| Monazite | |
|---|---|
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| Classificazione Strunz (ed. 10) | 8.AD (monazite-Gd) - 8.AD.50 (per le altre monaziti)[1] |
| Formula chimica | REE(PO4)[2] |
| Proprietà cristallografiche | |
| Sistema cristallino | monoclino[3] |
| Gruppo puntuale | 2/m[4] |
| Gruppo spaziale | P21/n[4] |
| Proprietà fisiche | |
| Densità misurata | a seconda del contenuto di elementi delle terre rare: da 4,98 a 5,43[4] g/cm³ |
| Densità calcolata | a seconda del contenuto di elementi delle terre rare: da 5,13 a 5,478[4] g/cm³ |
| Durezza (Mohs) | da 5,0 a 5,5[5] |
| Sfaldatura | discreta su {100} scarsa su {010} |
| Frattura | da concoide a irregolare |
| Colore | marrone rossiccio, marrone, giallo pallido, rosa, verde, grigio[6] |
| Lucentezza | resinosa, da vitrea ad adamantina |
| Opacità | da translucida a opaca[6] |
| Striscio | grigio-bianco[6] |
| Diffusione | rara |
| Si invita a seguire lo schema diModello di voce – Minerale | |
Monazite è un termine collettivo per alcuniminerali riconosciuto dall'Associazione Mineralogica Internazionale (IMA). Questi minerali piuttosto rari appartengono alla classe dei minerali "fosfati, arsenati e vanadati", formano ilsupergruppo della monazite e possiedono la seguente composizione chimica:
| Nome | Formula[7] |
|---|---|
| Monazite-(Ce) | CePO4 |
| Monazite-(Gd) | Gd(PO4) |
| Monazite-(La) | LaPO4 |
| Monazite-(Nd) | NdPO4 |
| Monazite-(Sm) | SmPO4 |
I metallicerio (Ce),lantanio (La),neodimio (Nd) esamario (Sm) che si trovano nella formula sono anche indicati come metalli delleterre rare. Inoltre, a causa della loro completa solubilità l'uno nell'altro, ci sono sempre mescolanze degli altri membri finali della serie mista, nonchégadolinio (Gd),praseodimio (Pr),ittrio (Y) e fino al 20% ditorio (Th). Poiché il torio èradioattivo, i prodotti della suaserie di decadimento si trovano anche nella monazite, quando contenente torio, in proporzioni corrispondenti al rapporto tra il lorotempo di dimezzamento e quello del torio.
Poiché ilantanidi non si presentano puri in natura, ma sempre come miscele degli elementi corrispondenti, esiste una formula chimica alternativa per la monazite: Ln[PO4]. Qui, il simboloLn non sta per il singolo elemento lantanio, ma per la somma di tutti i lantanidi.
La monazite è il minerale più importante per i metalli delle terre rare, insieme allabastnäsite. Inoltre, la monazite è considerata il minerale del torio più importante.[8]
In natura, la monazite più comune è la monazite-(Ce), le altre forme sono più rare.[2]
La parola monazite deriva dal greco μονάζειν (monázein= "vivere solo", parola composta da μόνος [mónos] "solo" e ζήω [zēō] "vivere"), in allusione ai suoi cristalli isolati.[9]
Il mineraleeremita – sinonimo di monazite[10] – fu descritto dal mineralogista statunitense Charles Upham Shepard nel 1837:
(Charles Upham Shepard[11])
La monazite fu osservata per la prima volta daCarl Auer von Welsbach nella sabbia di zavorra delle navi provenienti dal Brasile. Nel 1880, era alla ricerca di torio per lereticelle Auer che aveva inventato. La sabbia di monazite si affermò presto come fonte di torio per la produzione elle reticelle, che rappresentavano anche la pietra angolare dell'industria delle terre rare. Per un breve periodo, la monazite fu importata dallaCarolina del Nord, ma presto furono scoperte abbondanti fonti inIndia eBrasile. Fino alla seconda guerra mondiale, la monazite era la principale fonte di metalli delle terre rare, fino a quando la basnaesite ha iniziato ad essere lavorata intorno al 1965.
