Монацит

Монацитот — првенствено црвеникаво-кафеав фосфатен минерал кој содржи реткоземни елементи. Поради варијабилноста во составот, монацитот се смета за група минерали.  Најчестиот вид на групата е монацит-(Ce), односно членот на групата со доминантен цериум.  Обично се јавува во мали изолирани кристали. Има тврдост од 5,0 до 5,5 на Мосовата скала за тврдост на минералот и е релативно густ, околу 4,6 до 5,7 g/cm3. Постојат пет различни најчести видови на монацит, во зависност од релативните количини на ретки земни елементи во минералот: 

 монацит-(Ce),  (најчестиот член),
 монацит-(La),  ,
 монацит-(Nd),  ,
 монацит-(Sm),  ,
 монацит-(Pr), .

Елементите во загради се наведени по редослед на нивниот релативен сооднос во минералот: лантанот е најчестиот елемент од ретките земјени елементи во монацитот-(La) и така натаму. Силициум диоксид () е присутен во траги, како и во мали количини на ураниум и ториум. Поради алфа-распаѓањето на ториумот и ураниумот, монацитот содржи значителна количина на хелиум, кој може да се извлече со загревање. 

Следните анализи се на моназит од: (I.) округ Бурк, Северна Каролина, САД; (II.) Арендал, Норвешка; (III.) Емавил, Нов Јужен Велс, Австралија. 
 I. II. III. Фосфор пентоксид () 29.28 27,55 25.09 Цериум оксид() 31,38 29.20 36,64 Лантан оксид (  Дидимиум оксид () 30,88 26.26 30.21 Итриум оксид () — 3,82 — Ториум оксид () 6,49 9,57 1.23 Силика() 1,40 1,86 3.21 Алумина ()  — — 3.11 Железен оксид () — 1.13 — Вар (CaO) — 0,69 — Вода (  ) 0,20 0,52 —  99,63 100,60 99,49 Специфична тежина 5.10 5.15 5.001
Монацитот е важна руда за ториум, Wolfgang Stoll "Thorium and Thorium Compounds" Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 2012 Wiley-VCH, Weinheim.  лантан и цериум. McGill, Ian (2005) "Rare Earth Elements" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, Weinheim.  Често се наоѓа во плацерските наоѓалишта. Индија, Мадагаскар и Јужна Африка имаат големи наоѓалишта на монацитски песоци. Наслагите во Индија се особено богати со монацит.

Монацитот е радиоактивен поради присуството на ториум и, поретко, ураниум. Радиогеното распаѓање на ураниумот и ториумот во олово овозможува да се датира монацитот преку монацитска геохронологија. Кристалите на монацитот често имаат повеќе различни зони кои се формирале преку последователни геолошки настани што довеле до кристализација на монацитот.  Овие домени може да се датираат за да се добие увид во геолошката историја на неговите карпи домаќини.

Името монацт потекнува од  (да биде осамен), преку германскиот Monazit, поради неговите изолирани кристали. 

 Структура 
лево|мини|220x220пкс|Структура на монацит. Модел на бои: црвена = O, бледо сина = P, темно сива = Ce(III) и други лантаниди и актиниди.
Сите монацити ја прифаќаат истата структура, кое значи дека поврзаноста на атомите е многу слична со другите соединенија од типот . M(III) центрите имаат искривена координативна сфера опкружена со осум оксиди со M–O растојанија од околу 2,6 Å во должина. Фосфатниот анјон е тетраедарски, како и обично. Истиот структурен мотив се забележува и за оловниот хромат ().Quareni, S.; de Pieri, R. "A three-dimensional refinement of the structure of crocoite, PbCrO4" Acta Crystallographica 1965, volume 19, pp. 287–289. Монацитот, исто така, дели многу структурни сличности со: циркон, ксенотим, шелит, анхидрит, барит и рабдофан..

 Историја 
мини|Разгледница од рудник за монацит во Шелби, Северна Каролина, на која се прикажани патеки од коли и мост.
Монацитскиот песок од Бразил за прв пат бил забележан во песок што го носел баластот на бродот од Карл Ауер фон Велсбах во 1880-тите. Фон Велсбах барал ториум за неговите новоизмислени блескави мантии. Монацитскиот песок брзо бил усвоен како извор на ториум и станал основа на индустријата за ретки земји.Overstreet, William C. (1967). "The Geologic Occurrence of Monazite." United States Geological Survey, 6 

Монацитскиот песок накратко бил ископан и во Северна Каролина, САД, но набргу потоа биле пронајдени обемни наоѓалишта во јужна Индија. Бразилскиот и индискиот монацит доминирале во индустријата пред Втората светска војна.Mertie, John B. (1953). "Monazite Deposits of the Southeastern Atlantic States." United States Geological Survey, 6  По Втората светска војна, рударството на монацит се префрлило во Јужна Африка.

