Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Не путать с полевошпатовой магматической интрузивной породой Монцонит .
Монацит
Монацит- (Ce) -164025.jpg
Монацит- (Ce)
Общий
КатегорияФосфатные минералы
Формула
(повторяющаяся единица)		(Ce, La, Th) PO 4
Классификация Струнца8.AD.50
Кристаллическая системаМоноклиника
Кристалл классПризматический (2 / м)
(тот же символ H – M )
Космическая группаP2 1 / п
Идентификация
ЦветОранжевый, фиолетовый, красновато-коричневый, коричневый, бледно-желтый, розовый, синий, зеленый, серый,
Хрустальная привычкаОбычно в виде призматических или клиновидных кристаллов.
TwinningКонтактные близнецы общие
РасщеплениеОтлично на [100] плохо на [010]
ПереломОт конхоидальной до неровной
Твердость по шкале Мооса5,0–5,5
БлескСмолистый, от стекловидного до адамантинового
Полосабелый
ПрозрачностьОт полупрозрачного до непрозрачного
Удельный вес4.6–5.7 (4.98–5.43 для монацита-Ce)
Оптические свойстваБиаксиальный (+)
Показатель преломленияn α = 1,770–1,793
n β = 1,778–1,800
n γ = 1,823–1,860
ПлеохроизмСлабый
Угол 2V10–26 °
Температура плавления1900–2100
Другие характеристикиRadioactive.svg Радиоактивный, если богат ураном и / или торием, тускло-коричневая катодолюминесценция , парамагнитный
МагнетизмДиамагнитный, очень слабо
Рекомендации[1] [2]

Монацит - это в основном красновато-коричневый фосфатный минерал , содержащий редкоземельные элементы . Из-за изменчивости состава монацит считается группой минералов. [3] Наиболее распространенным видом группы является монацит (Ce), то есть член группы с преобладанием церия. [4] Обычно это происходит в небольших изолированных кристаллах . Он имеет твердость от 5,0 до 5,5 по шкале твердости минералов Мооса и является относительно плотным , примерно от 4,6 до 5,7 г / см 3 . В зависимости от относительного элементного состава минерала существует пять различных наиболее распространенных «видов» (фактически отдельных видов) монацита: [5]

  • монацит- ( Ce ), (Ce, La, Nd, Th ) PO 4 (наиболее распространенный член),
  • монацит- ( La ), (La, Ce, Nd) PO 4 ,
  • монацит- ( Nd ), (Nd, La, Ce) PO 4 ,
  • монацит- ( Sm ), (Sm, Gd , Ce, Th) PO 4 ,
  • монацит- ( Pr ), (Pr, Ce, Nd, Th) PO 4 .
  • (Менее концентрированные редкоземельные элементы могут варьироваться.)

Элементы в скобках перечислены в порядке их относительной пропорции в минерале: лантан является наиболее распространенным редкоземельным элементом в монаците (La) и так далее. Диоксид кремния (SiO 2 ) присутствует в следовых количествах, а также в небольших количествах урана и тория . Из-за альфа-распада тория и урана монацит содержит значительное количество гелия , который можно извлечь путем нагревания. [6]

Монацит - важная руда для тория, [7] лантана и церия. [8] Часто встречается в россыпных месторождениях . В Индии , Мадагаскаре и Южной Африке есть большие месторождения монацитовых песков. Месторождения Индии особенно богаты монацитом.

Монацит радиоактивен из-за присутствия тория и, реже, урана. Радиогенный распад урана и тория на свинец позволяет датировать монацит с помощью геохронологии монацита . Кристаллы монацита часто имеют несколько отдельных зон, которые сформировались в результате последовательных геологических событий, которые привели к кристаллизации монацита. [9] Эти области могут быть датированы, чтобы получить представление о геологической истории вмещающих пород.

Название монацит происходит от греческого μονάζειν («одиночный»), через немецкого « монацит» , в связи с его изолированными кристаллами. [10]

Структура [ править ]

Структура монацита. Цветовая схема: красный = O, бледно-голубой = P, темно-серый = Ce (III) и другие лантаноиды и актиниды.

Все монациты имеют одинаковую структуру, а это означает, что связь атомов очень похожа на другие соединения типа M (III) PO 4 . Центры M (III) имеют искаженную координационную сферу, окруженную восемью оксидами с расстояниями M – O около 2,6 Å в длину. Фосфат-анион, как правило, тетраэдрический. Такой же структурный мотив наблюдается и для хромата свинца (PbCrO 4 ). [11]

История майнинга [ править ]

Открытка с изображением монацитовой шахты в Шелби, Северная Каролина, с изображением следов тележек и моста.

Монацитовый песок из Бразилии был впервые замечен в песке, перевозимом в балласте корабля Карлом Ауэром фон Вельсбахом в 1880-х годах. Фон Вельсбах искал торий для своих недавно изобретенных накаленных мантий . Монацитовый песок быстро стал источником тория и стал основой индустрии редкоземельных металлов.

