Monazit - Monazite

Nicht zu verwechseln mit dem feldspathischen magmatischen Intrusionsgestein Monzonite .
Monazit
Monazit- (Ce) -164025.jpg
Monazit- (Ce)
Allgemeines
Kategorie Phosphatmineralien
Formel
(Wiederholungseinheit) 		(Ce, La, Th) PO 4
Strunz-Klassifikation 8.AD.50
Kristallsystem Monoklin
Kristallklasse Prismatisch (2 / m)
(gleiches H-M-Symbol )
Raumgruppe P2 1 / n
Identifizierung
Farbe Orange, Lila, Rotbraun, Braun, Hellgelb, Rosa, Blau, Grün, Grau,
Kristallgewohnheit Üblicherweise als prismatische oder keilförmige Kristalle
Twinning Kontakt Zwillinge gemeinsam
Dekollete Deutlich auf [100] schlecht auf [010]
Fraktur Conchoidal bis uneben
Mohs- Skalenhärte 5,0–5,5
Lüster Harzig, glasig bis adamantinisch
Streifen Weiß
Durchsichtigkeit Durchscheinend bis undurchsichtig
Spezifisches Gewicht 4,6–5,7 (4,98–5,43 für Monazit-Ce)
Optische Eigenschaften Zweiachsig (+)
Brechungsindex n α = 1,770–1,793
n β = 1,778–1,800
n γ = 1,823–1,860
Pleochroismus Schwach
2V Winkel 10–26 °
Schmelzpunkt 1900–2100
Andere Eigenschaften Radioactive.svg Radioaktiv, wenn Uran und / oder Thorium reich, mattbraune Kathodolumineszenz , paramagnetisch
Magnetismus Paramagnetisch, mäßig stark
Verweise

Monazit ist ein hauptsächlich rotbraunes Phosphatmineral , das Seltenerdelemente enthält . Aufgrund der unterschiedlichen Zusammensetzung wird Monazit als eine Gruppe von Mineralien angesehen. Die häufigste Art der Gruppe ist Monazit- (Ce) , dh das Cer-dominante Mitglied der Gruppe. Es kommt normalerweise in kleinen isolierten Kristallen vor . Es hat eine Härte von 5,0 bis 5,5 auf der Mohs-Skala der Mineralhärte und ist relativ dicht , etwa 4,6 bis 5,7 g / cm 3 . Abhängig von den relativen Mengen der Seltenerdelemente im Mineral gibt es fünf verschiedene häufigste Monazitarten:

Die Elemente in Klammern sind in der Reihenfolge ihres relativen Anteils innerhalb des Minerals aufgeführt: Lanthan ist das häufigste Seltenerdelement in Monazit- (La) und so weiter. Siliciumdioxid (SiO 2 ) ist in Spuren sowie in geringen Mengen an Uran und Thorium vorhanden . Aufgrund des Alpha-Zerfalls von Thorium und Uran enthält Monazit eine erhebliche Menge an Helium , das durch Erhitzen extrahiert werden kann.

Monazit ist ein wichtiges Erz für Thorium, Lanthan und Cer. Es wird oft in Placer-Ablagerungen gefunden . Indien , Madagaskar und Südafrika haben große Ablagerungen von Monazitsand. Die Lagerstätten in Indien sind besonders reich an Monazit.

Monazit ist aufgrund des Vorhandenseins von Thorium und seltener von Uran radioaktiv . Der radiogene Zerfall von Uran und Thorium zu Blei ermöglicht die Datierung von Monazit durch Monazit-Geochronologie . Monazitkristalle haben oft mehrere unterschiedliche Zonen, die sich durch aufeinanderfolgende geologische Ereignisse gebildet haben, die zur Monazitkristallisation führen. Diese Domänen können datiert werden, um einen Einblick in die geologische Geschichte der Wirtsgesteine ​​zu erhalten.

Der Name Monazit kommt vom griechischen μονάζειν (um einsam zu sein) über das deutsche Monazit in Anspielung auf seine isolierten Kristalle.

Struktur

Struktur von Monazit. Farbschema: Rot = O, Hellblau = P, Dunkelgrau = Ce (III) und andere Lanthaniden und Actiniden.

Alle Monazite haben die gleiche Struktur, was bedeutet, dass die Konnektivität der Atome anderen Verbindungen vom Typ M (III) PO 4 sehr ähnlich ist . Die M (III) -Zentren haben eine verzerrte Koordinationssphäre, die von acht Oxiden mit MO-Abständen von etwa 2,6 Å Länge umgeben ist. Das Phosphatanion ist wie üblich tetraedrisch. Das gleiche Strukturmotiv wird für Bleichromat (PbCrO 4 ) beobachtet.