Токму во монацитот била откриена првата руда која содржи радиум во Австралија во 1904 година од страна на Томас Лаби и Даглас Мосон,Cooper, B. J. (2009). "Bragg, Mawson and Brown, and the Early Uranium Discoveries in South Australia." Transactions of the Royal Society of South Australia, 133(2), 199–218. (Abstract available; full article may be purchased.)  кои анализирале примероци од монацит собрани од Пилбара во Западна Австралија.  Примероците биле тестирани во инженерската лабораторија на Сиднејскиот универзитет. Еџворт Дејвид ја направил формалната презентација на нивниот труд во кој ги опишал своите наоди пред Кралското друштво на Нов Јужен Велс на 5 октомври 1904 година.Mawson, Douglas; and Laby, Thomas, "Preliminary observations on radio-activity and the occurrence of radium in Australian minerals", Journal and Proceedings of the Royal Society of New South Wales, 38 (1904), 382-9Pring, Allan, and Brugger, Joël, "Mawson and the Radium and Uranium Mineralisation at Mount Painter, Northern Flinders Ranges, South Australia", Australasian Institute of Mining and Metallurgy Bulletin, 6 (2013), 86-9.Urwin, Jessica, "The radioactive Dr Mawson: Douglas Mawson and the quest for Australia's radium riches, 1904-58", Australian Historical Studies, 53 (1) (2022), 26-42. .Во Австралија има големи наоѓалишта на монацит.

Монацитот станал единствениот значаен извор на комерцијални лантаноиди, но поради загриженост за отстранување на радиоактивните производи на ториумот, бастнецитот го заменил монацитот во производството на лантаноиди во 1960-тите поради неговата многу помала содржина на ториум. Зголемен интерес за ториумска јадрена енергија може да го врати монацитот во комерцијална употреба.

 Минерализација и екстракција 
мини|Монацит во прав
мини|Монацит од Мадагаскар, изложен во минералошкиот музеј во Бон, Германија
Поради нивната висока густина, минералите на монацитот се концентрираат во алувијалните песоци кога се ослободуваат од распаѓањето на пегматитите. Овие таканаречени плацерски наслаги често се плажен или фосилен плажен песок и содржат други тешки минерали од комерцијален интерес како што се циркон и илменит. Монацитот може да се изолира како речиси чист концентрат со употреба на гравитација, магнетна и електростатска сепарација.

Наслагите од монацитен песок се претежно од состав на моназит-( Ce3). Типично, лантаноидите во ваквите монацити содржат околу 45-48% цериум, околу 24% лантан, околу 17% неодимиум, околу 5% празеодимиум и мали количини на самариум, гадолиниум и итриум. Концентрациите на европиум имаат стремеж да бидат ниски, околу 0,05%. Јужноафриканскиот „карпен“ монацит, од Стинкампскрал, бил преработен во 1950-тите и почетокот на 1960-тите од страна на Хемиската дивизија Линдзи на Американската корпорација за поташа и хемикалии, во тоа време најголемиот производител на лантаноиди во светот. Монацитот од Стинкампскрал обезбедувал снабдување со комплетен сет лантаноиди. Многу ниските концентрации на најтешките лантаниди во моназитот го оправдувале терминот „ретка“ земја за овие елементи, со цени што одговараат. Содржината на ториум во монаcитот е променлива и понекогаш може да достигне до 20-30%. Монаcитот од одредени карбонатити или од боливиските жили од калајна руда е во суштина без ториум. Сепак, комерцијалните монаcитни песоци обично содржат помеѓу 6 и 12% ториум оксид.

 Киселинско кракување 
Оригиналниот процес за „кракување“ на монацит за да се извади содржината на ториум и лантанид бил да се загрее со концентрирана сулфурна киселина на температури помеѓу 120 и 150 степени неколку часа. Варијациите во односот на киселината кон рудата, степенот на загревање и степенот до кој потоа се додавала вода довело до неколку различни процеси за одвојување на ториумот од лантанидите. Еден од процесите предизвикал ториумот да се таложи како фосфат или пирофосфат во сурова форма, оставајќи раствор од лантанидни сулфати, од кој лантанидите лесно можеле да се таложат како двоен натриум сулфат. Киселинските методи довеле до генерирање на значителен кисел отпад и губење на содржината на фосфат во рудата.
центар|600x600пкс

 Алкално кракување 
Понов процес употребувал топол раствор на натриум хидроксид (73%) на околу  . Овој процес овозможува вредната содржина на фосфат во рудата да се обнови како кристален тринатриум фосфат. Смесата од лантанид/ториум хидроксид може да се третира со хлороводородна киселина за да се добие раствор од лантаноид хлориди и нерастворлива тиња од помалку основниот ториум хидроксид.
центар|600x600пкс

