stringtranslate.com

Бастнасит

Минерал бастнезит (или бастнезит ) является одним из трех карбонатно - фторидных минералов, которые включают бастнезит-( Ce ) с формулой (Ce, La)CO 3 F, бастнезит-( La ) с формулой (La, Ce)CO 3 F и бастнезит-( Y ) с формулой (Y, Ce)CO 3 F. Некоторые из бастнезитов содержат OH − вместо F − и получают название гидроксилбастнезита. Большинство бастнезитов представляют собой бастнезит-(Ce), а церий является наиболее распространенным из редкоземельных элементов в этом классе минералов. Бастнезит и фосфатный минерал монацит являются двумя крупнейшими источниками церия и других редкоземельных элементов .

Бастнезит был впервые описан шведским химиком Вильгельмом Хисингером в 1838 году. Он назван в честь шахты Бастнез около Риддархюттана , Вестманланд , Швеция . [3] Бастнезит также встречается в виде образцов очень высокого качества в горах Заги, Пакистан. Бастнезит встречается в щелочном граните и сиените, а также в связанных с ними пегматитах . Он также встречается в карбонатитах и ​​связанных с ними фенитах и ​​других метасоматитах . [2] [5]

Состав

Кристалл бастнезита из района Маниту, округ Эль-Пасо, штат Колорадо, США (размер: 4,3×3,8×3,3 см)

В обобщенной формуле бастнезита присутствуют церий , лантан и иттрий , но официально минерал делится на три минерала в зависимости от преобладающего редкоземельного элемента . [6] Существует бастнезит-(Ce) с более точной формулой (Ce, La)CO 3 F. Существует также бастнезит-(La) с формулой (La, Ce)CO 3 F. И, наконец, есть бастнезит-(Y) с формулой (Y, Ce)CO 3 F. Между этими тремя мало различий с точки зрения физических свойств, и большинство бастнезитов — это бастнезит-(Ce). Церий в большинстве природных бастнезитов обычно преобладает над остальными. Бастнезит и фосфатный минерал монацит являются двумя крупнейшими источниками церия, важного промышленного металла.

Кристаллическая структура бастнезита-(Ce). Цветовой код: углерод, C, сине-серый; фтор, F, зеленый; церий, Ce, белый; кислород, O, красный.

Бастнезит тесно связан с минеральным рядом паризита . [7] Оба являются редкоземельными фторкарбонатами , но формула паризита Ca(Ce, La, Nd) 2 (CO 3 ) 3 F 2 содержит кальций (и небольшое количество неодима ) и другое соотношение составляющих ионов. Паризит можно рассматривать как формульную единицу кальцита (CaCO 3 ), добавленную к двум формульным единицам бастнезита. Фактически, было показано, что эти две единицы изменяются взад и вперед с добавлением или потерей CaCO 3 в естественных условиях. [ необходима цитата ]

Бастнезит образует ряд с минералами гидроксилбастнезитом-(Ce) [(Ce,La)CO 3 (OH,F)] и гидроксилбастнезитом-(Nd). [8] Эти три минерала являются членами ряда замещения, который включает возможное замещение ионов фтора (F − ) ионами гидроксила (OH − ).

Имя

Кристалл бастнасита, гора Заги, Федерально управляемые племенные территории , Пакистан. Размер: 1,5×1,5×0,3 см.

Бастнесит получил свое название от своего типа местности , шахты Бастнес , Риддархюттан , Вестманланд , Швеция . [9] Руда из шахты Бастнес привела к открытию нескольких новых минералов и химических элементов шведскими учеными, такими как Йенс Якоб Берцелиус , Вильгельм Хизингер и Карл Густав Мосандер . Среди них химические элементы церий , который был описан Хизингером в 1803 году, и лантан в 1839 году. Хизингер, который также был владельцем шахты Бастнес, решил назвать один из новых минералов бастнеситом, когда он был впервые описан им в 1838 году. [10]

Происшествие

Хотя это редкий минерал и он никогда не встречается в больших концентрациях, он является одним из наиболее распространенных карбонатов редкоземельных элементов. Бастнезит был обнаружен в карстовых бокситовых месторождениях в Венгрии , Греции и на Балканах . Также он обнаружен в карбонатитах , редкой карбонатной магматической интрузивной породе, в комплексе Фен , Норвегия ; Баян-Обо , Монголия ; Канганкунде, Малави ; Кизилкаорен, Турция , и редкоземельном руднике Маунтин-Пасс в Калифорнии , США. В Маунтин-Пасс бастнезит является ведущим рудным минералом. Некоторое количество бастнезита было обнаружено в необычных гранитах района Лангесундсфьорд, Норвегия; Кольского полуострова , Россия ; рудников Мон-Сен-Илер , [11] Онтарио , и месторождений озера Тор , Северо-Западные территории , Канада . Также сообщалось о гидротермальных источниках.