Bergbaugeschichte

Postkartenansicht einer Monazitmine in Shelby, North Carolina, die Karrenbahnen und eine Brücke zeigt

Monazitsand aus Brasilien wurde erstmals in den 1880er Jahren von Carl Auer von Welsbach in Sand bemerkt, der im Schiffsballast transportiert wurde . Von Welsbach suchte nach Thorium für seine neu erfundenen Glühmäntel . Monazitsand wurde schnell als Thoriumquelle angenommen und wurde zur Grundlage der Seltenerdindustrie.

Monazitsand wurde auch kurz in North Carolina abgebaut , aber kurz danach wurden ausgedehnte Ablagerungen in Südindien gefunden. Vor dem Zweiten Weltkrieg dominierte brasilianischer und indischer Monazit die Industrie, wonach große Bergbautätigkeiten nach Südafrika verlagert wurden . Es gibt auch große Monazitvorkommen in Australien .

Monazit war die einzige bedeutende Quelle für kommerzielle Lanthaniden , aber die Sorge um die Entsorgung der radioaktiven Tochterprodukte von Thorium, Bastnäsit , verdrängte Monazit in den 1960er Jahren bei der Herstellung von Lanthaniden aufgrund seines viel geringeren Thoriumgehalts. Das zunehmende Interesse an Thorium für die Kernenergie könnte Monazit wieder kommerziell nutzen.

Mineralisierung und Extraktion

Monazitpulver
Monazit - Fundort: Madagaskar - Exponiert im Mineralogischen Museum, Bonn, Deutschland

Aufgrund ihrer hohen Dichte konzentrieren sich Monazitmineralien in Schwemmland, wenn sie durch Verwitterung von Pegmatiten freigesetzt werden . Diese sogenannten Placer-Ablagerungen sind häufig Strand- oder fossile Strandsande und enthalten andere schwere Mineralien von kommerziellem Interesse wie Zirkon und Ilmenit . Monazit kann durch Schwerkraft, magnetische und elektrostatische Trennung als nahezu reines Konzentrat isoliert werden.

Monazit-Sandablagerungen haben zwangsläufig die Monazit- ( Ce ) -Zusammensetzung. Typischerweise enthalten die Lanthaniden in solchen Monaziten etwa 45–48% Cer , etwa 24% Lanthan , etwa 17% Neodym , etwa 5% Praseodym und geringe Mengen an Samarium , Gadolinium und Yttrium . Die Europiumkonzentrationen sind tendenziell niedrig und liegen bei etwa 0,05%. Der südafrikanische "Rock" -Monazit aus Steenkampskraal wurde in den 1950er und frühen 1960er Jahren von der Lindsay Chemical Division der American Potash and Chemical Corporation verarbeitet , dem damals größten Lanthanidenproduzenten der Welt. Steenkampskraal-Monazit lieferte den gesamten Satz von Lanthaniden. Sehr niedrige Konzentrationen der schwersten Lanthaniden in Monazit rechtfertigten den Begriff "Seltene Erde" für diese Elemente mit entsprechenden Preisen. Der Thoriumgehalt von Monazit ist variabel und kann manchmal bis zu 20–30% betragen. Monazit aus bestimmten Karbonatiten oder aus bolivianischen Zinnerzadern ist im Wesentlichen thoriumfrei. Kommerzielle Monazitsande enthalten jedoch typischerweise zwischen 6 und 12% Thoriumoxid.

Säure-Cracking

Das ursprüngliche Verfahren zum "Cracken" von Monazit, um den Thorium- und Lanthanidgehalt zu extrahieren, bestand darin, es mit konzentrierter Schwefelsäure mehrere Stunden lang auf Temperaturen zwischen 120 und 150ºC zu erhitzen . Variationen im Verhältnis von Säure zu Erz , dem Ausmaß der Erwärmung und dem Ausmaß, in dem anschließend Wasser zugegeben wurde, führten zu verschiedenen Prozessen, um Thorium von den Lanthaniden zu trennen. Einer der Prozesse führte dazu, dass das Thorium als Phosphat oder Pyrophosphat in roher Form ausfiel und eine Lösung von Lanthanidsulfaten zurückblieb, aus der die Lanthaniden leicht als doppeltes Natriumsulfat ausgefällt werden konnten . Die Säuremethoden führten zur Erzeugung eines beträchtlichen Säureabfalls und zum Verlust des Phosphatgehalts des Erzes.

Monazit-Säure-Crackprozess.svg

Alkalische Rissbildung

Ein neueres Verfahren verwendet eine heiße Natriumhydroxidlösung (73%) bei etwa 140 ° C. Durch dieses Verfahren kann der wertvolle Phosphatgehalt des Erzes als kristallines Trinatriumphosphat zurückgewonnen werden . Das Lanthanid / Thoriumhydroxid-Gemisch kann mit Salzsäure behandelt werden , um eine Lösung von Lanthanoidchloriden und einen unlöslichen Schlamm des weniger basischen Thoriumhydroxids bereitzustellen.

