La fluorita (también llamada espato flúor ) es la forma mineral del fluoruro de calcio , CaF 2 . Pertenece a los minerales haluros . Cristaliza en hábito cúbico isométrico , aunque no son infrecuentes las formas octaédricas e isométricas más complejas.
La escala de dureza mineral de Mohs , basada en la comparación de la dureza al rayado , define el valor 4 como fluorita. [6]
La fluorita pura es incolora y transparente, tanto a la luz visible como a la ultravioleta, pero las impurezas suelen convertirla en un mineral colorido y la piedra tiene usos ornamentales y lapidarios . Industrialmente, la fluorita se utiliza como fundente para la fundición y en la producción de determinados vidrios y esmaltes. Los grados más puros de fluorita son una fuente de fluoruro para la fabricación de ácido fluorhídrico , que es la fuente intermedia de la mayoría de los productos químicos finos que contienen flúor . La fluorita transparente ópticamente clara tiene una dispersión parcial anómala , es decir, su índice de refracción varía con la longitud de onda de la luz de una manera que difiere de la de los vidrios de uso común, por lo que la fluorita es útil para fabricar lentes apocromáticas , lo que la hace valiosa, particularmente en óptica fotográfica. . La óptica de fluorita también se puede utilizar en los rangos del ultravioleta lejano y del infrarrojo medio, donde las gafas convencionales son demasiado opacas para su uso. La fluorita también tiene una baja dispersión y un alto índice de refracción por su densidad, lo que puede hacerla útil para algunos fines especializados en óptica.
La palabra fluorita se deriva del verbo latino fluere , que significa fluir . El mineral se utiliza como fundente en la fundición de hierro para disminuir la viscosidad de la escoria . El término flujo proviene del adjetivo latino fluxus , que significa fluido, suelto, flojo . El mineral fluorita se denominó originalmente espato flúor y se analizó por primera vez en forma impresa en una obra de 1530 Bermannvs sive de re Metallica dialogus [Bermannus; o diálogo sobre la naturaleza de los metales], de Georgius Agricola , como mineral destacado por su utilidad como fundente. [7] [8] Agricola, un científico alemán con experiencia en filología , minería y metalurgia, nombró al espato flúor como una neolatinización del alemán Flussspat de Fluss ( arroyo , río ) y Spat (que significa un mineral no metálico similar al yeso ). spærstān, piedra de lanza , en referencia a sus proyecciones cristalinas). [9] [10]
En 1852, la fluorita dio nombre al fenómeno de la fluorescencia , que se manifiesta en las fluoritas de determinadas zonas, debido a determinadas impurezas del cristal. La fluorita también dio el nombre a su elemento constitutivo flúor . [3] Actualmente, la palabra "espato flúor" se usa más comúnmente para la fluorita como producto industrial y químico, mientras que "fluorita" se usa mineralógicamente y en la mayoría de los otros sentidos.
En arqueología, gemología, estudios clásicos y egiptología, los términos latinos murrina y myrrhina se refieren a la fluorita. [11] En el libro 37 de su Naturalis Historia , Plinio el Viejo la describe como una piedra preciosa con moteados morados y blancos, cuyos objetos tallados en ella premiaban a los romanos.
La fluorita cristaliza en un motivo cúbico . La macla de cristales es común y añade complejidad a los hábitos de los cristales observados . La fluorita tiene cuatro planos de escisión perfectos que ayudan a producir fragmentos octaédricos . [13] El motivo estructural adoptado por la fluorita es tan común que el motivo se llama estructura de fluorita . La sustitución de elementos del catión calcio a menudo incluye estroncio y ciertos elementos de tierras raras (REE), como el itrio y el cerio . [5]
La fluorita se forma como un mineral de cristalización tardía en rocas ígneas félsicas , típicamente a través de actividad hidrotermal. [14] Es particularmente común en pegmatitas graníticas. Puede ocurrir como un depósito de veta formado a través de la actividad hidrotermal , particularmente en calizas. En dichos depósitos de vetas se puede asociar con galena , esfalerita , barita , cuarzo y calcita . La fluorita también se puede encontrar como constituyente de rocas sedimentarias, ya sea en forma de granos o como material cementante en arenisca . [14]
Es un mineral común distribuido principalmente en Sudáfrica, China, México, Mongolia, Reino Unido, Estados Unidos, Canadá, Tanzania, Ruanda y Argentina.
