باستناسيت

الموسوعة الحرة

يُعدّ معدن الباستناسيت أحد معادن عائلة الفلوروكربونات الثلاثة ، والتي تشمل الباستناسيت-( Ce ) بصيغة (Ce, La)CO₃F ، والباستناسيت-( La ) بصيغة (La, Ce)CO₃F، والباستناسيت-(Y) بصيغة ( Y , Ce)CO₃F . تحتوي بعض أنواع الباستناسيت على أيونات الهيدروكسيد (OH⁻ ) بدلًا من أيونات الفلوريد (F⁻ )، وتُعرف باسم هيدروكسيل باستناسيت. معظم الباستناسيت هو الباستناسيت-(Ce)، ويُعدّ السيريوم العنصر الأكثر شيوعًا بين العناصر الأرضية النادرة في هذه الفئة من المعادن. يُعتبر الباستناسيت ومعدن المونازيت الفوسفاتي المصدرين الرئيسيين للسيريوم والعناصر الأرضية النادرة الأخرى .

وُصِفَ معدن الباستناسيت لأول مرة من قِبَل الكيميائي السويدي فيلهلم هيسينجر عام 1838. سُمِّيَ نسبةً إلى منجم باستناس بالقرب من ريدارهيتان ، فيستمانلاند ، السويد . [ 3 ] كما يوجد الباستناسيت في عينات عالية الجودة في جبال زاغي، باكستان. يتواجد الباستناسيت في الجرانيت القلوي والسيانيت ، وفي البغماتيتات المصاحبة لهما . كما يتواجد في الكربوناتيتات ، وفي الفينيتات المصاحبة لها ، وفي أنواع أخرى من الميتاصوماتيتات . [ 2 ] [ 5 ]

تعبير

بلورة باستناسيت من منطقة مانيتو، مقاطعة إل باسو، كولورادو، الولايات المتحدة الأمريكية (الحجم: 4.3 × 3.8 × 3.3 سم)

يحتوي معدن الباستناسيت على السيريوم واللانثانوم والإيتريوم في صيغته العامة ، ولكن يُصنف رسميًا إلى ثلاثة معادن بناءً على العنصر الأرضي النادر السائد . [ 6 ] يوجد الباستناسيت-(Ce) بصيغة أكثر دقة هي (Ce, La)CO₃F . كما يوجد الباستناسيت-(La) بصيغة (La, Ce)CO₃F . وأخيرًا، يوجد الباستناسيت-(Y) بصيغة (Y, Ce)CO₃F . لا يوجد فرق كبير بين هذه المعادن الثلاثة من حيث الخصائص الفيزيائية، ومعظم الباستناسيت هو الباستناسيت-(Ce). عادةً ما يهيمن السيريوم على العناصر الأخرى في معظم أنواع الباستناسيت الطبيعي. يُعد الباستناسيت ومعدن المونازيت الفوسفاتي المصدرين الرئيسيين للسيريوم، وهو معدن صناعي مهم.

التركيب البلوري للباستناسيت-(Ce). رمز اللون: الكربون، C، أزرق رمادي؛ الفلور، F، أخضر؛ السيريوم، Ce، أبيض؛ الأكسجين، O، أحمر.

يرتبط معدن الباستناسيت ارتباطًا وثيقًا بسلسلة معادن الباريسيت . [ 7 ] كلاهما من فلوروكربونات العناصر الأرضية النادرة، لكن صيغة الباريسيت Ca(Ce, La, Nd) ₂ (CO₃ ) ₃F₂ تحتوي على الكالسيوم (وكمية ضئيلة من النيوديميوم ) ونسبة مختلفة من الأيونات المكونة له. يمكن اعتبار الباريسيت وحدة صيغة من الكالسيت ( CaCO₃ ) مضافة إلى وحدتي صيغة من الباستناسيت. في الواقع، ثبت أن تركيبهما يتغير ذهابًا وإيابًا مع إضافة أو فقدان CaCO₃ في البيئات الطبيعية.