Образование гидроксилбастназита (NdCO 3 OH) может также происходить посредством кристаллизации аморфного предшественника, содержащего редкоземельные элементы. С повышением температуры форма кристаллов NdCO 3 OH постепенно меняется на более сложную сферолитовую или дендритную морфологию. Было высказано предположение [12], что развитие этих кристаллических морфологий контролируется уровнем, на котором достигается пересыщение в водном растворе во время распада аморфного предшественника. При более высокой температуре (например, 220 °C) и после быстрого нагрева (например, < 1 ч ) аморфный предшественник быстро распадается, и быстрое пересыщение способствует сферолитовому росту. При более низкой температуре (например, 165 °C) и медленном нагревании (100 мин ) уровни пересыщения достигаются медленнее, чем требуется для сферолитового роста, и, таким образом, образуются более правильные треугольные пирамидальные формы.

История горного дела

В 1949 году в Маунтин-Пасс , округ Сан-Бернардино, Калифорния , было обнаружено огромное месторождение бастнезита, содержащее карбонатит . Это открытие предупредило геологов о существовании совершенно нового класса месторождений редкоземельных металлов: карбонатитов, содержащих редкоземельные металлы. Вскоре были обнаружены и другие примеры, особенно в Африке и Китае. Эксплуатация этого месторождения началась в середине 1960-х годов после того, как его приобрела компания Molycorp (Molybdenum Corporation of America). В состав лантаноидов руды входило 0,1% оксида европия, который был необходим цветной телевизионной промышленности для получения красного фосфора, чтобы максимально увеличить яркость изображения. В состав лантаноидов входило около 49% церия, 33% лантана, 12% неодима и 5% празеодима с некоторым количеством самария и гадолиния, или заметно больше лантана и меньше неодима и тяжелых металлов по сравнению с коммерческим монацитом. Содержание европия было по крайней мере вдвое больше, чем в типичном монаците. Бастнезит горного перевала был основным мировым источником лантаноидов с 1960-х по 1980-е годы. После этого Китай стал все более важным поставщиком редкоземельных металлов. Китайские месторождения бастнезита включают несколько в провинции Сычуань и крупное месторождение в Баян-Обо , Внутренняя Монголия , которое было открыто в начале 20-го века, но не эксплуатировалось до гораздо более позднего времени. Баян-Обо в настоящее время (2008) поставляет большую часть лантаноидов в мире. Бастнезит Баян-Обо встречается в ассоциации с монацитом (плюс достаточно магнетита, чтобы поддерживать один из крупнейших сталелитейных заводов в Китае), и в отличие от карбонатитовых бастнезитов, относительно близок к монацитовому составу лантаноидов, за исключением его щедрого содержания европия в размере 0,2%. [ требуется цитата ]

Технология добычи руды

На руднике Маунтин-Пасс руда бастнезита была тонко измельчена и подвергнута флотации для отделения основной массы бастнезита от сопутствующего барита , кальцита и доломита . Товарная продукция включает в себя каждый из основных промежуточных продуктов процесса обогащения руды: флотационный концентрат, промытый кислотой флотационный концентрат, прокаленный кислотой промытый бастнезит и, наконец, цериевый концентрат, который представлял собой нерастворимый остаток, оставшийся после выщелачивания прокаленного бастнезита соляной кислотой . Лантаноиды, которые растворились в результате кислотной обработки, были подвергнуты экстракции растворителем для захвата европия и очистки других отдельных компонентов руды. Дополнительный продукт включал смесь лантаноидов, обедненную большей частью церия, и по существу весь самарий и более тяжелые лантаноиды. Прокаливание бастнезита привело к удалению углекислого газа, оставив оксид-фторид, в котором церий окислился до менее основного четырехвалентного состояния. Однако высокая температура прокаливания дала менее реактивный оксид, а использование соляной кислоты, которая может вызвать восстановление четырехвалентного церия, привело к неполному разделению церия и трехвалентных лантаноидов. Напротив, в Китае обработка бастнезита после концентрирования начинается с нагревания с серной кислотой . [ необходима цитата ]

Добыча редкоземельных металлов

Технологическая схема пирометаллургического извлечения редкоземельных металлов из бастнезитовой руды

Бастнезитовая руда обычно используется для производства редкоземельных металлов. Следующие шаги и схема технологического процесса подробно описывают процесс извлечения редкоземельных металлов из руды. [13] [14]

