Колумбит

Колумбит, исто така наречен ниобит, ниобит-танталит и колумбат, со општа хемиска формула од — црна минерална група која е руда на ниобиум. Има субметален сјај, висока густина и е ниобат на железо и манган. Ниобитот има многу примени во воздухопловството, градежништвото и медицинската индустрија. Датирањето на колумбитните минерали првенствено се комплетира со ураниумово-оловното датирање, што е бавен процес.
Колумбитот има ист состав и кристална симетрија (орторомпска) како танталитот. Всушност, двата често се групирани заедно како полусингуларна минерална серија наречена колумбит-танталит или колтан во многу минерални водичи. Сепак, танталитот има многу поголема специфична тежина од колумбитот, повеќе од 8,0 во споредба со колумбитот од 5,2. Формирањето на колумбит зависи од концентрациите на присутни метали кои влијаат на кристалната структура на минералот и влијанието врз животната средина.
Колумбитот е полиморф на тапиолит; тие имаат ист хемиски состав, но различна кристална симетрија: орторомпски за колумбит и тетрагонален за тапиолит. Најголемиот документиран монокристал на колумбит се состоел од плочи 6 мм со дебелина 76 х 61 см.
Колумбитот содржи различни состави на ториум и ураниум, што го прави радиоактивен. Колтанот, вид колумбит во кој доминира танталот, често се ископува од занаетчиски рудари и мали рудари со ризици за животната средина и здравјето на луѓето поради нерегулирани услови за работа.
1 Историја и етимологија
Оваа минерална група за прв пат била пронајдена во Хадам, Конектикат, во САД. Појавата на колумбит во Соединетите Американски Држави била објавена на 13 април 1905 година, преку објавување на истражување за составот на постар примерок, веројатно од Џон Винтроп (1606–1676), прв гувернер на колонијата Конектикат и страствен колекционер на минерали. Помеѓу 600 други примероци, релевантниот примерок бил дониран од имењакот и внук на гувернерот, Џон Винтроп (1681–1747) на Ханс Слоун, претседател на Кралското друштво во Лондон, откако Винтроп станал член на Кралското друштво во 1737 година.
Во 1801 година, Чарлс Хачет го открил елементот ниобиум во истиот примерок, кој го нарекол колумбиум според истражувачот Кристофер Колумбо.
2 Колумбитни видови
Колумбитот создава непроѕирни кристали кои се од црна до темно кафеава боја. Создавањето на кристалите варира во зависност од присутните видови.
Колумбитот создава серија со аналогот феротанталит, доминантен во тантал<sub>,</sub> и и аналогот со доминантен манган манганоколумбит. Манганоколумбитот има хемиска формула (Mn, Fe)(Nb, Ta)<sub>2</sub>O<sub>6</sub>, често со мали концентрации на тантал и железо. Манганоколумбитот често се наоѓа во пегматити, магматски карпи со мало зрно.
Членот богат со железо од колумбитната група е фероколумбитот, FeNb<sub>2</sub>O<sub>6</sub>, а може да бидат присутни и мали концентрации на калај и волфрам. Овој вид колумбит често се наоѓа во пегматитите како гранулирани магматски карпи.
Итроколумбитот претставува колумбит богат со итриум со формулата , е радиоактивен минерал пронајден во Мозамбик. Овој минерал се создава поради пегматити и гранити од ретки метали.
3 Структура
Атомите на колумбитот создаваат октаедарска структура каде што атомите на ниобиум или тантал опкружуваат атом на кислород. Генерално, колумбитот создаваорторомпски кристали кои даваат приближни должини на кристалните оски како a ≈ 14,27, b ≈ 5,73 и c ≈ 5,06 Å. Различни видови колумбит, како што се манганоколумбит или фероколумбит, можат да ги променат должините на кристалните оски.
Бидејќи колумбитот може да создава видови со други минерали, физичките својства на минералот можат да се променат. Кога фероколумбитот се воведува за загревање, се јавува еднакво ширење на оската „a“ и „b“. Покрај тоа, поради големината на јоните и целокупната структура, фероколумбитот е посвитлив од манганоколумбитот. Кога манганоколумбитот се воведува за загревање, се јавува ширење на оската „a“, што резултира со нерамномерна промена на структурата.
4 Употреба
Кога ниобитот се извлекува од колумбит, во процесот на рафинирање на руда, може да се забележат употреби во воздухопловната, градежната и медицинската индустрија. Во воздухопловната индустрија, може да се создадат суперлегури. Суперлегури од ниобит создаваат материјал со мала маса и висок отпор, кој често се употребува во вселенските летала. Во градежништвото, од ниобит се создава челик со висока цврстина и ниска легура (HSLA). Покрај тоа, ниобитот екстрахиран од колумбит може да се користи за создавање електронски компоненти што се користат во медицинска опрема како што се магнетна резонанца (MRI) и јадрена магнетна резонанца (NMR).