Las reservas mundiales de fluorita se estiman en 230 millones de toneladas (Mt), y los mayores depósitos se encuentran en Sudáfrica (alrededor de 41 Mt), México (32 Mt) y China (24 Mt). China lidera la producción mundial con alrededor de 3 Mt anuales (en 2010), seguida de México (1,0 Mt), Mongolia (0,45 Mt), Rusia (0,22 Mt), Sudáfrica (0,13 Mt), España (0,12 Mt) y Namibia. (0,11 Tm). [15] [ necesita actualización ]
Uno de los mayores depósitos de espato flúor de América del Norte se encuentra en la península de Burin , Terranova , Canadá. El primer reconocimiento oficial de espato flúor en la zona lo registró el geólogo JB Jukes en 1843. Observó una aparición de "galena" o mineral de plomo y fluoruro de cal en el lado oeste del puerto de St. Lawrence. Está registrado que el interés en la extracción comercial de espato flúor comenzó en 1928 y el primer mineral se extrajo en 1933. Finalmente, en la mina Iron Springs, los pozos alcanzaron profundidades de 970 pies (300 m). En el área de St. Lawrence, las venas son persistentes a gran longitud y varias de ellas tienen lentes anchas . El área con vetas de tamaño viable conocido comprende aproximadamente 60 millas cuadradas (160 km 2 ). [16] [17] [18]
En 2018, Canada Fluorspar Inc. comenzó nuevamente la producción minera [19] en St. Lawrence; En la primavera de 2019, se planeó que la compañía desarrollara un nuevo puerto de envío en el lado oeste de la península de Burin como un medio más asequible para trasladar su producto a los mercados, [20] y enviaron con éxito el primer cargamento de mineral desde el nuevo puerto el 31 de julio de 2021. Esta es la primera vez en 30 años que el mineral se envía directamente desde St. Lawrence. [21]
En Dalnegorsk , Rusia, se han encontrado cristales cúbicos de hasta 20 cm de diámetro . [22] El monocristal de fluorita más grande documentado era un cubo de 2,12 metros de tamaño y pesaba aproximadamente 16 toneladas. [23]
En Asturias ( España ) existen varios yacimientos de fluorita conocidos internacionalmente por la calidad de los ejemplares que han arrojado. En la zona de Berbes , Ribadesella , la fluorita se presenta como cristales cúbicos, a veces con modificaciones dodecaédricas, que pueden alcanzar un tamaño de hasta 10 cm de arista, con zonación interna de color, casi siempre de color violeta. Se asocia con cuarzo y agregados foliares de barita. En la mina Emilio , en Loroñe, Colunga , los cristales de fluorita, cubos con pequeñas modificaciones de otras figuras, son incoloros y transparentes. Pueden alcanzar los 10 cm de borde. En la mina Moscona , en Villabona, los cristales de fluorita, cúbicos sin modificaciones de otras formas, son de color amarillo, de hasta 3 cm de arista. Están asociados a grandes cristales de calcita y barita. [24]
Una de las localidades de fluorita más famosas y conocidas es Castleton en Derbyshire , Inglaterra , donde, bajo el nombre de "Derbyshire Blue John", se extrajo fluorita de color azul púrpura de varias minas o cuevas. Durante el siglo XIX, se extrajo esta atractiva fluorita por su valor ornamental. El mineral Blue John es ahora escaso y sólo se extraen unos pocos cientos de kilogramos cada año para uso ornamental y lapidario . La minería todavía se lleva a cabo en Blue John Cavern y Treak Cliff Cavern . [25]
Los depósitos descubiertos recientemente en China han producido fluorita con colores y bandas similares a la clásica piedra Blue John. [26]
George Gabriel Stokes nombró el fenómeno de fluorescencia a partir de fluorita, en 1852. [27] [28]
Muchas muestras de fluorita exhiben fluorescencia bajo luz ultravioleta , propiedad que toma su nombre de la fluorita. [27] Muchos minerales, así como otras sustancias, emiten fluorescencia. La fluorescencia implica la elevación de los niveles de energía de los electrones mediante cuantos de luz ultravioleta, seguida del retroceso progresivo de los electrones a su estado energético anterior, liberando cuantos de luz visible en el proceso. En la fluorita, la luz visible emitida suele ser azul, pero también se produce roja, violeta, amarilla, verde y blanca. La fluorescencia de la fluorita puede deberse a impurezas minerales, como el itrio y el iterbio , o a materia orgánica, como los hidrocarburos volátiles en la red cristalina. En particular, la fluorescencia azul observada en las fluoritas de ciertas partes de Gran Bretaña, responsable del nombre del fenómeno de la fluorescencia, se ha atribuido a la presencia de inclusiones de europio divalente en el cristal. [29] También se ha observado que muestras naturales que contienen impurezas de tierras raras, como erbio, muestran fluorescencia de conversión ascendente , en la que la luz infrarroja estimula la emisión de luz visible, un fenómeno que generalmente solo se reporta en materiales sintéticos. [30]
Una variedad fluorescente de fluorita es el clorofano , que es de color rojizo o violeta y emite una fluorescencia brillante en verde esmeralda cuando se calienta ( termoluminiscencia ) o cuando se ilumina con luz ultravioleta.