يشكل الباستناسيت سلسلة مع معدني هيدروكسيلباستناسيت-(Ce) [(Ce,La)CO 3 (OH,F)] وهيدروكسيلباستناسيت-(Nd). [ 8 ] وتُعدّ هذه المعادن الثلاثة أعضاءً في سلسلة استبدال تتضمن إمكانية استبدال أيونات الفلوريد (F − ) بأيونات الهيدروكسيل (OH − ).

اسم

بلورة باستناسيت، جبل زاغي، المناطق القبلية الخاضعة للإدارة الفيدرالية ، باكستان. الحجم: 1.5×1.5×0.3 سم.

يُستمد اسم معدن الباستناسيت من موقعه الأصلي ، منجم باستناس ، في ريدارهيتان ، فاستمانلاند ، السويد . [ 9 ] أدى استخراج خام منجم باستناس إلى اكتشاف العديد من المعادن والعناصر الكيميائية الجديدة على يد علماء سويديين مثل يونس ياكوب بيرزيليوس ، وويلهلم هيسينجر ، وكارل جوستاف موساندر . من بين هذه العناصر الكيميائية السيريوم ، الذي وصفه هيسينجر عام 1803، واللانثانوم عام 1839. اختار هيسينجر، الذي كان أيضًا مالك منجم باستناس، تسمية أحد المعادن الجديدة باسم باستناسيت عندما وصفه لأول مرة عام 1838. [ 10 ]

حدوث

على الرغم من ندرته وعدم وجوده بتراكيز عالية، يُعدّ الباستناسيت من أكثر كربونات العناصر الأرضية النادرة شيوعًا. وقد وُجد في رواسب البوكسيت الكارستية في المجر واليونان ومنطقة البلقان . كما وُجد أيضًا في الكربوناتيت ، وهو نوع نادر من الصخور النارية الكربوناتية المتداخلة، في مجمع فين بالنرويج ؛ وبايان أوبو في منغوليا الداخلية ؛ وكانجانكوندي في ملاوي ؛ وكيزيلكاورين في تركيا ؛ ومنجم ماونتن باس للعناصر الأرضية النادرة في كاليفورنيا بالولايات المتحدة الأمريكية. ويُعدّ الباستناسيت الخام الرئيسي في ماونتن باس. كما وُجد بعض الباستناسيت في الجرانيت غير المألوف في منطقة لانجيسوندسفيورد بالنرويج؛ وشبه جزيرة كولا في روسيا ؛ ومناجم مونت سانت هيلير في كيبيك ؛ ورواسب بحيرة ثور في الأقاليم الشمالية الغربية بكندا . وقد تم الإبلاغ أيضًا عن مصادر حرارية مائية .

يمكن أن يتشكل هيدروكسيل باستناسيت (NdCO₃OH ) أيضًا عبر تبلور مادة أولية غير متبلورة تحتوي على عناصر أرضية نادرة. مع ارتفاع درجة الحرارة، يتغير شكل بلورات NdCO₃OH تدريجيًا إلى أشكال كروية أو شجرية أكثر تعقيدًا. وقد أشير [ 12 ] إلى أن تطور هذه الأشكال البلورية يخضع لمستوى التشبع الفائق الذي يتم بلوغه في المحلول المائي أثناء تحلل المادة الأولية غير المتبلورة. عند درجات حرارة أعلى (مثل 220  درجة مئوية) وبعد تسخين سريع (أقل من ساعة واحدة مثلًا )، تتحلل المادة الأولية غير المتبلورة بسرعة، ويعزز التشبع الفائق السريع نمو البلورات الكروية. أما عند درجات حرارة أقل (مثل 165  درجة مئوية) وتسخين بطيء (100 دقيقة )، فيتم الوصول إلى مستويات التشبع الفائق ببطء أكثر من اللازم لنمو البلورات الكروية، وبالتالي تتشكل أشكال هرمية مثلثة أكثر انتظامًا.

