Monazit - Monazite
Monazit | |
---|---|
![]() Monazit- (Ce)
| |
General | |
Categorie | Minerale fosfat |
Formula (unitate repetată) |
(Ce, La, Th) PO 4 |
Clasificarea Strunz | 8.AD.50 |
Sistem de cristal | Monoclinic |
Clasa de cristal | Prismatic (2 / m) (același simbol H – M ) |
Grup spațial | P2 1 / n |
Identificare | |
Culoare | Portocaliu, Violet, Maro roșcat, maro, galben pal, roz, albastru, verde, gri, |
Obiceiul de cristal | De obicei sub formă de cristale prismatice sau în formă de pană |
Înfrățire | Contactați gemenii obișnuiți |
Clivaj | Distinct pe [100] sărac pe [010] |
Fractură | Concoidale până la inegale |
Duritatea scării Mohs | 5.0–5.5 |
Luciu | Răinos, vitros până la adamantin |
Stria | alb |
Diafanitate | Translucid la opac |
Gravitație specifică | 4.6-5.7 (4.98-5.43 pentru monazit-Ce) |
Proprietati optice | Biaxial (+) |
Indicele de refracție |
n α = 1.770-1.793 n β = 1.778-1.800 n γ = 1.823-1.860 |
Pleochroism | Slab |
Unghi 2V | 10–26 ° |
Punct de topire | 1900–2100 |
Alte caracteristici |
![]() |
Magnetism | Paramagnetic, moderat puternic |
Referințe |
Monazitul este un mineral în principal fosfat maro-roșcat care conține elemente din pământuri rare . Datorită variabilității compoziției, monazitul este considerat un grup de minerale. Cea mai comună specie a grupului este monazitul (Ce) , adică membrul dominant al ceriului din grup. Apare de obicei în mici cristale izolate . Are o duritate cuprinsă între 5,0 și 5,5 pe scara Mohs de duritate minerală și este relativ densă , de aproximativ 4,6 până la 5,7 g / cm 3 . Există cinci specii diferite de monazit, în funcție de cantitățile relative de elemente din pământul rar din mineral:
- monazit- ( Ce ), (Ce, La, Nd, Th ) PO 4 (cel mai comun membru),
- monazit- (La) , (La, Ce, Nd) PO 4 ,
- monazit- (Nd) , (Nd, La, Ce) PO 4 ,
- monazit- (Sm) , (Sm, Gd , Ce, Th) PO 4 ,
- monazit- ( Pr ), (Pr, Ce, Nd, Th) PO 4 .
Elementele din paranteze sunt enumerate în ordinea proporției lor relative din mineral: lantanul este cel mai comun element de pământ rar din monazit (La) și așa mai departe. Dioxid de siliciu (SiO 2 ) este prezent în cantități infime, precum și cantități mici de uraniu și toriu . Datorită descompunerii alfa a toriului și a uraniului, monazitul conține o cantitate semnificativă de heliu , care poate fi extrasă prin încălzire.
Monazitul este un minereu important pentru toriu, lantan și ceriu. Se găsește adesea în depozitele de placer . India , Madagascar și Africa de Sud au depozite mari de nisipuri monazite. Depozitele din India sunt deosebit de bogate în monazit.
Monazitul este radioactiv datorită prezenței torului și, mai rar, a uraniului. Dezintegrarea radiogenică a uraniului și toriului în plumb permite datarea monazitului prin geocronologie monazitică . Cristalele de monazit au adesea mai multe zone distincte care s-au format prin evenimente geologice succesive care duc la cristalizarea monazitei. Aceste domenii pot fi datate pentru a obține o perspectivă asupra istoriei geologice a rocilor gazdă.
Numele de monazit provine din grecescul μονάζειν (a fi solitar), prin Monazit german , în aluzie la cristalele sale izolate.
Structura
Toți monaziții adoptă aceeași structură, ceea ce înseamnă că conectivitatea atomilor este foarte asemănătoare cu ceilalți compuși de tip M (III) PO 4 . Centrii M (III) au o sferă de coordonare distorsionată fiind înconjurat de opt oxizi cu distanțe M – O în lungime de aproximativ 2,6 Å. Anionul fosfat este tetraedric, ca de obicei. Același motiv structural este observat pentru cromatul de plumb (PbCrO 4 ).