Монацитовый песок также недолго добывался в Северной Каролине , но вскоре после этого были обнаружены обширные месторождения на юге Индии . Бразильский и индийский монацит доминировали в отрасли до Второй мировой войны, после чего основная горнодобывающая деятельность перешла в Южную Африку . В Австралии также есть крупные месторождения монацита .

Монацит был единственным значительным источником коммерческих лантанидов , но беспокойство по поводу утилизации радиоактивных дочерних продуктов тория, бастнезита, пришел на смену монациту в производстве лантанидов в 1960-х годах из-за гораздо более низкого содержания тория. Повышенный интерес к торию для ядерной энергетики может вернуть монацит в коммерческое использование. [ необходима цитата ]

Минерализация и добыча [ править ]

Монацитовый порошок
Монацит - местонахождение: Мадагаскар - выставлен в Минералогическом музее, Бонн, Германия

Из-за своей высокой плотности минералы монацита концентрируются в аллювиальных песках, когда они высвобождаются в результате выветривания пегматитов . Эти так называемые россыпные отложения часто представляют собой пляжные или ископаемые песчаные пляжи и содержат другие тяжелые минералы, представляющие коммерческий интерес, такие как циркон и ильменит . Монацит можно выделить в виде почти чистого концентрата с помощью гравитационного, магнитного и электростатического разделения.

Отложения монацитового песка неизбежно имеют монацитовый ( Ce ) состав. Обычно лантаноиды в таких монацитах содержат около 45–48% церия , около 24% лантана , около 17% неодима , около 5% празеодима и незначительные количества самария , гадолиния и иттрия . Концентрации европия обычно низкие, около 0,05%. Южноафриканский каменный монацит из Стинкампскраала перерабатывался в 1950-х и начале 1960-х годов Линдсейским химическим подразделением Американской калийной и химической корпорации., в то время крупнейший производитель лантаноидов в мире. Монацит Steenkampskraal обеспечил поставку полного набора лантаноидов. Очень низкие концентрации самых тяжелых лантаноидов в монаците оправдывают термин «редкоземельные элементы» для этих элементов с соответствующими ценами. Содержание тория в монаците варьирует и иногда может достигать 20–30%. Монацит из определенных карбонатитов или из залежей оловянных руд Боливии практически не содержит тория. Однако промышленные монацитовые пески обычно содержат от 6 до 12% оксида тория.

Кислотный крекинг [ править ]

Первоначальный процесс «крекинга» монацита с целью извлечения содержащихся тория и лантаноидов заключался в нагревании его с концентрированной серной кислотой до температур от 120 до 150 ° C в течение нескольких часов. Вариации соотношения кислоты и руды , степени нагрева и степени добавления воды впоследствии привели к нескольким различным процессам отделения тория от лантаноидов. В одном из процессов торий выпадал в осадок в виде фосфата или пирофосфата в неочищенной форме, оставляя раствор сульфатов лантанидов, из которого лантаноиды могли быть легко осаждены в виде двойного сульфата натрия.. Кислотные методы привели к образованию значительных кислотных отходов и потере содержания фосфатов в руде.

Щелочное растрескивание [ править ]

В более позднем процессе используется горячий раствор гидроксида натрия (73%) при температуре около 140 ° C. Этот процесс позволяет извлекать ценный фосфат из руды в виде кристаллического тринатрийфосфата . Смесь лантанида / гидроксида тория может быть обработана соляной кислотой для получения раствора хлоридов лантаноидов и нерастворимого осадка менее основного гидроксида тория.

Извлечение редкоземельных металлов из монацитовой руды [ править ]

Технологическая схема извлечения редкоземельных металлов из монацитовой руды с использованием гидрометаллургии

Следующие шаги подробно описывают извлечение редкоземельных металлов из монацитовой руды. Процесс требует множества нейтрализаций и фильтров. [12] [13]

