모나자이트

Monazite
장석의 화성 관입암 몬조나이트와 혼동하지 마십시오.
모나자이트
모나자이트-(Ce)
일반
카테고리인산염광물
공식
(repeating단위)		(Ce,La,Th)PO4
스트룬츠 분류8.AD.50
크리스털 시스템모노클리닉
크리스탈 클래스각형(2/m)
(동일한 H–M 기호)
공간군P21/n
신분증
색.주황색, 보라색, 적갈색, 갈색, 옅은 노란색, 분홍색, 파란색, 녹색, 회색,
수정습관일반적으로 각기둥 또는 쐐기 모양의 결정체로 사용됩니다.
트윈닝접촉쌍둥이 공통
갈라짐[100]에서 [010]에서 [100] 불량으로 구별됨
골절콘코이드 투 요철
모이스 스케일 단단함5.0–5.5
광채수지성, 독극물성, 독극물성
줄무늬하얀색
디아페니티반투명 ~ 불투명
비중4.6–5.7 (4.98–5.43 for monazite-Ce)
광학적 특성이축(+)
굴절률nα = 1.770–1.793
nβ = 1.778–1.800
nγ = 1.823–1.860
플레오크로이즘약한
2V 각도10–26°
융점1900–2100
기타특성 우라늄 및/또는 토륨이 풍부하고 둔한 갈색 음극 발광일 경우, 상자성체
자성상자성, 적당한 강도
참고문헌[1][2]

모나자이트는 희토류 원소를 함유하고 있는 주로 적갈색의 인산염 광물입니다.조성의 다양성으로 인해 모나자이트는 광물의 한 그룹으로 여겨집니다.[3]그룹의 가장 흔한 종은 모나자이트-(Ce), 즉 그룹의 세륨-우성 멤버입니다.[4]일반적으로 작은 고립된 결정에서 발생합니다.광물경도의 모스 규모에서 경도가 5.0~5.5이며, 비교적 밀도가 높아 약 4.6~5.7g/cm입니다3.광물에 포함된 희토류 원소의 상대적인 양에 따라 가장 흔한 다섯 종류의 모나자이트가 있습니다.[5]

괄호 안의 원소들은 광물 내에서의 상대적인 비율 순서대로 나열되어 있습니다: 란타넘은 모나자이트-(La)에서 가장 흔한 희토류 원소입니다.실리카(SiO2)는 미량으로 존재하며, 우라늄과 토륨도 소량 존재합니다.토륨과 우라늄의 알파 붕괴로 인해 모나자이트에는 상당량의 헬륨이 함유되어 있으며, 이 헬륨은 가열에 의해 추출될 수 있습니다.[6]

다음 분석은 (I.) 미국 노스캐롤라이나주 버크 카운티, (II.) 노르웨이 아렌달, (II.) 호주 뉴사우스웨일스주 엠마빌에서 온 모나자이트입니다.[7]

i. II. III.
오산화인(PO25) 29.28 27.55 25.09
산화세륨(CeO23) 31.38 29.20 36.64
산화란탄(LaO23)
산화디디뮴(DiO23)		 30.88 26.26 30.21
산화이트륨(YO23) — 3.82 —
산화토륨(ThO2) 6.49 9.57 1.23
실리카(SiO2) 1.40 1.86 3.21
알루미나(AlO23) — — 3.11
산화철(FeO23) — 1.13 —
라임(CaO) — 0.69 —
물(HO2) 0.20 0.52 —
99.63 100.60 99.49
비중 5.10 5.15 5.001

모나자이트는 토륨,[8] 란탄, 세륨의 중요한 광석입니다.[9]그것은 종종 트레이서 퇴적물에서 발견됩니다.인도, 마다가스카르, 남아프리카에는 모나자이트 모래가 많이 매장되어 있습니다.인도의 퇴적물은 특히 모나자이트가 풍부합니다.

모나자이트는 토륨과 덜 일반적으로 우라늄의 존재로 인해 방사성을 띠고 있습니다.우라늄과 토륨이 방사성 붕괴되어 납으로 가는 것을 통해 모나자이트의 연대를 측정할 수 있습니다.모나자이트 결정은 종종 모나자이트 결정화로 이어지는 일련의 지질학적 사건을 통해 형성된 여러 개의 별개의 영역을 가지고 있습니다.[10]이 도메인은 숙주 암석의 지질학적 역사에 대한 통찰력을 얻기 위해 날짜를 지정할 수 있습니다.

