Монацит - Monazite

Не путать с полевошпатовой вулканической породой. Монцонит.
Монацит
Монацит- (Ce) -164025.jpg
Монацит- (Ce)
Общее
КатегорияФосфатные минералы
Формула
(повторяющийся блок)		(Ce, La, Th) PO4
Классификация Струнца8.AD.50
Кристаллическая системаМоноклиника
Кристалл классПризматический (2 / м)
(такой же Символ H – M )
Космическая группаP21/ п
Идентификация
ЦветКрасновато-коричневый, коричневый, бледно-желтый, розовый, зеленый, серый
Хрустальная привычкаОбычно в виде призматических или клиновидных кристаллов.
TwinningКонтактные близнецы общие
РасщеплениеОтлично на [100] плохо на [010]
ПереломКонхоидный до неровного
Шкала Мооса твердость5.0–5.5
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 преломленияпα = 1.770–1.793
пβ = 1.778–1.800
пγ = 1.823–1.860
ПлеохроизмСлабый
Угол 2V10–26°
Температура плавления1900–2100
Другие характеристикиRadioactive.svg Радиоактивный если уран и / или торий богат, тускло-коричневый катодолюминесценция, парамагнитный
Рекомендации[1][2]

Монацит красновато-коричневый фосфатный минерал который содержит 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] Встречается обычно в небольших изолированных кристаллы. Он имеет твердость от 5,0 до 5,5 по Шкала твердости минералов Мооса и относительно плотный, примерно от 4,6 до 5,7 г / см3. В зависимости от относительного элементного состава минерала существует как минимум четыре различных «вида» (фактически отдельные разновидности) монацита:[5]

  • монацит- (Ce ), (Ce, La, Nd, Th) PO4 (самый распространенный член),
  • монацит- (Ла ), (La, Ce, Nd) PO4,
  • монацит- (Nd ), (Nd, La, Ce) PO4,
  • монацит- (См ), (Sm, Gd, Ce, Th) PO4.

Элементы в скобках перечислены в порядке их относительной пропорции в минерале: лантан является наиболее распространенным редкоземельным элементом в монаците (La) и так далее. Кремнезем (SiO2) присутствует в следовых количествах, а также в небольших количествах уран и торий. Из-за альфа-распад тория и урана, монацит содержит значительное количество гелий, которые можно извлечь при нагревании.[6]

Монацит - важный руда для тория,[7] лантан и церий.[8] Часто встречается в россыпные месторождения. Индия, Мадагаскар, и Южная Африка имеют большие залежи монацитовых песков. Депозиты в Индия особенно богаты монацитом.

Монацит - это радиоактивный из-за присутствия тория и, реже, урана. Радиогенный распад урана и тория до свинца позволяет датировать монацит через монацит геохронология. Кристаллы монацита часто имеют несколько отдельных зон, которые сформировались в результате последовательных геологических событий, которые привели к кристаллизации монацита.[9]. Эти области можно датировать, чтобы получить представление о геологической истории вмещающих пород.

Название монацит происходит от греческого μονάζειν (быть одиночным) через немецкий язык. Monazit, имея в виду его изолированные кристаллы.[10]

Структура

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

Все монациты имеют одинаковую структуру, что означает, что связность 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 для хромат свинца (PbCrO4).[11]

История горного дела

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

Монацитовый песок из Бразилия был впервые замечен в песке, занесенном в балласте судна Карл Ауэр фон Вельсбах в 1880-х гг. Фон Вельсбах искал торий для своей недавно изобретенной лампы накаливания. мантии. Монацитовый песок быстро стал источником тория и стал основой индустрии редкоземельных металлов.

Монацитовый песок также недолго добывался в Северная Каролина, но вскоре после этого обширные месторождения на юге Индия были найдены. Бразильский и индийский монацит доминировали в отрасли до Второй мировой войны, после чего основная горнодобывающая деятельность перешла в Южная Африка. Есть также крупные месторождения монацита в Австралия.