 Извлекување метали 
мини|400x400пкс|Дијаграм на тек на процесот за екстракција на ретки земни метали од моназитна руда со употреба на хидрометалургија
Извлекувањето на ретки земни метали од монацитната руда започнува со варење со сулфурна киселина, проследено со водено извлекување. Процесот бара многу неутрализации и филтрации.Gupta, C. K. and T. K. Mukherjee. Hydrometallurgy in Extraction Processes. Boca Raton, Florida: CRC, 1990. Print.Gupta, C. K., and N. Krishnamurthy. Extraction Metallurgy of Rare Earths. Boca Raton, Florida: CRC, 2005. Print.

Конечните производи добиени за овој процес се концентрат од ториум-фосфат, RE хидроксиди и концентрат од ураниум. Во зависност од релативните пазарни цени на ураниумот, ториумот и ретките земни елементи, како и достапноста на клиентите и логистиката за испорака до нив, некои или сите од тие производи може да бидат економични за продажба или понатамошна преработка во продажна форма, додека други претставуваат јаловина за отстранување. Производите од радиоактивните серии на распаѓање на ураниум и ториум, особено радиумот, ќе бидат присутни во траги и ќе претставуваат радиотоксична опасност. Додека радиум-228 (производ на распаѓање на ториум) ќе биде присутен единствено во екстремно мали количини (помалку од еден милиграм на метрички тон ториум) и ќе се распадне со полуживот од приближно 5,75 години, радиум-226 ќе биде присутен во сооднос над 300 милиграми на метрички тон ураниум и поради неговиот долг полуживот (~1600 години) во суштина ќе остане со остатокот. Бидејќи радиумот го формира најмалку растворливиот познат сулфат на алкалноземен метал, радиум сулфатот ќе биде присутен меѓу цврстите производи на филтрација откако ќе се додаде сулфурна киселина.

 Содржи нуклеарен отпад 
Во две истражувања, едното кое ги тестира можностите за складирање на радиоактивен отпад од синтетички монацити преку потопување во контаминиран систем за отпадни води подолг временски период, а другото кое ја споредува издржливоста на кристалните структури на повеќе минерали, тие ја истражуваат способноста на монацитот да дејствува како домаќин на јадрени нуспроизводи од висококвалитетен плутониум во деактивирано нуклеарно оружје и потрошено гориво од нуклеарни реактори. Резултатите од двете истражувања покажуваат дека монацитот е една од подобрите опции за складирање во споредба со претходно користеното боросиликатно стакло.

Едно испитување спроведено во Националната лабораторија Оук Риџ во Тенеси  ги споредува перформансите на синтетичкиот монацит со боросиликатно стакло во управувањето со радиоактивен отпад. Овој експеримент вклучувал синтетички монацит и боросиликатно стакло потопени во контаминиран симулиран одбранбен отпад на реката Савана во текот на 28 дена, при што во текот на овој временски период биле мерени стапките на истекување од двата материјали. Резултатите покажале дека синтетичкиот монацит е далеку поефикасен материјал за содржување на радиоактивен отпад поради неговите ниски стапки на истекување и бавна стапка на корозија.

Во второто испитување  било откриено дека природниот монацит има подобрена способност да се справи со нуспроизводите од зрачењето поради својството на „отпорност“ на зрачење, бидејќи е способен да остане кристален откако ќе биде изложен на големи количини на алфа-распаѓачко зрачење и ќе стане аморфизиран. Поради оваа висока издржливост, се смета за подобра алтернатива за сместување на материјали како што е радиоактивниот стронциум од другите тестирани минерали. Исто така, е покажано дека синтетичкиот моназит има слична издржливост како онаа на природните кристални примероци откако ќе стане целосно аморфизиран.

 Наводи 

 Извори 
 J. C. Bailar et al., Comprehensive Inorganic Chemistry, Pergamon Press, 1973.
 R. J. Callow, The Industrial Chemistry of the Lanthanons, Yttrium, Thorium and Uranium, Pergamon Press 1967. .
 Gupta, C. K. and N. Krishnamurthy, Extactive Metallurgy of Rare Earths, CRC Press, 2005, .
 Gupta, C. K., and T. K. Mukherjee. Hydrometallurgy in Extraction Processes, Boca Raton, Florida: CRC Press, 1990. Print.
 Price List, Lindsay Chemical Division, American Potash and Chemical Corporation, 1960.
 R. C. Vickery, Chemistry of the Lanthanons, Butterworths and Academic Press, 1953.

Категорија:Моноклински минерали
Категорија:Фосфатни минерали
Категорија:Радиоактивни минерали
Категорија:Минерали на ториумот
Категорија:Лантаноидни минерали