모나자이트라는 이름은 고대 그리스어: μ ονάζειν에서 유래되었으며, 로마자화된: monázein (혼자라는 뜻), 독일어 모나자이트를 경유하여 분리된 결정체를 암시합니다.

구조.

모나자이트의 구조.색상 체계: 빨간색 = O, 옅은 파란색 = P, 짙은 회색 = Ce(III) 및 기타 란타니드 및 액티니드.

모든 모나자이트는 동일한 구조를 채택하는데, 이는 원자들의 연결성이 M(III)PO형의4 다른 화합물들과 매우 유사하다는 것을 의미합니다.M(III) 중심에는 M-O 거리가 약 2.6 Å인 8개의 산화물로 둘러싸인 왜곡된 배위구가 있습니다.인산 음이온은 평소와 마찬가지로 사면체입니다.크롬산납(PbCrO)에서도 동일한 구조적4 모티프가 관찰됩니다.[12]모나자이트는 또한 지르콘, 크세노타임, 셸라이트, 무수물, 바라이트 및 랍도판과 많은 구조적 유사점을 공유합니다.[13]

광업이력

노스캐롤라이나 셸비에 있는 모나자이트 광산의 엽서 보기, 카트 트랙과 다리.

브라질의 모나자이트 모래는 1880년대 칼 아우어 폰 웰스바흐에 의해 배의 밸러스트에 실려온 모래에서 처음 발견되었습니다.폰 벨스바흐는 새로 발명된 백열 맨틀을 위해 토륨을 찾고 있었습니다.모나자이트 모래는 토륨 공급원으로 빠르게 채택되어 희토류 산업의 기반이 되었습니다.

모나자이트 모래는 노스캐롤라이나에서도 잠시 채굴되기도 했지만, 얼마 지나지 않아 인도 남부에서 광범위한 퇴적물이 발견됐습니다.제2차 세계 대전 이전에는 브라질과 인도의 모나자이트가 그 산업을 지배했고, 그 후에는 주요 광산 활동이 남아프리카로 넘어갔습니다.호주에는 거대한 모나자이트 퇴적물도 있습니다.

모나자이트는 상업용 란타니드의 유일한 중요한 공급원이었지만, 1960년대에는 토륨 함량이 훨씬 낮기 때문에 토륨의 방사성 딸 생성물의 폐기에 대한 우려로 인해 란타니드 생산에서 모나자이트를 대체하게 되었습니다.원자력 에너지에 대한 토륨에 대한 관심이 증가하면 모나자이트가 상업적으로 다시 사용될 수 있습니다.[citation needed]

광물화 및 추출

모나자이트 분말
모나자이트 - 지역: 마다가스카르 - 독일 본의 광물학 박물관에서 공개

모나자이트 광물은 밀도가 높기 때문에 페그마타이트의 풍화에 의해 방출될 때 충적사질에 집중됩니다.이러한 소위 페서 퇴적물은 종종 해변 또는 화석 해변 모래이며 지르콘 및 일메나이트와 같은 상업적으로 관심 있는 다른 무거운 광물을 포함합니다.모나자이트는 중력, 자기 및 정전기 분리를 사용하여 거의 순수한 농축액으로 분리할 수 있습니다.

모나자이트-(Ce) 조성물은 모나자이트 모래 퇴적물이 일반적입니다.일반적으로 이러한 모나자이트에 포함된 란탄은 약 45~48%의 세륨, 약 24%의 란탄, 약 17%의 네오디뮴, 약 5%의 프라세오디뮴 및 소량의 사마륨, 가돌리늄 및 이트륨을 포함합니다.유로퓸 농도는 0.05% 정도로 낮은 경향이 있습니다.남아프리카 공화국의 "록" 모나자이트는 Steenkampskraal 출신으로 1950년대와 1960년대 초에 당시 세계 최대의 란타니드 생산업체였던 American Potash and Chemical Corporation의 Lindsay Chemical Division에 의해 가공되었습니다.Steenkampskraal 모나자이트는 완전한 란타니드 세트의 공급을 제공했습니다.모나자이트에서 가장 무거운 란타넘족의 농도가 매우 낮았기 때문에 가격이 일치하는 이 원소들에 대해 "희귀한" 흙이라는 용어가 정당화되었습니다.모나자이트의 토륨 함량은 가변적이며 때로는 20-30%까지 가능합니다.특정 탄산염이나 볼리비아 주석 광맥의 모나자이트는 본질적으로 토륨이 없습니다.그러나 상업용 모나자이트 모래는 일반적으로 6~12%의 산화토륨을 함유하고 있습니다.