تاريخ التعدين

في عام ١٩٤٩، اكتُشف منجم ضخم من الباستنازيت الموجود في صخور الكربوناتيت في ممر الجبل ، مقاطعة سان برناردينو، كاليفورنيا ، الولايات المتحدة الأمريكية. لفت هذا الاكتشاف انتباه الجيولوجيين إلى وجود فئة جديدة تمامًا من رواسب العناصر الأرضية النادرة: الكربوناتيت المحتوي على العناصر الأرضية النادرة. وسرعان ما تم التعرف على أمثلة أخرى، لا سيما في أفريقيا والصين. بدأ استغلال هذا المنجم في منتصف الستينيات بعد أن اشترته شركة مولي كورب (شركة موليبدينوم الأمريكية). احتوى تركيب اللانثانيدات في الخام على ٠.١٪ من أكسيد اليوروبيوم، الذي كانت صناعة التلفزيون الملون بحاجة إليه لتوفير الفوسفور الأحمر، لزيادة سطوع الصورة إلى أقصى حد. كان تركيب اللانثانيدات حوالي ٤٩٪ سيريوم، ٣٣٪ لانثانوم، ١٢٪ نيوديميوم، و٥٪ براسيوديميوم، مع بعض الساماريوم والغادولينيوم، أو نسبة أعلى بكثير من اللانثانوم ونسبة أقل من النيوديميوم والعناصر الثقيلة مقارنةً بالمونازيت التجاري. كان محتوى اليوروبيوم ضعف محتوى المونازيت النموذجي على الأقل.

كان معدن الباستناسيت في ممر الجبل المصدر الرئيسي لللانثانيدات في العالم من ستينيات القرن العشرين وحتى ثمانينياته. بعد ذلك، أصبحت الصين مصدرًا متزايد الأهمية للعناصر الأرضية النادرة. تشمل رواسب الباستناسيت الصينية العديد منها في مقاطعة سيتشوان ، بالإضافة إلى الرواسب الضخمة في بايان أوبو ، بمنطقة منغوليا الداخلية ، والتي اكتُشفت في أوائل القرن العشرين، ولكن لم تُستغل إلا بعد ذلك بكثير. تُعدّ بايان أوبو حاليًا (2008) المصدر الرئيسي لللانثانيدات في العالم. يوجد الباستناسيت في بايان أوبو مصاحبًا للمونازيت (بالإضافة إلى كمية كافية من الماغنيتيت لتشغيل أحد أكبر مصانع الصلب في الصين)، وعلى عكس الباستناسيت الكربوناتيتي، فهو أقرب نسبيًا إلى تركيبات اللانثانيدات المونازيتية، باستثناء محتواه العالي من اليوروبيوم الذي يبلغ 0.2%.

تكنولوجيا الخامات

في منجم ماونتن باس ، طُحن خام الباستناسيت طحنًا ناعمًا، ثم خضع لعملية التعويم لفصل الجزء الأكبر منه عن الباريت والكالسيت والدولوميت المصاحبة له . تشمل المنتجات القابلة للتسويق جميع المراحل الوسيطة الرئيسية لعملية معالجة الخام: مركز التعويم، ومركز التعويم المغسول بالحمض، والباستناسيت المكلس المغسول بالحمض، وأخيرًا مركز السيريوم، وهو البقايا غير القابلة للذوبان المتبقية بعد ترشيح الباستناسيت المكلس بحمض الهيدروكلوريك . خضعت اللانثانيدات التي ذابت نتيجة المعالجة الحمضية لعملية استخلاص بالمذيبات ، لاستخلاص اليوروبيوم ، وتنقية المكونات الأخرى للخام. شمل منتج آخر مزيجًا من اللانثانيدات، خاليًا من معظم السيريوم، وخاليًا تقريبًا من الساماريوم واللانثانيدات الأثقل. أدى تكليس الباستناسيت إلى إزالة ثاني أكسيد الكربون، تاركًا أكسيدًا فلوريدًا، حيث تأكسد السيريوم إلى الحالة الرباعية الأقل قاعدية. مع ذلك، أدت درجة حرارة التكليس العالية إلى إنتاج أكسيد أقل تفاعلية، كما أن استخدام حمض الهيدروكلوريك، الذي قد يُسبب اختزال السيريوم الرباعي، أدى إلى فصل غير كامل للسيريوم عن اللانثانيدات الثلاثية. في المقابل، في الصين، تبدأ معالجة الباستناسيت، بعد تركيزه، بالتسخين مع حمض الكبريتيك .