  1. Измельчитель: измельчите монацитовую руду до ~ 150 мкм. Монацитовая руда содержит 55–60% оксидов редкоземельных металлов , а также 24–29 % P 2 O 5 , 5–10% ThO 2 и 0,2–0,4 % U 3 O 8 .
  2. Переваривание: измельченный монацит смешивают с высококонцентрированной серной кислотой (93% кислоты) при температуре подачи от 150 до 180 ° C. Отношение кислоты к руде варьируется в зависимости от концентрации руды (невозможно найти диапазон соотношений). Варочный котел интенсивно перемешивают с помощью прочной мешалки и работает при температурах от 200 до 300 ° C. Кислота загружается в реактор и нагревается до руды. Нерастворимый продукт покрывает крупинки дробленой руды. Температура в реакторе повышается из-за тепла, выделяемого в результате экзотермических реакций. Через ~ 15 минут вязкость раствора увеличилась, и раствор стал похож на тесто. Продукт реагирует от 3 до 4 часов. Затем его удаляют из варочного котла до того, как раствор затвердеет. Отношение серной кислоты к удаленному песку составляет 1,6-2,5.
  3. Растворение: Содержимое реактора охлаждают до 70 ° C и выщелачивают 30 ° C водой. Используется соотношение 10 частей воды к массе первоначально добавленной руды. Этот процесс выщелачивания продолжается от 12 до 15 часов.
  4. Фильтрация: все твердые частицы с третьего шага отфильтровываются. К таким твердым веществам относятся: диоксид кремния, рутил, циркон, ильменит и остатки непереваренного монацита. Полученный раствор называется сульфатом монацита.
  5. Разбавление. Разбавьте сульфат монацита 6–7 частями воды при 30 ° C.
  6. Нейтрализация: добавить NH 3 (водн.) Для нейтрализации до pH 1,1 с образованием селективного осадка торий-фосфатной лепешки.
  7. Фильтрация: Соберите осадок фосфата тория во время фильтрации раствора нейтрализованного монацита.
  8. Сушилка: пропустите торий-фосфатный кек через сушилку при ~ 120 ° C, чтобы получить концентрированный фосфат тория.
  9. Нейтрализация: добавьте NH 3 (водн.) К оставшемуся раствору монацита, чтобы образовался осадок редкоземельного металла при pH 2,3.
  10. Фильтрация: отфильтровать осадок RE, чтобы получить концентрированные гидроксиды редкоземельных металлов.
  11. Нейтрализация: добавить NH 3 (водн.) К оставшемуся фильтрату до pH 6. При этом образуется концентрированный осадок урана.
  12. Фильтрация: Отфильтруйте оставшийся раствор, чтобы получить концентрат урана.

Конечными продуктами, получаемыми в этом процессе, являются торий-фосфатный концентрат, гидроксиды РЗЭ и урановый концентрат.

Ссылки [ править ]

  1. ^ Mineralienatlas .
  2. ^ Монацит . Справочник по минералогии. Проверено 14 октября 2011.
  3. ^ Группа монацитов на Mindat.org
  4. ^ Монацит- (Ce) на Mindat.org
  5. ^ Группа монацитов на Mindat.org
  6. ↑ «Гелий из песка» , март 1931 г., Popular Mechanics p. 460.
  7. ^ Вольфганг Штоль "Торий и соединения тория" Энциклопедия промышленной химии Ульмана 2012 Wiley-VCH, Weinheim. DOI : 10.1002 / 14356007.a27_001 .
  8. ^ МакГилл, Ян (2005) «Редкоземельные элементы» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана , Wiley-VCH, Weinheim. DOI : 10.1002 / 14356007.a22_607 .
  9. ^ Уильямс, Майкл Л .; Jercinovic, Michael J .; Хетерингтон, Каллум Дж. (2007). «Микрозондовая геохронология монацита: понимание геологических процессов путем интеграции состава и хронологии». Ежегодный обзор наук о Земле и планетах . 35 (1): 137–175. Bibcode : 2007AREPS..35..137W . DOI : 10.1146 / annurev.earth.35.031306.140228 . ISSN  0084-6597 .
  10. ^ Оксфордский словарь английского языка , 3-е издание, 2002 г.
  11. ^ Quareni, S .; де Пиери, Р. «Трехмерное уточнение структуры крокоита, PbCrO 4 », Acta Crystallographica 1965, том 19, стр. 287–289.
  12. ^ Гупта, СК и Т.К. Мукерджи. Гидрометаллургия в процессах добычи . Бока-Ратон, Флорида: CRC, 1990. Печать.
  13. ^ Гупта, CK, и Н. Кришнамурти. Добыча и металлургия редких земель . Бока-Ратон, Флорида: CRC, 2005. Печать.

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Дж. К. Байлар и др., Комплексная неорганическая химия , Pergamon Press, 1973.
  • Р. Дж. Кэллоу, Промышленная химия лантанонов, иттрия, тория и урана , Pergamon Press 1967. LCCN  67-14541 .
  • Гупта, К. К. и Н. Кришнамурти, Экстенсивная металлургия редких земель , CRC Press, 2005, ISBN 0-415-33340-7 . 
  • Гупта, С. К. и Т. К. Мукерджи. Гидрометаллургия в процессах добычи , Бока-Ратон, Флорида: CRC Press, 1990. Печать.
  • Прайс-лист, химическое подразделение Линдси, Американская калийная и химическая корпорация, 1960.
  • RC Vickery, Chemistry of the Lanthanons , Butterworths and Academic Press, 1953.

Внешние ссылки [ править ]

  • Монацит
  • Поэма Роальда Хоффмана о необычном состоянии материи о монаците
  • «Британский монацитовый рудник, Шелби, Северная Каролина» в коллекции открыток Северной Каролины Дурвуд Барбур (P077), Фотоархив коллекции Северной Каролины, Библиотека Уилсона, UNC-Chapel Hill
  • радиация (в) раю - секрет песка на YouTube ; третий в серии видеороликов о пляже Монацит в Бразилии.
  • Монацит, торий и мезоторий (1915 г.)