산성균열

토륨과 란탄 함량을 추출하기 위해 모나자이트를 "크래킹"하는 원래의 과정은 진한 황산으로 몇 시간 동안 120 ~ 150 °C (250 ~ 300 °F)의 온도로 가열하는 것이었습니다.광석에 대한 산의 비율, 가열의 정도, 그리고 그 후 물을 첨가하는 정도의 차이로 인해 란타넘족으로부터 토륨을 분리하는 몇 가지 다른 과정이 이루어졌습니다.그 과정 중 하나는 토륨이 조잡한 형태로 인산염이나 피로인산염으로 침전되도록 하여 란탄산 황산염 용액을 남겼고, 이 용액에서 란탄산은 이중 황산나트륨으로 쉽게 침전될 수 있었습니다.산성 방법은 상당한 산성 폐기물을 발생시키고 광석의 인산 함량을 감소시켰습니다.

알칼리균열

보다 최근의 공정은 약 140°C(280°F)에서 뜨거운 수산화나트륨 용액(73%)을 사용합니다.이 과정을 통해 광석의 귀중한 인산염 함량을 결정형 인산삼나트륨으로 회수할 수 있습니다.란탄/수산화토륨 혼합물을 염산으로 처리하여 란탄 염화물 용액, 및 덜 염기성인 수산화토륨의 불용성 슬러지를 제공할 수 있습니다.

모나자이트 광석의 희토류 추출

하이드로메탈을 이용한 모나자이트 광석 희토류 추출 공정 흐름도

모나자이트 광석에서 희토류 금속을 추출하는 작업은 황산으로 소화한 후 수성 추출하는 것으로 시작됩니다.공정에는 많은 중화 및 여과가 필요합니다.[14][15]

이 공정에서 산출된 최종 생성물은 토륨-인산염 농축물, RE 수산화물 및 우라늄 농축물입니다.우라늄, 토륨 및 희토류 원소의 상대적인 시장 가격과 고객의 가용성 및 고객에게 제공되는 물류에 따라, 이러한 제품의 일부 또는 전부는 판매 또는 추가 가공이 시장성 있는 형태로 경제적일 수 있고, 다른 제품들은 폐기를 위한 테일링을 구성합니다.우라늄 및 토륨 붕괴 계열의 생성물, 특히 라듐은 미량 존재하며 방사성 독성 위험을 형성합니다.라듐-228(토륨 붕괴의 산물)은 극미량(토륨 1톤당 1밀리그램 미만)으로만 존재하며, 반감기는 약 5.75년으로 감소할 것입니다.라듐-226은 우라늄 톤당 300밀리그램 이상의 비율로 존재할 것이며 긴 반감기(~ 1600 년) 때문에 본질적으로 잔류물과 함께 남아 있을 것입니다.라듐은 알려진 가장 용해도가 낮은 알칼리 토금속 황산염을 형성하기 때문에 황산을 첨가한 후 고체 여과 생성물 중에 황산 라듐이 존재하게 됩니다.

모나자이트를 이용한 핵폐기물 억제

두 연구에서 합성 모나자이트 방사성 폐기물을 오염된 폐수계에 장기간 침지시켜 저장능력을 시험하고, 다른 연구에서는 여러 광물의 결정구조의 내구성을 비교한 결과,그들은 모나자이트가 폐핵무기에 포함된 고급 플루토늄으로부터 나오는 핵 부산물과 원자로에서 나오는 사용후 연료의 숙주 역할을 하는 능력을 조사합니다.두 조사의 결과는 모나자이트가 이전에 사용된 붕규산 유리와 비교하여 보관에 더 나은 옵션 중 하나임을 보여줍니다.

Tennessee의[16] Oak Ridge National Laboratory에서 수행된 한 연구는 방사성 폐기물 관리에서 합성 모나자이트와 붕규산 유리의 성능을 비교합니다.이 실험은 합성 모나자이트와 붕규산 유리를 두 물질의 침출률을 측정한 기간 동안 28일 동안 오염된 모의 사바나 강 방어 폐기물에 담근 것을 포함했습니다.결과는 합성 모나자이트가 침출 속도가 낮고 부식 속도가 느리기 때문에 방사성 폐기물을 함유하는 데 훨씬 더 효과적인 물질임을 보여줍니다.