Istoria minelor
Nisipul monazit din Brazilia a fost observat pentru prima dată în nisipul transportat în balastul navei de Carl Auer von Welsbach în anii 1880. Von Welsbach căuta toriu pentru mantile sale incandescente nou inventate . Nisipul monazit a fost adoptat rapid ca sursă de toriu și a devenit fundamentul industriei pământurilor rare.
Nisipul monazit a fost, de asemenea, extras pentru scurt timp în Carolina de Nord , dar, la scurt timp după aceea, au fost găsite depozite extinse în sudul Indiei . Monazitul brazilian și indian a dominat industria înainte de cel de-al doilea război mondial, după care s-au transferat importante activități miniere în Africa de Sud . Există, de asemenea, depozite mari de monazit în Australia .
Monazitul a fost singura sursă semnificativă de lantanide comerciale , dar îngrijorarea cu privire la eliminarea produselor fiice radioactive de toriu, bastnäsite a ajuns să înlocuiască monazitul în producția de lantanide în anii 1960, datorită conținutului său de toriu mult mai scăzut. Interesul crescut pentru toriu pentru energia nucleară poate readuce monazitul în uz comercial.
Mineralizare și extracție
Datorită densității lor ridicate, mineralele monazitice se concentrează în nisipurile aluviale atunci când sunt eliberate de degradarea pegmatitelor . Aceste așa-numite depozite de placer sunt adesea nisipuri de plajă sau plaje fosile și conțin alte minerale grele de interes comercial, cum ar fi zirconul și ilmenitul . Monazitul poate fi izolat ca un concentrat aproape pur prin utilizarea separării gravitaționale, magnetice și electrostatice.
Depozitele de nisip monazit sunt inevitabil din compoziția monazitului ( Ce ). De obicei, lantanidele din astfel de monaziți conțin aproximativ 45-48% ceriu , aproximativ 24% lantan , aproximativ 17% neodim , aproximativ 5% praseodim și cantități minore de samariu , gadoliniu și itriu . Concentrațiile de europiu tind să fie scăzute, aproximativ 0,05%. Monazitul „rock” sud-african, din Steenkampskraal , a fost prelucrat în anii 1950 și începutul anilor 1960 de către Divizia Lindsay Chemical din American Potash and Chemical Corporation , pe atunci cel mai mare producător de lantanide din lume. Monazitul Steenkampskraal a furnizat un set complet de lantanide. Concentrațiile foarte scăzute ale celor mai grele lantanide din monazit au justificat termenul de pământ "rar" pentru aceste elemente, cu prețuri care să se potrivească. Conținutul de toriu al monazitei este variabil și uneori poate fi de până la 20-30%. Monazitul din anumite carbonatite sau din venele boliviene de minereu de staniu este în esență lipsit de toriu. Cu toate acestea, nisipurile comerciale monazitice conțin de obicei între 6 și 12% oxid de toriu.
Crăparea acidă
Procesul inițial pentru „crăparea” monazitei pentru a extrage conținutul de toriu și lantanidă a fost încălzirea acestuia cu acid sulfuric concentrat la temperaturi cuprinse între 120 și 150 ° C timp de câteva ore. Variațiile raportului dintre acid și minereu , gradul de încălzire și măsura în care a fost adăugată apă ulterior au condus la mai multe procese diferite de separare a toriului de lantanide. Unul dintre procese a făcut ca toriul să precipite sub formă de fosfat sau pirofosfat sub formă brută, lăsând o soluție de sulfați de lantanidă, din care lantanidele să poată fi precipitate cu ușurință sub forma unui sulfat de sodiu dublu . Metodele cu acid au dus la generarea de deșeuri acide considerabile și la pierderea conținutului de fosfat al minereului.
Crăpături alcaline
Un proces mai recent folosește soluție fierbinte de hidroxid de sodiu (73%) la aproximativ 140 ° C. Acest proces permite recuperarea conținutului valoros de fosfat al minereului sub formă de fosfat trisodic cristalin . Amestecul de lantanidă / hidroxid de toriu poate fi tratat cu acid clorhidric pentru a furniza o soluție de cloruri de lantanidă și un nămol insolubil de hidroxid de toriu mai puțin bazic.
Extracția metalelor din pământuri rare din minereul monazit
Următorii pași detaliază extracția metalelor din pământuri rare din minereul monazit. Procesul necesită multe neutralizări și filtrări.