Già nell'obsoleta 8ª edizione della sistematica minerale secondoStrunz, la monazite, che qui è ancora considerata un "solo" minerale, apparteneva alla classe dei minerali di "fosfati, arsenati e vanadati" e lì alla sottoclasse dei "Fosfati anidri, arseniati e vanadati senza anioni estranei", dove insieme acheralite, písekite (oggi:písekite-(Y)) erooseveltite formava la "serie della monazite" con il sistema nº VII/A.11.
NellaSistematica dei lapis (Lapis-Systematik) di Stefan Weiß, che è stata rivista e aggiornata l'ultima volta nel 2018 ed è ancora strutturata secondo questa vecchia sistematica di Strunz, ai minerali qui divisi nei membri finali della serie sono stati assegnati il sistema e i numeri dei minerali VII/A.15-10 (monazite-(La)), VII/A.15-20 (monazite-(Ce)), VII/A.15-30 (monazite-(Nd)) e VII/A.15-35 (monazite-(Sm)). Ciò corrisponde anche alla classe dei "Fosfati anidri [PO4]3−, senza anioni estranei", dove le suddette monaziti insieme alla cheralite e allagasparite-(Ce) formano il "gruppo della monazite" (nº VII/A.15).[12]
La9ª edizione della sistematica minerale diStrunz, che è stata aggiornata l'ultima volta dall'IMA nel 2009[13] classifica le monaziti nella classe "8. Fosfati, arsenati e vanadati" e nella sottoclasse "8.A Fosfati, ecc. senza anioni aggiuntivi, senza H2O"; questa è ulteriormente suddivisa in base alla dimensione relativa deicationi coinvolti, in modo che il minerale possa essere trovato nella sezione ""8.AD Con soltanto cationi di grande dimensione" in base alla sua composizione, dove monazite-(Ce), monazite-(La), monazite-(Nd) e monazite-(Sm) insieme a cheralite, gasparite-(Ce) e rooseveltite formano il "gruppo della monazite" con il numero di sistema nº 8.AD.50.
Nella classificazione dei minerali diDana, che è usata principalmente nel mondo anglosassone, le monaziti hanno il sistema e i numeri dei minerali 38.04.03.01 (monazite-(Ce)), 38.04.03.02 (monazite-(La)), 38.04.03.05 (monazite-(Nd)) e 38.04.03.07 (monazite-(Sm)). Questo corrisponde anche alla classe dei "fosfati, arseniati e vanadati" e lì alla sottoclasse "fosfati anidri ecc.". In questo caso, la monazite-(Ce), la monazite-(La), la monazite-(Nd) e la monazite-(Sm) insieme alla cheralite-(Ce), allabrabantite e alla gasparite-(Ce) sono nel "Gruppo della monazite (monoclino:P21/n)" con il sistema nº 38.04.03 nella suddivisione "Fosfati anidri ecc., A+XO4".