Монацит был единственным значительным источником коммерческого лантаноиды, но озабоченность по поводу утилизации радиоактивные дочерние продукты тория, бастнезит пришел на смену монациту при производстве лантаноидов в 1960-х годах из-за гораздо более низкого содержания в нем тория. Повышенный интерес к торий для атомной энергетики может вернуть монацит в коммерческое использование.[нужна цитата ]

Минерализация и добыча

Монацитовый порошок

Из-за своей высокой плотности минералы монацита концентрируются в аллювиальных песках, когда они высвобождаются в результате выветривания. пегматиты. Эти так называемые россыпные месторождения часто являются песчаными пляжами или ископаемыми пляжами 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 относятся к монацитовым (Ce ) сочинение. Обычно лантаноиды в таких монацитах содержат около 45–48% церий, около 24% лантан, около 17% неодим, около 5% празеодим, и незначительные количества самарий, гадолиний, и иттрий. Европий концентрации обычно низкие, около 0,05%. Южноафриканский "рок" монацит, от Steenkampskraal, был переработан в 1950-х и начале 1960-х годов Химическим подразделением Линдси. Американская калийная и химическая корпорация, 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 карбонатиты или из боливийских жил оловянных руд практически не содержит тория. Однако промышленные монацитовые пески обычно содержат от 6 до 12% оксида тория.

Кислотный крекинг

Первоначальный процесс «крекинга» монацита с целью извлечения содержания тория и лантаноидов заключался в нагревании его концентрированным серная кислота до температуры от 120 до 150 ° C в течение нескольких часов. Вариации соотношения кислоты к руда, степень нагрева и степень добавления воды впоследствии привели к нескольким различным процессам отделения тория от лантаноидов. Один из процессов вызвал выпадение тория в виде фосфат или пирофосфат в сырой форме, оставляя раствор сульфатов лантаноидов, из которого лантаноиды могут быть легко осаждены в виде двойных сульфат натрия. Кислотные методы привели к образованию значительных кислотных отходов и снижению содержания фосфатов в руде.

Процесс крекинга монацитовой кислоты.svg

Щелочное растрескивание

Более поздний процесс использует горячее гидроксид натрия раствор (73%) примерно при 140 ° C. Этот процесс позволяет извлекать ценный фосфат из руды в кристаллическом виде. тринатрийфосфат. Смесь лантаноида / гидроксида тория можно обработать соляная кислота для получения раствора хлоридов лантаноидов и нерастворимого осадка менее основного гидроксида тория.

Открытие монацита alkaline.gif

Извлечение редкоземельных металлов из монацитовой руды

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 микрометров. Монацитовая руда содержит 55–60% оксидов редкоземельных металлов и 24–29% фосфора.2О5, От 5 до 10% ThO2и от 0,2 до 0,4% U3О8.
  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 NH3(водн.) для нейтрализации до pH 1,1 с образованием селективного осадка торий-фосфатного осадка.
  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: добавить NH3(водн.) к оставшемуся раствору монацита для образования осадка редкоземельного металла при pH 2,3.
  10. Фильтрация: отфильтровать осадок RE, чтобы получить концентрированные гидроксиды редкоземельных металлов.
  11. Нейтрализация: добавить NH3(водн.) к оставшемуся фильтрату до pH 6. При этом образуется концентрированный урановый осадок.
  12. Фильтрация: Отфильтруйте оставшийся раствор, чтобы получить концентрат урана.

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

Рекомендации

  1. ^ Минералиенатлас.
  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., Популярная механика п. 460.
  7. ^ Вольфганг Штоль "Торий и соединения тория" Энциклопедия промышленной химии Ульмана 2012 Wiley-VCH, Weinheim. Дои:10.1002 / 14356007.a27_001.
  8. ^ МакГилл, Ян (2005) «Редкоземельные элементы» в Энциклопедия промышленной химии Ульмана, Wiley-VCH, Weinheim. Дои: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. Дои: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, PbCrO4" Acta Crystallographica 1965 г., том 19, стр. 287–289.
  12. ^ Гупта, К. К. и Т. К. Мукерджи. Гидрометаллургия в процессах добычи. Бока-Ратон, Флорида: CRC, 1990. Печать.
  13. ^ Гупта, К. К. и Н. Кришнамурти. Металлургия редкоземельных металлов. Бока-Ратон, Флорида: CRC, 2005. Печать.

дальнейшее чтение

  • J. C. Bailar et al., Комплексная неорганическая химия, Пергамон Пресс, 1973.
  • Р. Дж. Кэллоу, Промышленная химия лантанонов, иттрия, тория и урана, Pergamon Press 1967. LCCN  67-14541.
  • Гупта, К. К. и Н. Кришнамурти, Экстактивная металлургия редких земель, CRC Press, 2005, ISBN  0-415-33340-7.
  • Гупта, К. 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.
  • Р. К. Викери, Химия лантанонов, Баттервортс и Академик Пресс, 1953.

внешняя ссылка