두 번째 연구에서[17] 천연 모나자이트는 많은 양의 알파 붕괴 방사선을 받고 비정질화된 후에도 결정을 유지할 수 있기 때문에 방사선 "저항"의 특성으로 인해 방사선 부산물을 처리하는 능력이 향상된 것으로 밝혀졌습니다.이러한 높은 내구성으로 인해 방사성 스트론튬과 같은 물질을 호스팅하는 데 다른 테스트를 거친 광물보다 더 나은 대안으로 여겨집니다.합성 모나자이트는 또한 완전히 비정질화된 후 천연 결정질 샘플과 유사한 내구성을 갖는 것으로 나타났습니다.

참고문헌

  1. ^ 미네랄리엔아틀라스.
  2. ^ Anthony, John W.; Bideaux, Richard A.; Bladh, Kenneth W.; Nichols, Monte C. (2005). "Monazite" (PDF). Handbook of Mineralogy. Mineral Data Publishing. Retrieved 23 July 2022.
  3. ^ Mindat.org 의 모나자이트 그룹
  4. ^ 모나자이트-(Ce) on Mindat.org
  5. ^ Mindat.org 의 모나자이트 그룹
  6. ^ "모래에서 온 헬리움", 1931년 3월, 대중역학 460쪽.
  7. ^ Spencer, Leonard James (1911). "Monazite" . In Chisholm, Hugh (ed.). Encyclopædia Britannica. Vol. 18 (11th ed.). Cambridge University Press. p. 692.
  8. ^ 볼프강 스톨 "토륨과 토륨 화합물" 울만의 산업 화학 백과사전 2012 Wiley-VCH, Weinheim.doi:10.1002/14356007.a27_001.
  9. ^ McGill, Ian (2005), Wiley-VCH, Weinheim, Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry Chemistry Elements.doi:10.1002/14356007.a22_607.
  10. ^ Williams, Michael L.; Jercinovic, Michael J.; Hetherington, Callum J. (2007). "Microprobe Monazite Geochronology: Understanding Geologic Processes by Integrating Composition and Chronology". Annual Review of Earth and Planetary Sciences. 35 (1): 137–175. Bibcode:2007AREPS..35..137W. doi:10.1146/annurev.earth.35.031306.140228. ISSN 0084-6597.
  11. ^ 옥스포드 영어사전, 제3판, 2002.
  12. ^ Quarreni, S., de Pieri, R. "크로코이트의 구조를 입체적으로 개선한 PbCrO4" Acta Crystalographica 1965, 제19권, 287-289쪽.
  13. ^ Clavier, Nicolas; Podor, Renaud; Dacheux, Nicolas (June 2011). "Crystal chemistry of the monazite structure". Journal of the European Ceramic Society. 31 (6): 941–976. doi:10.1016/j.jeurceramsoc.2010.12.019.
  14. ^ 굽타, C.K. 그리고 T.K. 무커지.추출 공정에서의 하이드로메탈의 용광성.보카 라톤, 플로리다: CRC, 1990.인쇄.
  15. ^ 굽타, C. K. 그리고 N. 크리슈나무르티.희토류 추출 야금학.보카 라톤, 플로리다: CRC, 2005.인쇄.
  16. ^ Sales, B.C.; White, C.W.; Boatner, L.A. (January 1983). "A comparison of the corrosion characteristics of synthetic monazite and borosilicate glass containing simulated nuclear defense waste". Nuclear and Chemical Waste Management. 4 (4): 281–289. doi:10.1016/0191-815X(83)90053-0.
  17. ^ Lumpkin, G. R. (2006-12-01). "Ceramic Waste Forms for Actinides". Elements. 2 (6): 365–372. doi:10.2113/gselements.2.6.365. ISSN 1811-5209.

더보기

  • J. C. Bailar et al., 포괄적 무기화학, Pergamon Press, 1973.
  • R. J. 캘로우, 란타논의 공업화학, 이트륨, 토륨과 우라늄, 페르가몬 출판사 1967.LCCN 67-14541.
  • 굽타, C. K. and N. 크리슈나무르티, 희토류의 추출 금속학, CRC Press, 2005, ISBN 0-415-33340-7
  • 굽타, C. K. 그리고 T. K. 무커지.추출 과정에서의 수문학, 플로리다 보카 라톤: CRC 프레스, 1990.인쇄.
  • 가격 리스트, Lindsay Chemical Division, American Potash and Chemical Corporation, 1960.
  • R. C. 비커리, 랜턴족의 화학, 버터워스와 학술 출판, 1953.

외부 링크

위키미디어 커먼즈에는 모나자이트와 관련된 미디어가 있습니다.