5 Формирање
Колумбитот често се наоѓа во пегматитни и алувијални наслаги, како и во гранитни карпи. Колумбитните минерали се главно составени од магнезиум, железо, ниобиум и тантал, каде што се забележани траги од калај, титаниум и скандиум. Целокупниот состав на колумбитот влијае на кристалната структура, што резултира со различни процеси на формирање. Во моментов, постојат две истакнати теории за формирање на колумбит. Едната теорија е развиена поради силното привлекување на ниобиум и тантал, во рамките на колумбитот, кон силикатни стопи кои се наоѓаат во земјината кора или плашт. Покрај тоа, присуството на магма го формира колумбитот преку два процеса на кристализација. Првиот процес на кристализација создава ниобиумско јадро, а вториот процес на кристализација создава танталов раб. Оваа теорија е истакната поради текстурата на минералот за време на флуидната фаза и магматската фракциона кристализација што се јавува за време на формирањето. Друга истакната теорија за формирањето на ниобиум и тантал, во колумбитските минерали, се јавува поради хидротермални течности. Оваа теорија сугерира дека хидротермалните течности реагираат со колумбитот за време на формирањето и како резултат на тоа се формираат неправилни кристали.
Можно е двете теории да работат заедно за да формираат колумбитни минерали, како и различни видови колумбит како што се манганколумбит, фероколумбит и итроколумбит.
6 Влијание врз животната средина
Колумбитните минерали имаат потенцијал да бидат радиоактивни поради траги од ураниум и ториум. Радиоактивните минерали се нестабилни и емитуваат јонизирачко зрачење што предизвикува негативни влијанија врз животната средина и здравјето на луѓето. Секоја земја има различни закони во врска со преносот на радиоактивен материјал.
При рударство на колумбит, загадувањето на подземните и површинските води е многу загрижувачко главно поради присуството на тешки метали во отпадната карпа. Покрај тоа, отпадната карпа може да доведе до кисела дренажа на рудникот, што може да влијае на подземните и површинските води. За да се добие чист колумбит, се произведува голема количина отпадна карпа, што доведува до негативни влијанија врз околната средина.
За време на извлекувањето на ниобит или тантал од колумбит, се употребуваат силни киселини на високи температури кои имаат негативно влијание врз животната средина. Флуороводородна киселина и сулфурна киселина се употребуват во процесите на рафинирање на руда помеѓу температури од 250-300°F.°C. Овие киселини можат да предизвикаат закиселување на почвата, загадување на воздухот и загадување на водата, што пак влијае на екосистемите. Денешната технологија, во рафинирањето на рудата на колумбит, не е селективна, што доведува до присуство на примеси во рафинираните примероци од колумбит. За отстранување на примесите, потребна е поголема концентрација на киселина, што доведува до поголем потенцијал за опасности по животната средина.
7 Датирање
Постојат три примени за датирање на минералите од колумбитната група, секоја со предности и недостатоци. Овие методи се ураниумово-оловно датирање (U-Pb), ласерска аблација со индуктивно поврзана плазма масена спектрометрија (LA-ICP-MS) и секундарна јонска масена спектрометрија (SIMS). Методот U-Pb може да ја одреди местоположбата и староста на колумбитната минерална група според односот U/Pb. Овој метод често се спари со изотопска разредување-термичка јонизациска масена спектрометрија (ID-TIMS) за да се зголеми прецизноста. Методот LA-ICP-MS се користи ''in situ'' за датирање на колумбит-танталитни минерали со помалку од пет проценти грешка во изотопскиот однос на ураниум и олово. Методот SIMS има висока просторна резолуција и точност во мерењето на изотопи на олово во колумбитните минерали. Методите LA-ICP-MS и SIMS не се користат често поради недостаток на сертифициран референтен материјал.
8 Занаетчиско рударство
Занаетчиското и маломерното рударство обезбедува работни места за милиони луѓе, но обично има негативни влијанија врз здравјето на луѓето и животната средина. Овој вид рударство го извршуваат мали групи луѓе, обично во рамките на поголема рударска соработка, со едноставна опрема за извлекување. Оваа едноставна опрема за екстракција може да вклучува казми, лопати, сливови и минимална тешка механизација. Колтанот, доминантниот вид колумбит што содржи тантал, често се ископува занаетчиски поради неговите широки примени во електрониката. Занаетчиското и маломерното рударство на материјали е вообичаено во региони како што се Африка, Азија, Океанија, Средна Америка и Јужна Америка. Иако овој вид рударство е важен за местните економии и опстанок, тој често е нерегулиран, што доведува до нелегално рударство и небезбедни услови за работа. Поради нерегулираните услови, може да се случи малтретирање на занаетчиските рудари, насилство, нелегална трговија, а понекогаш и детски труд. Покрај тоа, долгорочните здравствени ефекти се вообичаени при рударење на колтан, поради присуството на радиоактивен материјал во минералот. Во земји како Сиера Леоне, Либерија и Демократска Република Конго, профитабилната трговија со минерали, како што е колтанот, се случила поради недостаток на државна контрола врз занаетчиското и маломерното рударство во регионот.