استخلاص المعادن الأرضية النادرة

مخطط تدفق عملية استخلاص المعادن الأرضية النادرة من خام الباستناسيت باستخدام تقنية التعدين الحراري

يُستخدم خام الباستناسيت عادةً لإنتاج المعادن الأرضية النادرة. توضح الخطوات التالية ومخطط تدفق العملية بالتفصيل عملية استخلاص المعادن الأرضية النادرة من الخام. [ 13 ] [ 14 ]

  1. بعد الاستخراج، يتم استخدام خام الباستناسيت عادة في هذه العملية، بمتوسط ​​7٪ من أكاسيد العناصر الأرضية النادرة.
  2. يتم طحن الخام باستخدام مطاحن القضبان، أو مطاحن الكرات، أو المطاحن ذاتية الطحن.
  3. يُستخدم البخار باستمرار لمعالجة الخام المطحون، إلى جانب رماد الصودا وفلوروسيليكات، وعادةً زيت الذيل C-30. ويتم ذلك لتغطية الأنواع المختلفة من المعادن الأرضية النادرة إما بمواد مُرَسِّبة أو مُجمِّعات أو مُعدِّلات لتسهيل فصلها في الخطوة التالية.
  4. التعويم باستخدام المواد الكيميائية السابقة لفصل الشوائب عن المعادن الأرضية النادرة.
  5. قم بتركيز المعادن الأرضية النادرة وتصفية الجزيئات الكبيرة.
  6. قم بإزالة الماء الزائد عن طريق التسخين إلى حوالي 100  درجة مئوية.
  7. أضف حمض الهيدروكلوريك إلى المحلول لتقليل الرقم الهيدروجيني إلى أقل من 5. وهذا يسمح لبعض المعادن الأرضية النادرة بأن تصبح قابلة للذوبان (السيريوم مثال على ذلك).
  8. يؤدي التحميص المؤكسد إلى زيادة تركيز المحلول إلى حوالي 85% من أكاسيد العناصر الأرضية النادرة. ويتم ذلك عند درجة حرارة 100  درجة مئوية تقريبًا، وأعلى إذا لزم الأمر.
  9. يُمكّن من تركيز المحلول بشكل أكبر ويقوم بتصفية الجزيئات الكبيرة مرة أخرى.
  10. تُستخدم عوامل الاختزال (بناءً على المساحة) لإزالة السيريوم على شكل كربونات السيريوم أو CeO2 ، عادةً.
  11. تتم إضافة المذيبات (نوع المذيب وتركيزه يعتمد على المنطقة والتوافر والتكلفة) للمساعدة في فصل اليوروبيوم والساماريوم والغادولينيوم عن اللانثانوم والنيوديميوم والبراسيوديميوم.
  12. تُستخدم عوامل الاختزال (بناءً على المساحة) لأكسدة اليوروبيوم والساماريوم والغادولينيوم.
  13. يترسب اليوروبيوم ويتكلس.
  14. يترسب الغادولينيوم على شكل أكسيد.
  15. يترسب الساماريوم على شكل أكسيد.
  16. يتم إعادة تدوير المذيب في الخطوة 11. ويتم إضافة مذيب إضافي بناءً على التركيز والنقاء.
  17. تم فصل اللانثانوم عن النيوديميوم والبراسيوديميوم والإكستاسي.
  18. يتم فصل النيوديميوم والبراسيوديميوم. ثم يتم إجراء عملية الاستخلاص وإعادة التدوير.
  19. إحدى طرق جمع اللانثانوم هي إضافة حمض النيتريك ، مما ينتج عنه نترات اللانثانوم . عادةً ما يُضاف حمض النيتريك بتركيز مولاري عالٍ جدًا (1-5 مولار)، اعتمادًا على تركيز اللانثانوم وكميته.
  20. هناك طريقة أخرى وهي إضافة حمض الهيدروكلوريك إلى اللانثانوم، مما ينتج عنه كلوريد اللانثانوم . تتم إضافة حمض الهيدروكلوريك بتركيز يتراوح من 1 مولار إلى 5 مولار حسب تركيز اللانثانوم.
  21. يتم إعادة تدوير المذيب الناتج عن فصل La و Nd و Pr إلى الخطوة 11.
  22. يترسب النيوديميوم كمنتج أكسيدي.
  23. يترسب البريسيوديميوم كمنتج أكسيدي.

