Disolución de barita con DTPA para la separación de circón detrítico

Abstract

"La separación de circón detrítico en rocas clásticas sedimentarias es una actividad primordial en numerosas investigaciones geológicas debido a que su análisis robustece estudios de correlación y procedencia de areniscas, reconstrucciones paleogeográficas, geocronológicas y análisis Isotópicos. No obstante, la separación del circón se complica debido a la presencia de un mineral accesorio llamado barita, que es difícil se remover aun después de pasar por las diferentes fases del proceso de separación. A la fecha, la separación del circón de la barita se efectúa físicamente por medio de un molino que tritura y remueve la barita bajo dos supuestos: 1) Que el uso del molino puede romper los cristales de barita y 2) Que la molienda no contribuye al rompimiento de los cristales de circón. Sin embargo, estudios recientes no sugieren si estos supuestos, pueden o no necesariamente cumplirse. Por lo anterior, este trabajo tuvo como objetivo determinar si el proceso de trituración física de barita tiene afectaciones en los cristales de circón que pudieran causar un sesgo en la muestra, y a su vez, probar otro método que facilite realizar esta separación mineral sin dañar la integridad de los cristales de circón, por medio de la disolución de barita con ácido pentético (DTPA). Para esto, en los laboratorios de la Universidad de Arizona, se prepararon dos muestras denominadas UA1X y UA10X, usando el microscopio Nikon SMZ1000 y siguiendo la metodología de Guerrero (2017). Individualmente estas muestras contenían barita y 100 cristales de circón de doble terminación en perfectas condiciones. La diferencia entre cada una fue que la muestra UA1X contaba con una proporción 1:1 de barita y circón, mientras que la UA10X contaba con 10 veces más barita que granos de circón. Posteriormente ambas muestras fueron sometidas al proceso de separación de circón usando el molino VARI-MIX III por 6 minutos, de acuerdo al procedimiento estandarizado del laboratorio. Con respecto al procedimiento de remoción de barita por medio de disolución, se experimentó usando una solución de DTPA, hidróxido de potasio (KOH) y carbonato de potasio (K₂CO₃). Dicha disolución se llevó acabo a diferentes condiciones de temperatura, tiempo de ebullición, volumen de la solución y concentración del agente quelante con la finalidad de lograr disolver la mayor cantidad de barita. En los experimentos de trituración de barita se observó, por medio de estudios de microscopia electrónica de barrido, que después de moler la muestra en el VARI-MIX III, los cristales de circón estaban fracturados y rotos. De hecho, de los 100 cristales de circón iniciales, solo 64 de ellos permanecieron en la muestra UA1X y sólo 70 de ellos en la muestra UA10X. Lo anterior reveló que, así como el molino tritura la barita también fractura y rompe a los cristales de circón que pasan por este proceso de físico, contribuyendo a la posible futura presentación de sesgos en experimentos posteriores de datación radiométrica, correlación de areniscas u otros análisis de la muestra. Con relación a la disolución de barita con DTPA, los experimentos demostraron que una solución de DTPA es capaz de disolver barita sin afectar físicamente al circón, y que el uso de K₂CO₃ incrementa el porcentaje de disolución de barita hasta un 95.6 %. De la misma forma, este trabajo identificó que la concentración que remueve la mayor cantidad de barita de una muestra es la 0.1 M DTPA cuando se agrega K₂CO₃ (6% de la masa total de la solución acuosa), al tener un tiempo de ebullición de 60 minutos. Por lo tanto, en este proyecto se propone un método para mejorar la separación de barita de una muestra de roca recolectada en campo contribuyendo así a resolver el problema del sesgo en la información, al disolver la barita sin ocasionar daños físicos en el circón."

"The separation of detrital zircon in sedimentary clastic rocks is a chief activity in diverse geological researches due to its analysis strengthens correlation and provenance studies of sandstones, paleogeographic and geochronological reconstructions and isotopic analyzes. However, the zircon separation is complicated by the presence of an accessory mineral called barite, which is difficult to remove even after going through the different phases of the separation process. Nowadays, the separation of the zircon from the barite is carried out physically using a mill that crushes and removes the barite under two assumptions: 1) That the use of the mill can break the barite crystals and 2) That the milling does not contribute to the breaking of zircon crystals. Nonetheless, recent studies do not suggest whether these assumptions may or may not necessarily be fulfilled. Therefore, this work aimed to determine if the physical crushing process of barite has effects on the zircon crystals that could cause a bias in the sample, and in addition to this, to test another method that aids this mineral separation without damaging the integrity of the zircon crystals, through barite dissolution with pentetic acid (DTPA). Hence, in the laboratories of the University of Arizona, two samples called UA1X and UA10X were prepared, using the Nikon SMZ1000 microscope and following the methodology of Guerrero (2017). Individually these samples contained barite and 100 double-ended circle crystals in perfect condition. The difference between each other was that the UA1X sample had a 1: 1 ratio of barite to zircon, while the UA10X had 10 times more barite than zircon grains. Subsequently, both samples were subjected to the zircon separation process using the VARI-MIX III mill for 6 minutes, according to the standardized laboratory procedure. Regarding the barite removal procedure, the barite dissolution was experimented using a solution of DTPA, potassium hydroxide (KOH), and potassium carbonate (K2CO3). This dissolution was carried out at different conditions of temperature, boiling time, the volume of the solution and concentration of the chelating agent in order to dissolve the largest amount of barite. In the barite crushing experiments it is found through scanning electron microscopy studies, that after grinding the sample in the VARI-MIX III, the zircon crystals were fractured and broken. In fact, of the initial 100 zircon crystals, only 64 of them remained in the UA1X sample, and only 70 of them remained in the UA10X sample. The foregoing revealed that just as the mill crushes the barite, it also fractures and breaks the zircon crystals that go through this physical process, contributing to the possible future presentation of biases in later experiments of radiometric dating, sandstone correlation or other sample analysis. Regarding the dissolution of barite with DTPA, the experiments showed that a DTPA solution is capable of dissolving barite without physically affecting the zircon, and that the use of K2CO3 increases the percentage of barite dissolution up to 95.6%. In the same way, this work identified that the concentration that removes the greatest amount of barite from a sample is 0.1 M DTPA when K2CO3 is added (6% of the total mass of the aqueous solution), having a boiling time of 60 minutes. Therefore, this project proposes a method to improve the barite separation from a rock sample collected in the field, helping in this way to solve the problem of information bias, by dissolving the barite without causing physical damage to the zircon."