In queste sistematiche non compare la monazite-(Gd), approvata dall'IMA nel 2022.[7] Quest'ultima è naturalmente presente nella decima edizione della classificazione Strunz, proseguita dal database "mindat.org", dove tutte le monaziti conservano la classificazione della nona edizione (8.AD.50), con l'esclusione della monazite-(Gd) che si trova nella sezione 8.AD dove è in attesa dell'assegnazione di un gruppo insieme aeplerite,mazorite,deynekoite e un nuovo minerale dimorfo dellaximengite a cui non è stato ancora dato un nome.[1]
Tutte le monaziti cristallizzano nelsistema cristallino monoclino nelgruppo spazialeP21/n (gruppo nº 14, posizione 2) e quattrounità di formula percella unitaria;[14] iparametri del reticolo sono tra loro leggermente diversi:
| Minerale | Parametri reticolari[15] |
|---|---|
| monazite-(Ce) | a = 6,7902Å; b = 7,0203 Å; c = 6,4674 Å, β = 103,38° |
| monazite-(Gd) | a = 6,703(1) Å, b = 6,914(1) Å, c = 6,383(1) Å, β = 103,8(1)°[16] |
| monazite-(La) | a = 6,8313 Å; b = 7,0705 Å; c = 6,5034 Å, β = 103,27° |
| monazite-(Nd) | a = 6,7352 Å; b = 6,9500 Å; c = 6,4049 Å, β = 103,68° |
| monazite-(Sm) | a = 6,6818 Å; b = 6,8877 Å; c = 6,3653 Å, β = 103,86° |
La monazite è strettamente correlata allexenotime-(Y) exenotime-(Yb) cristallizzantitetragonalmente con formule (Y,Yb)[PO4]. La monazite contiene i metalli delle terre rare più leggeri ma più grandi, ilnumero di coordinazione sul metallo delle terre rare è CN = 9. I metalli delle terre rare più piccoli e pesanti nelle xenotime hanno solo un numero di coordinazione di CN = 8, che consente anche la maggiore simmetria della sua struttura. La radioattività del torio, che è spesso contenuta, porta a errori reticolari, simili ai minerali diuranio.
I cristalli sono molto rari e di piccole dimensioni, possono presentarsi appiattiti, ma solitamente si presenta in forma granulare.[17]
Il colore varia tra il marrone-rosso e il giallo, cristallizza nel sistema monoclino e ha una densità di circa 5 g/cm³. È costituito da circa il 50 % di cerio, circa il 20 % di lantanio e neodimio, circa il 5 % dipraseodimio e tracce di altri composti delle terre rare.
La monazite può contenere fino al 20% in peso didiossido di torio radioattivo (ThO2) e fino all'1% in peso didiossido di uranio (UO2), nonché i loro prodotti di decadimento:piombo (Pb) e, in quantità molto piccole,elio (He), che può essere estratta mediante riscaldamento.[18] La sua attività specifica è compresa tra 60 e 450 kBq/kg,[19] a seconda del contenuto degli elementi radioattivi, ed è quindi circa 100 volte più forte di quella di altre sabbie minerali. Pertanto, la monazite è un minerale importante per la datazione dell'età assoluta delle rocce (geocronologia).
La monazite si trova in numerosi ambienti geologici come in varierocce ignee emetamorfiche.[20] Grazie alla sua resistenza chimica, è presente anche nellerocce sedimentarie. Formadepositi placer nelle sabbie fluviali e costiere, motivo per cui si trova spesso ingiacimenti alluvionali, come granuli in sabbie. Si sono formati per via gravitazionale dei grani di monazite nel sedimento, che sono più pesanti del quarzo. Può essere anche trovato come minerale accessorio in rocce granitiche, pegmatitiche e anche ingneiss.[17]
I principali giacimenti primari di monazite (cioè non sedimentari) si trovano nelle miniere minerarie diBayan Obo inCina, così come Mountain Pass in California, Van Rhynsdorp e Naboomspruit in Sud Africa e Mount Weld in Australia. Le spiagge diThiruvananthapuram eTravancore, nel sud dell'India, sono costituite da grandi quantità di sabbia monazite.