- Polizor: Se macină minereul de monazit la ~ 150 micrometri. Minereu monazitul conține 55-60% oxizi metalici de pământuri rare , împreună cu data de 24 la 29% P 2 O 5 , 5 până la 10% Tho 2 și 0,2 până la 0,4% U 3 O 8 .
- Digestie: monazitul zdrobit este amestecat cu acid sulfuric foarte concentrat (93% acid) la temperaturi de alimentare de la 150 la 180 ° C. Raportul dintre acid și minereu variază în funcție de concentrația minereului (incapabil să găsească intervalul de raport). Digestorul este agitat puternic cu un agitator robust și funcționează la temperaturi cuprinse între 200 și 300 ° C. Acidul este încărcat în reactor și încălzit înainte de minereu. Produsul insolubil acoperă boabele de minereu zdrobit. Temperatura din reactor crește din cauza căldurii degajate de reacțiile exoterme. După ~ 15 minute, vâscozitatea soluției a crescut și soluția este similară cu un aluat. Produsul reacționează timp de 3 până la 4 ore. Se scoate apoi din digestor înainte ca soluția să se întărească. Raportul dintre acidul sulfuric și nisipul îndepărtat este de 1,6 până la 2,5.
- Dizolvare: Conținutul reactorului este răcit la 70 ° C și lixiviat cu 30 ° C apă. Se folosește un raport de 10 părți apă / masă de minereu adăugat inițial. Acest proces de levigare continuă timp de 12 până la 15 ore.
- Filtrare: Toate solidele de la pasul trei sunt filtrate. Astfel de solide includ: siliciu, rutil, zircon, ilmenit și resturi de monazit nedigerate. Soluția rezultată se numește sulfat de monazit.
- Diluare: Diluați sulfatul de monazit cu 6-7 părți de apă la 30 ° C.
- Neutralizare: Se adaugă NH 3 (apos) pentru a neutraliza la un pH de 1,1 pentru a forma un precipitat selectiv de turtă toriu-fosfat.
- Filtrare: Se colectează precipitatul de fosfat de toriu în timpul filtrării soluției de monazit neutralizate.
- Uscător: Alimentați prăjitura de toriu-fosfat printr-un uscător la ~ 120 ° C pentru a crea fosfat de toriu concentrat.
- Neutralizare: Se adaugă NH 3 (aq) la restul de soluție monazitul pentru a crea un precipitat de pământuri rare-metal la un pH de 2,3.
- Filtrare: Se filtrează precipitatul RE pentru a rezulta hidroxizi metalici concentrați din pământuri rare.
- Neutralizare: Se adaugă NH 3 (apos) pentru a rămas filtratul până la un pH de 6. Acest lucru creează un precipitat de uraniu concentrat.
- Filtrare: Se filtrează soluția rămasă pentru a produce concentrat de uraniu.
Produsele finale obținute pentru acest proces sunt concentrat de toriu-fosfat, hidroxizi RE și concentrat de uraniu.
Referințe
Lecturi suplimentare
- JC Bailar și colab., Comprehensive Inorganic Chemistry , Pergamon Press, 1973.
- RJ Callow, The Industrial Chemistry of the Lanthanons, Yttrium, Thorium and Uranium , Pergamon Press 1967. LCCN 67-14541 .
- Gupta, CK și N. Krishnamurthy, Metalurgia extactivă a pământurilor rare , CRC Press, 2005, ISBN 0-415-33340-7 .
- Gupta, CK și TK Mukherjee. Hidrometalurgia în procesele de extracție , Boca Raton, Florida: CRC Press, 1990. Print.
- Listă de prețuri, Divizia Lindsay Chemical, American Potash and Chemical Corporation, 1960.
- RC Vickery, Chimia Lantanonilor , Butterworths și Academic Press, 1953.
linkuri externe
- Monazit
- O stare neobișnuită Poem despre monazit de Roald Hoffman
- „British Monazite Mine, Shelby, NC” în colecția de cărți poștale din Carolina de Nord Durwood Barbour (P077), Arhiva fotografică a colecției Carolina de Nord, Biblioteca Wilson, UNC-Chapel Hill
- radiații (în) paradis - secretul nisipului de pe YouTube ; al treilea dintr-o serie de videoclipuri despre o plajă monazită din Brazilia.
- Monazit, toriu și mezotoriu (1915)