significantly increases the dissolution of gold, whereas the experiments with H2O-H2S vapour mixtures showed that this dissolution is further enhanced by hydration of the gold sulphide. The reactions of formation of solvated and hydrated gaseous complexes AuS(H2S)n and AuS(H2O)m are interpreted to control the solubility of gold in H2O-H2S gas mixtures. Equilibrium constants and the solvation or hydration numbers (n or m) for these reactions were determined by minimizing the errors between the results for an optimized solvation/hydration model and the experimental data. The fugacity of H2S and H2O required for the model calculation were determined from the experimentally determined PVTx properties of the H2O-H2S fluid mixtures; the latter were modeled using cubic equations of state with composition- and density-dependent mixing rules and adjusted binary interactions parameters.Under the experimental conditions of this study, i.e., temperatures from 300 to 400 °C, pressures up to 265 bar, and hydrogen fugacity constrained by the reaction H2+S=H2S, the solubility of gold in reduced sulphur-bearing vapour is relatively high (up to 1 ppb), and the results obtained provide strong evidence that H2S plays an important role in the vapour transport of gold. As most natural hydrothermal vapours are water rich (>90% H2O), gold will be transported in the vapour dominantly as an hydrated gold sulphide, provided that there is sufficient reduced sulphur (H2S) in the vapour for complexation. The stoichiometry and stability of the gold complexes determined in this study represent an important contribution to our knowledge of the chemical properties of volatile metal species and permit accurate modeling of vapour-related processes involved in the mobilization, transport and deposition of gold in magmatic hydrothermal systems, notably those of epithermal environments.
Cette thèse présente les résultats d'une étude expérimentale sur la solubilité de l'or dans des vapeurs contenant du souffre à l'état réduit à haute pression et température, ainsi que les propriétés PVTx de mélanges gazeux de H2O-H2S. La solubilité de l'or a été mesurée dans du H2S gazeux pur et dans des mélanges gazeux de H2O-H2S. Les résultats de cette expérience démontrent que la fugacité de l'or augmente avec la fugacité de H2S, et que les réactions qui mènent à la production d'espèces volatiles de souffre contrôlent la solubilité de l'or dans la phase gazeuse. Les résultats obtenus pour le gaz de sulfure d'hydrogène à l'état pur indiquent que la solvatisation des espèces de sulfure d'or par les molécules de sulfure d'hydrogène augmente de façon significative la dissolution de l'or, alors que les résultats issus des expériences utilisant des mélanges gazeux de H2O et de H2S montrent que cette dissolution est davantage augmentée par l'hydratation du sulfure d'or. Nous proposons que les réactions de formation de solvates et hydratée complexes gazeux AuS(H2S)n et AuS(H2O)m contrôlent la solubilité de l'or dans des mélanges de H2O-H2S. Les constantes d'équilibre ainsi que le degré de solvatisation ou d'hydratation (n ou m) pour ces réactions furent déterminés par minimisation de l'erreur entre les résultats obtenus d'un modèle de solvatation/hydratation optimisé et les données expérimentales. Les fugacités de H2S et de H2O requises pour les calculs du dit modèle furent établies en utilisant les propriétés de PVTx expérimentalement déterminées pour les mélanges fluides de H2O-H2S; ces dernières furent modélisées en utilisant des équations d'état cubiques avec des lois de mélange sur la dépendance de composition et densité, ainsi que des paramètres sur les interactions binaires spécialement ajustées.Dans les conditions de cette étude, c'est- à -dire à 300-400 °C et à des pressions jusqu'à 265 bars, la fugacité de l'hydrogène étant contrainte par la réaction chimique H2+S=H2S, la solubilité de l'or dans des vapeurs de soufre à l'état réduit est relativement élevée (jusqu'à 1 ppb), et les résultats démontrent que le sulfure d'hydrogène joue un rôle important dans le transport de l'or par la vapeur. La plupart des vapeurs hydrothermales dans la nature sont riches en eau (>90% H2O), donc l'or sera transporté par la vapeur sous la forme de sulfure d'or hydraté si il y a assez de sulfure d'hydrogène à l'état réduit pour qu'il y ait complexation. La stœchiométrie et la stabilité des complexes d'or déterminés dans cette étude représentent une contribution essentielle à la caractérisation des propriétés chimiques sur les espèces métalliques volatiles et permettent une modélisation précise des processus à l'état vapeur et inhérents à la mobilisation, le transport et le dépôt de l'or dans des systèmes hydrothermaux magmatiques, en particulier les environnements épithermaux.
Idioma: en