Monazit Öffnung alkalisch.gif

Gewinnung von Seltenerdmetallen aus Monaziterz

Prozessflussdiagramm zur Gewinnung von Seltenerdmetallen aus Monaziterz mittels Hydrometallurgie

Die folgenden Schritte beschreiben die Gewinnung von Seltenerdmetallen aus Monaziterz. Der Prozess erfordert viele Neutralisationen und Filtrationen.

  1. Mühle: Mahlen Sie Monaziterz auf ~ 150 Mikrometer. Monaziterz enthält 55–60% Seltenerdmetalloxide sowie 24 bis 29% P 2 O 5 , 5 bis 10% ThO 2 und 0,2 bis 0,4% U 3 O 8 .
  2. Aufschluss: Zerkleinerter Monazit wird mit hochkonzentrierter Schwefelsäure (93% Säure) bei Futtertemperaturen von 150 bis 180 ° C gemischt. Das Verhältnis von Säure zu Erz variiert in Abhängigkeit von der Konzentration des Erzes (es kann kein Verhältnisbereich gefunden werden). Der Fermenter wird mit einem robusten Rührwerk kräftig gerührt und arbeitet bei Temperaturen zwischen 200 und 300 ° C. Säure wird in den Reaktor eingefüllt und vor dem Erz erhitzt. Das unlösliche Produkt beschichtet die Körner des zerkleinerten Erzes. Die Temperatur im Reaktor steigt aufgrund der Wärme, die durch die exothermen Reaktionen freigesetzt wird. Nach ~ 15 Minuten hat sich die Viskosität der Lösung erhöht und die Lösung ähnelt einem Teig. Das Produkt reagiert 3 bis 4 Stunden. Es wird dann aus dem Fermenter entfernt, bevor die Lösung aushärtet. Das Verhältnis von Schwefelsäure zu entferntem Sand beträgt 1,6 bis 2,5.
  3. Auflösung: Der Inhalt des Reaktors wird auf 70 ° C abgekühlt und mit 30 ° C Wasser ausgelaugt. Ein Verhältnis von 10 Teilen Wasser zu Masse des ursprünglich zugesetzten Erzes wird verwendet. Dieser Auslaugungsprozess dauert 12 bis 15 Stunden.
  4. Filtration: Alle Feststoffe aus Schritt drei werden abfiltriert. Solche Feststoffe umfassen: Siliciumdioxid-, Rutil-, Zirkon-, Ilmenit- und unverdaute Monazitreste. Die resultierende Lösung heißt Monazitsulfat.
  5. Verdünnung: Das Monazitsulfat wird mit 6–7 Teilen Wasser bei 30 ° C verdünnt.
  6. Neutralisation: Zugabe von NH 3 (aq) zur Neutralisation auf einen pH-Wert von 1,1 unter Bildung eines selektiven Niederschlags von Thoriumphosphatkuchen.
  7. Filtration: Sammeln Sie Thoriumphosphatniederschlag während der Filtration der neutralisierten Monazitlösung.
  8. Trockner: Führen Sie den Thoriumphosphatkuchen bei ~ 120 ° C durch einen Trockner, um konzentriertes Thoriumphosphat zu erzeugen.
  9. Neutralisation: Fügen Sie NH 3 (aq) zu der verbleibenden Monazitlösung hinzu, um einen Seltenerdmetallniederschlag bei einem pH-Wert von 2,3 zu erzeugen.
  10. Filtration: Filtriere den RE-Niederschlag aus, um die konzentrierten Seltenerdmetallhydroxide zu erhalten.
  11. Neutralisation: Fügen Sie NH 3 (aq) zu dem verbleibenden Filtrat bis zu einem pH-Wert von 6 hinzu. Dadurch entsteht ein Uran-konzentrierter Niederschlag.
  12. Filtration: Filtriere die verbleibende Lösung, um Urankonzentrat zu erhalten.

Die Endprodukte, die für dieses Verfahren erhalten werden, sind Thoriumphosphatkonzentrat, RE-Hydroxide und Urankonzentrat.

Verweise

Weiterführende Literatur

  • JC Bailar et al., Umfassende anorganische Chemie , Pergamon Press, 1973.
  • RJ Callow, Die industrielle Chemie der Lanthanonen, Yttrium, Thorium und Uran , Pergamon Press 1967. LCCN   67-14541 .
  • Gupta, CK und N. Krishnamurthy, Extaktive Metallurgie seltener Erden , CRC Press, 2005, ISBN   0-415-33340-7 .
  • Gupta, CK und TK Mukherjee. Hydrometallurgie in Extraktionsprozessen , Boca Raton, Florida: CRC Press, 1990. Print.
  • Preisliste, Lindsay Chemical Division, American Potash and Chemical Corporation, 1960.
  • RC Vickery, Chemie der Lanthanons , Butterworths und Academic Press, 1953.

Externe Links