مراجع

  1. ↑ وار، إل إن (2021). "رموز المعادن المعتمدة من قبل IMA-CNMNC" . مجلة علم المعادن . 85 (3): 291-320 . Bibcode : 2021MinM...85..291W . doi : 10.1180/mgm.2021.43 . S2CID 235729616 . 
  2. 1 2 باستناسيت . دليل علم المعادن.
  3. 1 2 باستناسيت-(Ce) . معدن الويب.
  4. ↑ باستناسيت . ميندات. تم الاطلاع عليه بتاريخ 14-10-2011.
  5. ↑ تم أرشفة باستناسيت في 13 نوفمبر 2007 على موقع Wayback Machine . معارض المعادن. تم الاطلاع عليه في 14 أكتوبر 2011.
  6. ↑ بيتي، ريتشارد؛ 2007؛ اللانثانيدات؛ نشر بواسطة مارشال كافنديش.
  7. ↑ غوبتا، سي كيه (2004) استخلاص المعادن من العناصر الأرضية النادرة، مطبعة سي آر سي، رقم ISBN 0-415-33340-7.
  8. ↑ روبرت إي. كريبس (2006). تاريخ واستخدام العناصر الكيميائية لأرضنا: دليل مرجعي . مجموعة غرينوود للنشر. ISBN 978-0-313-33438-2تم الاطلاع عليه بتاريخ 14 أكتوبر 2011 .
  9. ↑ أدريان ب. جونز؛ فرانسيس وول؛ سي. تيري ويليامز (1996). المعادن الأرضية النادرة: الكيمياء، والأصل، ورواسب الخام . سبرينغر. ISBN 978-0-412-61030-1تم الاطلاع عليه بتاريخ 14 أكتوبر 2011 .
  10. ↑ سالستروم، فريدريك؛ جونسون، إريك؛ هوغدال، كارين؛ ترول، فالنتين ر.؛ هاريس، كريس؛ جوليس، إستر م.؛ فايس، فرانز (23 أكتوبر 2019). "التفاعل بين السوائل الصهارية عالية الحرارة والحجر الجيري يفسر رواسب العناصر الأرضية النادرة من نوع باستناس في وسط السويد" . التقارير العلمية . 9 (1): 15203. Bibcode : 2019NatSR...915203S . doi : 10.1038/ s41598-019-49321-8 . ISSN 2045-2322 . PMC 6811582. PMID 31645579 .   
  11. ↑ دليل الرحلة الميدانية mcgill.ca
  12. ↑ فالينا، ب.، رودريغيز-بلانكو، ج.د.، بلانكو، ج.أ.، وبينينغ، ل.ج. (2014). تأثير التسخين على مورفولوجيا هيدروكسي كربونات النيوديميوم البلورية، NdCO3OH . مجلة علم المعادن، 78، 1391-1397. DOI: 10.1180/minmag.2014.078.6.05 .
  13. ↑ لونغ، كيث ر.، برادلي س. فان غوسن، نورا ك. فولي، ودانيال كوردييه. "تقرير التحقيقات العلمية 2010-5220". رواسب العناصر الأرضية النادرة الرئيسية في الولايات المتحدة - ملخص للرواسب المحلية ومنظور عالمي. هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية، 2010. موقع إلكتروني. 3 مارس 2014.
  14. ↑ ماكيلري، رودريك. "مشروع كفانيفيلد - إنجاز تقني كبير". إعلانات بورصة الأوراق المالية الأسترالية . شركة غرينلاند للمعادن والطاقة المحدودة، 23 فبراير 2012. موقع إلكتروني. 3 مارس 2014.

فهرس

  • بالاش، ب.؛ بيرمان هـ.؛ فروندل، س. (1960). " نظام دانا لعلم المعادن، المجلد الثاني: الهاليدات، النترات، البورات، الكربونات، الكبريتات، الفوسفات، الزرنيخات، التنجستات، الموليبدات، إلخ. (الطبعة السابعة)" جون وايلي وأولاده، نيويورك، ص  289-291.