Altre località per la monazite includono varie regioni dell'Australia; le fasce costiere al largo diRio de Janeiro, Bahia,Espírito Santo eParaíba inBrasile;Antsirabe inMadagascar;Iveland e Narestö inNorvegia; Miask negliUrali (Russia);Sri Lanka.[21]
InItalia è stata trovata in Lombardia (nelle vicinanze dei comuni diColico,Dorio,Campodolcino,Madesimo,Cuasso al Monte, tra gli altri), in Piemonte (nei pressi diBagnolo Piemonte,Cesana Torinese,Baceno,Formazza eMergozzo, per citarne alcuni), in Sardegna (vicino adArzachena, Arburese eLa Maddalena), ma è stata rinvenuta anche in Toscana, Puglia, Trentino Alto-Adige e Veneto.[21][22]
Le monaziti sono necessarie quasi esclusivamente come materia prima per l'estrazione di metalli delle terre rare. Inoltre, come sottoprodotto si ottiene anche il torio contenuto nei composti dei metalli delle terre rare, che era necessario fino agli anni '70 per la produzione di lampade a gas.[17] Viene usata anche per la produzione di magneti permanenti per turbine eoliche e per batterie di accumulo elettriche.[23] A causa del fatto che l'uranio-233 fissile può essere incubato dal torio, le monaziti mescolate con l'uranio-235 sono state utilizzate neireattori nucleari ad alta temperatura fino al 1989. Allacentrale elettronucleare di Shippingport (uno dei primireattori ad acqua leggera al mondo), negli anni '70 sono stati condotti esperimenti di successo con il torio come combustibile.[24][25][26]
Mentre negli anni '80 il 40% della produzione mondiale di metalli delle terre rare proveniva dalle monaziti, la quota si è ridotta drasticamente nel 2010. Il motivo del calo è, da un lato, i costi elevati dell’estrazione dei metalli delle terre rare dal minerale monazitico rispetto all’estrazione dei metalli delle terre rare dal minerale bastnasite. D'altra parte, la domanda globale di torio è diminuita negli ultimi decenni (i mantelli sono oggi prevalentemente prodotti senza torio), cosicché il torio è ora più un prodotto di scarto a elevato costo di gestione che un sottoprodotto utile dell'estrazione di metalli delle terre rare dal minerale monazitico ed è spesso collocato in discarica come scoria.[27] La ricerca sull'aumento dell'uso del torio come combustibile nucleare, che potrebbe contribuire a risolvere il problema dello smaltimento nell'estrazione di metalli delle terre rare, è attualmente seriamente perseguita solo dall'India.[8]
Nelcracking acido, una miscela di sabbia con il 98% diacido solforico viene riscaldata a 120-150 °C in serbatoi di acciaio fuso per diverse ore. La reazione di cracking è fortemente esotermica. Se la temperatura viene mantenuta al di sotto dei 250 °C e viene utilizzato un eccesso di acido, il torio in esso contenuto diventasolubile in acqua. Quando si utilizzano quantità uguali di acido e sabbia e si imposta una temperatura più elevata, il torio diventa insolubile in acqua. Il fango risultante viene spento con acqua, per cui i solfati vanno in soluzione. Il torio viene quindiprecipitato comepirofosfato o perneutralizzazione come sale basico. I lantanidi rimasti in soluzione vengono quindi completamente precipitati conacido ossalico o parzialmente ottenuti precipitando il gruppo cerio come doppio sale sodio-solfato. Il restante gruppo di ittrio viene elaborato separatamente. I fosfati possono essere separati precipitando gli idrossidi conidrossido di sodio. Quando il precipitato acquoso viene essiccato all'aria, il cerio(III) si ossida inossido di cerio(IV).[20]
Nelcracking basico, la sabbia di monazite viene trattata consoda caustica a circa 140 °C. Questo produce ossidi e idrossidi insolubili efosfato di sodio, che si dissolve dopo l'aggiunta di acqua. I fanghi insolubili vengono trattati conacido cloridrico diluito, per cui gli ossidi di lantanidi vanno in soluzione, mentre il diossido di torio rimane come residuo, contaminato da altri componenti insolubili in acido. L'ossido di cerio(IV) può essere quasi completamente precipitato dalla soluzione mediante ossidazione conipoclorito di sodio allo stesso valore dipH.[20]
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|---|
| Minerali del supergruppo dellamonazite | |
|---|---|
| cheralite | |
| Gruppo della gasparite | gasparite-(Ce) ·gasparite-(La) |
| Gruppo della monazite | monazite-(Ce) ·monazite-(Gd) ·monazite-(La) ·monazite-(Nd) ·monazite-(Sm) |
| in attesa di assegnazione a un gruppo | huttonite ·rooseveltite |
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