El color de la luz visible emitida cuando una muestra de fluorita es fluorescente depende de dónde se recolectó la muestra original; Se han incluido diferentes impurezas en la red cristalina en diferentes lugares. Tampoco todas las fluoritas tienen la misma fluorescencia, ni siquiera en la misma localidad. Por lo tanto, la luz ultravioleta no es una herramienta confiable para la identificación de ejemplares, ni para cuantificar el mineral en mezclas. Por ejemplo, entre las fluoritas británicas, las de Northumberland , el condado de Durham y el este de Cumbria son las más consistentemente fluorescentes, mientras que las fluoritas de Yorkshire , Derbyshire y Cornwall , si es que fluorescen, generalmente son débilmente fluorescentes.
La fluorita también exhibe la propiedad de termoluminiscencia . [31]
La fluorita es alocromática, lo que significa que puede teñirse con impurezas elementales. La fluorita se presenta en una amplia gama de colores y, por ello, se la ha denominado "el mineral más colorido del mundo". Cada color del arco iris en varios tonos está representado por muestras de fluorita, junto con cristales blancos, negros y transparentes. Los colores más comunes son el morado, el azul, el verde, el amarillo o los incoloros. Menos comunes son el rosa, el rojo, el blanco, el marrón y el negro. Comúnmente se presentan zonas o bandas de color. El color de la fluorita está determinado por factores que incluyen impurezas, exposición a la radiación y ausencia de huecos en los centros de color .
La fluorita es una fuente importante de fluoruro de hidrógeno , un producto químico básico que se utiliza para producir una amplia gama de materiales. El fluoruro de hidrógeno se libera del mineral mediante la acción del ácido sulfúrico concentrado :
El HF resultante se convierte en flúor, fluorocarbonos y diversos materiales fluorados. A finales de los años 1990, se extraían cinco mil millones de kilogramos anualmente. [32]
Hay tres tipos principales de uso industrial para la fluorita natural, comúnmente denominada "espato flúor" en estas industrias, correspondientes a diferentes grados de pureza. La fluorita de grado metalúrgico (60–85% CaF 2 ), el más bajo de los tres grados, se ha utilizado tradicionalmente como fundente para reducir el punto de fusión de las materias primas en la producción de acero para ayudar a la eliminación de impurezas y, más tarde, en la producción de acero. aluminio . La fluorita de calidad cerámica (85–95 % CaF 2 ) se utiliza en la fabricación de vidrio opalescente , esmaltes y utensilios de cocina. El grado más alto, "fluorita de grado ácido" (97% o más CaF 2 ), representa aproximadamente el 95% del consumo de fluorita en los EE. UU., donde se utiliza para producir fluoruro de hidrógeno y ácido fluorhídrico haciendo reaccionar la fluorita con ácido sulfúrico . [33]
A nivel internacional, la fluorita de grado ácido también se utiliza en la producción de AlF 3 y criolita (Na 3 AlF 6 ), que son los principales compuestos de flúor utilizados en la fundición de aluminio. La alúmina se disuelve en un baño que consiste principalmente en Na 3 AlF 6 , AlF 3 y fluorita (CaF 2 ) fundidos para permitir la recuperación electrolítica del aluminio. Las pérdidas de flúor se reemplazan completamente mediante la adición de AlF 3 , la mayoría del cual reacciona con el exceso de sodio de la alúmina para formar Na 3 AlF 6 . [33]
El mineral de fluorita natural tiene usos ornamentales y lapidarios . La fluorita se puede perforar en cuentas y usarse en joyería, aunque debido a su relativa suavidad no se usa mucho como piedra semipreciosa. También se utiliza para tallas ornamentales, con tallas expertas que aprovechan la zonación de la piedra.
