Vanadinit

Nguồn gốc

Vanadinit là một khoáng vật không phổ biến, chỉ hình thành khi bị thay thế hóa học từ các khoáng vật có trước. Vì thế nó được gọi là khoáng vật thứ sinh. Nó được tìm thấy trong các vùng có khí hậu khô và tạo thành bởi sự ôxy hóa các khoáng vật chì nguyên sinh. Vanadinit đặc biệt được tìm thấy cộng sinh với chì sunfua là galena. Các khoáng vật cộng sinh khác bao gồm wulfenit, limonit, và barit.
Ban đầu nó được nhà khoáng vật học người Tây Ban Nha tên Andrés Manuel del Río tìm thấy ở Mexico năm 1801. Ông gọi nó là "chì nâu" và khẳng định rằng nó chứa một nguyên tố mới mà ban đầu ông đặt tên nó là pancromium và sau này là erythronium. Tuy nhiên, sau đó ông tin rằng nó không phải nguyên tố mới mà là một dạng không tin khiết của crôm. năm 1830, Nils Gabriel Sefström đã phát hiện ra một nguyên tố mới mà ông ta đặt là vanadium. Sau đó sự thật hé mở rằng kim loại này giống hệt như đã được Andrés Manuel del Río phát hiện trước kia. "Chì nâu" của Del Río cũng đã được tái phát hiện năm 1838 ở Zimapan, Hidalgo, México, và được đặt tên là vanadinit do nó có chứa hàm lượng vanadi cao. Các tên gọi khác cũng đã được đặt cho vanadinit là johnstonit và chì vanadat.

Phân bố

Vanadinit là một khoáng vật thứ sinh trong đới oxy hóa của các mỏ chứa chì, vanadi bị tửa trôi từ các đá chứa silicat. Các khoáng vật cộng sinh gồm mimetit, pyromorphit, descloizit, mottramit, wulfenit, cerussit, anglesit, calcite, barit, và nhiều khoáng vật sắt ôxit khác.
Các thân quặng vanadinit được tìm thấy trên khắp thế giới như Áo, Tây Ban Nha, Scotland, dãy núi Ural, Nam Phi, Namibia, Maroc, Argentina, México, và các bang của Mỹ như Arizona, Colorado, New Mexico, và Nam Dakota.
Các thân quặng vanadinit được tìm thấy trong hơn 400 mỏ trên khắp thế giới. Các mỏ vanadinit nổi tiếng như ở Mibladen và Touisset ở Maroc; Tsumeb, Namibia; Cordoba, Argentina; và Sierra County, New Mexico, và quận Gila, Arizona, ở Mỹ.

Cấu trúc

Vanadinit là một muối chì clorovanadat với công thức hóa học Pb₅(VO₄)₃Cl. Thành phần nó gồm 73.15% chì, 10.79% vanadi, 13.56% oxy, và 2.50% clo. Mỗi đơn vị cấu trúc của vanadinit chứa một ion clo bao bọc xung quanh bởi 6 ion chì divalent ở các góc của hình tám mặt, với một trong các ion chì được cung cấp bởi một liên kết với một phân tử liền kề. Khoảng cách giữa các ion chì và clo là 317 picomet. Khoảng cách ngắn nhất giữa các ion chì là 4.48 Å. Các bát diện chia sẻ hai mặt đối diện với các ô mạng vanadinit xung quanh, tạo thành một chuỗi các bát diện liên tục. Mỗi nguyên tử vanadi được bao bọc xung quanh bởi 4 nguyên tử oxy ở các góc của hình tứ diện không đều. Khoảng cách giữa mỗi cặp nguyên tử oxy và vanadi là 1.72 hoặc 1.76 Å. Ba tứ diện oxy liên kết lại với các bát diện chì dọc theo một chuỗi.
Các tinh thể vanadinit kết tinh theo hệ sáu phương. Cấu trúc bên trọng này thường phản ánh hình dạng tinh thể bên ngoài của chúng. Các tinh thể thường ở dạng hình lăng trụ ngắn sáu phương, nhưng cũng có thể tìm thấy chúng ở dạng tháng sáu phương, khối tròn. Các ô mạng cơ sở của vanadinit thì ở dạng lăng trụ sáu phương, được cấu tạo bởi 2 phân tử và có các trục gồm a = 10.331 Å và c = 7.343 Å), trong khi a là chiều dài của các cạnh của lục giác và c là chiều cao của hình lăng trụ. Thể tích của mỗi ô mạng của vanadinit được tính theo công thức V = a²c sin(60°), là 678.72 Å³.

Tính chất

Vanadinit thuộc nhóm apatit và tạo thành một dãi các khoáng vật pyromorphit (Pb₅(PO₄)₃Cl) và mimetit (Pb₅(AsO₄)₃Cl), cả hai có thể tạo thành dung dịch rắn. Trong khi hầu hết các dãi chất hóa học liên quan đến sự thay thế của, các dãi này thay thế các nhóm ion của nó; phosphat (PO₄), arsenat (AsO₄) và vanadat (VO₄). Các tạp chất phổ biến trong vanadinit gồm có phosphorus, arsenic và canxium, chúng có thể có vai trò như các chất thay thế đồng hình vị trí của vanadi. Vanadinit khi chứa hàm lượng cao tạp chất arsenic thì được gọi là endlichit.
Vanadinit thường có màu đỏ ca hoặc đỏ chói, mặc dù đôi khi có màu nâu, nâu đỏ, xám, vàng hoặc không màu. Màu riêng biệt của nó làm cho nó nổi tiếng trong các bộ sưu tập mẫu khoáng vật. Màu vết vạch của nó có thể là vàng nhạt hoặc vàng nâu. Vanadinit có thể không mày hoặc đục, và ánh của nó có thể từ ánh nhựa đến ánh bán adamantin. Vanadinit có tính chất đẳng hướng, tức là một số tính chất sẽ khác nhau khi xét theo những trục tinh thể khác nhay. Khi đo đạc theo hướng vuông góc và song song với trục tinh thể của nó thì hệ số phản xạ theo thứ tự là 2,350 và 2,416, và hệ số khúc xạ kép là 0,066.
Vanadinit rất giòn, khi vỡ tạo ra các mảng vỏ sò và nhỏ. Nó có độ cứng 3–4 theo thang độ cứng Mohs, tương đương với đồng tiền bằng đồng. Vanadinit là một khoáng vật nặng với khối lượng moil là 1416,27 g/Mole và tỉ trọng dao động giữa 6,6 và 7,2 do có tạp chất.

Sử dụng

Cùng với carnotit và roscoelit, vanadinit là một trong 3 dạng quặng công nghiệp của nguyên tố vanadi, kim loại này có thể được chiết tách bằng cách nung hoặc nấu chảy. Vanadinit cũng thường được sử dụng làm nguồn cung cấp chì. Quy trình phổ biến để tách vanadi bắt đầu từ việc nung vanadinit với natri clorua (NaCl) hoặc natri cacbonat (Na₂CO₃) ở khoảng 850 °C để tạo ra Natri vanadat (NaVO₃). Chất này được hòa tan trong nước và sau đó xử lý bằng ammoni clorua tạo ra kết tủa màu vàng của ammoni metavanadat. Chất này sau đó được nung chảy ra dạng thô của vanadi pentoxit (V₂O₅). Khử vanadi pentoxit với canxi tạo ra vanadi tinh khiết.