  1. После добычи в этом процессе обычно используется бастнезитовая руда, содержащая в среднем 7% РЗЭ (оксидов редкоземельных элементов).
  2. Руда подвергается измельчению с использованием стержневых мельниц, шаровых мельниц или мельниц самоизмельчения.
  3. Пар постоянно используется для кондиционирования измельченной руды вместе с фторсиликатом кальцинированной соды и, как правило, хвостовым маслом C-30. Это делается для покрытия различных типов редкоземельных металлов либо флокулянтом, либо коллекторами, либо модификаторами для более легкого разделения на следующем этапе.
  4. Флотация с использованием предыдущих химикатов для отделения пустой породы от редкоземельных металлов.
  5. Концентрируйте редкоземельные металлы и отфильтровывайте крупные частицы.
  6. Удалите излишки воды, нагрев до ~100 °C.
  7. Добавьте в раствор HCl, чтобы снизить pH до < 5. Это позволяет некоторым редкоземельным металлам (РЗМ) стать растворимыми (например, Ce).
  8. Окислительный обжиг дополнительно концентрирует раствор примерно до 85% REO. Это делается при температуре ~100 °C и выше, если необходимо.
  9. Позволяет раствору еще больше концентрироваться и снова отфильтровывать крупные частицы.
  10. Для удаления Ce обычно используют восстановители (в зависимости от площади) в виде карбоната Ce или CeO 2 .
  11. Добавляются растворители (тип и концентрация растворителя зависят от площади, доступности и стоимости), чтобы помочь отделить Eu, Sm и Gd от La, Nd и Pr.
  12. Восстановители (в зависимости от площади) используются для окисления Eu, Sm и Gd.
  13. Eu осаждается и кальцинируется.
  14. Gd осаждается в виде оксида.
  15. Sm осаждается в виде оксида.
  16. Растворитель возвращается на этап 11. Дополнительный растворитель добавляется в зависимости от концентрации и чистоты.
  17. La отделился от Nd, Pr и SX.
  18. Nd и Pr разделены. SX отправляется на восстановление и переработку.
  19. Одним из способов сбора La является добавление HNO 3 , в результате чего образуется La(NO 3 ) 3 . HNO 3 обычно добавляется в очень высокой молярности (1–5 М) в зависимости от концентрации и количества La.
  20. Другой метод заключается в добавлении HCl к La, в результате чего получается LaCl 3 . HCl добавляется в концентрации от 1 М до 5 М в зависимости от концентрации La.
  21. Растворитель после разделения La, Nd и Pr возвращается на этап 11.
  22. Nd осаждается в виде оксидного продукта.
  23. Pr осаждается в виде оксидного продукта.

Ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме Бастнезиты .
  1. ^ Warr, LN (2021). «Утвержденные символы минералов IMA–CNMNC». Mineralogic Magazine . 85 (3): 291–320. Bibcode : 2021MinM...85..291W. doi : 10.1180/mgm.2021.43 . S2CID  235729616.
  2. ^ ab Бастнезит. Справочник по минералогии.
  3. ^ аб Бастназит-(Ce). Вебминерал.
  4. ^ Бастнасит. Миндат. Получено 14 октября 2011 г.
  5. ^ Бастназит Архивировано 13 ноября 2007 г. в Wayback Machine . Минеральные галереи. Получено 14 октября 2011 г.
  6. ^ Битти, Ричард; 2007; Лантаниды; Опубликовано Маршаллом Кавендишем.
  7. ^ Гупта, CK (2004) Извлекательная металлургия редкоземельных металлов, CRC Press ISBN 0-415-33340-7 . 
  8. ^ Роберт Э. Кребс (2006). История и использование химических элементов нашей Земли: справочное руководство. Greenwood Publishing Group. ISBN 978-0-313-33438-2. Получено 14 октября 2011 г.
  9. ^ Адриан П. Джонс; Фрэнсис Уолл; К. Терри Уильямс (1996). Редкоземельные минералы: химия, происхождение и месторождения руд. Springer. ISBN 978-0-412-61030-1. Получено 14 октября 2011 г.
  10. ^ Sahlström, Fredrik; Jonsson, Erik; Högdahl, Karin; Troll, Valentin R.; Harris, Chris; Jolis, Ester M.; Weis, Franz (2019-10-23). ​​"Взаимодействие между высокотемпературными магматическими флюидами и известняком объясняет месторождения РЗЭ типа "Бастнес" в центральной Швеции". Scientific Reports . 9 (1): 15203. Bibcode :2019NatSR...915203S. doi : 10.1038/s41598-019-49321-8 . ISSN  2045-2322. PMC 6811582 . PMID  31645579. 
  11. ^ Путеводитель по экскурсиям mcgill.ca
  12. ^ Валлина, Б., Родригес-Бланко, Дж. Д., Бланко, Дж. А. и Беннинг, Л. Г. (2014) Влияние нагрева на морфологию кристаллического гидроксикарбоната неодима, NdCO 3 OH. Минералогический журнал, 78, 1391–1397. DOI: 10.1180/minmag.2014.078.6.05.
  13. ^ Лонг, Кит Р., Брэдли С. Ван Гозен, Нора К. Фоли и Дэниел Кордье. «Отчет о научных исследованиях 2010--5220». Основные месторождения редкоземельных элементов в Соединенных Штатах — сводка внутренних месторождений и глобальная перспектива. USGS, 2010. Веб. 03 марта 2014 г.
  14. ^ МакИллри, Родерик. «Проект Кванефьельд – крупный технический прорыв». Объявления ASX . Greenland Minerals and Energy LTD, 23 февраля 2012 г. Веб. 03 марта 2014 г.

Библиография