En el laboratorio, el fluoruro de calcio se usa comúnmente como material de ventana para longitudes de onda infrarrojas y ultravioleta , ya que es transparente en estas regiones (alrededor de 0,15 µm a 9 µm) y exhibe un cambio extremadamente bajo en el índice de refracción con la longitud de onda. Además, el material es atacado por pocos reactivos. En longitudes de onda tan cortas como 157 nm, una longitud de onda común utilizada para la fabricación de semiconductores paso a paso para litografía de circuitos integrados , el índice de refracción del fluoruro de calcio muestra cierta no linealidad en altas densidades de potencia, lo que ha inhibido su uso para este propósito. En los primeros años del siglo XXI, el mercado paso a paso del fluoruro de calcio colapsó y se cerraron muchas grandes instalaciones de fabricación. Canon y otros fabricantes han utilizado cristales de componentes de fluoruro de calcio cultivados sintéticamente en lentes para ayudar en el diseño apocromático y reducir la dispersión de la luz . Este uso ha sido reemplazado en gran medida por gafas más nuevas y diseño asistido por computadora. Como material óptico infrarrojo, el fluoruro de calcio está ampliamente disponible y en ocasiones se lo conoce con el nombre comercial de Eastman Kodak "Irtran-3", aunque esta designación está obsoleta.
La fluorita no debe confundirse con el vidrio fluoro-corona (o corona de flúor), un tipo de vidrio de baja dispersión que tiene propiedades ópticas especiales cercanas a la fluorita. La verdadera fluorita no es un vidrio sino un material cristalino. Las lentes o grupos ópticos fabricados utilizando este vidrio de baja dispersión como uno o más elementos exhiben menos aberración cromática que aquellos que utilizan elementos de vidrio de corona y vidrio de pedernal convencionales, menos costosos, para fabricar una lente acromática . Los grupos ópticos emplean una combinación de diferentes tipos de vidrio; Cada tipo de vidrio refracta la luz de forma diferente. Al utilizar combinaciones de diferentes tipos de vidrio, los fabricantes de lentes pueden cancelar o reducir significativamente características no deseadas; siendo la aberración cromática la más importante. Los mejores diseños de lentes suelen denominarse apocromáticos (ver arriba). El vidrio de corona de fluoro (como Schott FK51), generalmente en combinación con un vidrio de "pedernal" apropiado (como Schott KzFSN 2) puede brindar un rendimiento muy alto en lentes de objetivos telescópicos, así como en objetivos de microscopio y teleobjetivos de cámaras. Los elementos de fluorita se combinan de manera similar con elementos complementarios de "pedernal" (como Schott LaK 10). [35] Las cualidades refractivas de la fluorita y de ciertos elementos de pedernal proporcionan una dispersión más baja y uniforme en todo el espectro de la luz visible, manteniendo así los colores enfocados más juntos. Las lentes fabricadas con fluorita son superiores a las lentes con corona de fluoro, al menos para objetivos telescópicos doblete; pero son más difíciles de producir y más costosos. [36]
El uso de fluorita para prismas y lentes fue estudiado y promovido por Victor Schumann a finales del siglo XIX. [37] Los cristales de fluorita naturales sin defectos ópticos sólo eran lo suficientemente grandes como para producir objetivos de microscopio.
Con la llegada de los cristales de fluorita cultivados sintéticamente en las décadas de 1950 y 1960, se pudo utilizar en lugar del vidrio en algunos elementos de lentes de cámaras y telescopios ópticos de alto rendimiento . En los telescopios, los elementos de fluorita permiten obtener imágenes de objetos astronómicos en alta resolución con grandes aumentos . Canon Inc. produce cristales de fluorita sintéticos que se utilizan en sus mejores teleobjetivos . El uso de fluorita para lentes de telescopios ha disminuido desde la década de 1990, a medida que los diseños más nuevos que utilizan vidrio de corona de fluoro, incluidos los tripletes, han ofrecido un rendimiento comparable a precios más bajos. La fluorita y diversas combinaciones de compuestos de fluoruro se pueden convertir en cristales sintéticos que tienen aplicaciones en láseres y ópticas especiales para rayos UV e infrarrojos. [38]
Las herramientas de exposición para la industria de semiconductores utilizan elementos ópticos de fluorita para luz ultravioleta en longitudes de onda de aproximadamente 157 nanómetros . La fluorita tiene una transparencia excepcionalmente alta en esta longitud de onda. Los objetivos de fluorita son fabricados por las grandes empresas de microscopios (Nikon, Olympus , Carl Zeiss y Leica). Su transparencia a la luz ultravioleta permite su uso en microscopía de fluorescencia . [39] La fluorita también sirve para corregir aberraciones ópticas en estas lentes. Nikon ha fabricado anteriormente al menos una lente de cámara con elementos de fluorita y cuarzo sintético (105 mm f/4,5 UV) para la producción de imágenes ultravioleta . [40] Konica produjo una lente de fluorita para sus cámaras SLR: la Hexanon 300 mm f/6.3.
En 2012, la primera fuente de gas flúor de origen natural se encontró en minas de fluorita en Baviera, Alemania. Anteriormente se pensaba que el gas flúor no se producía de forma natural porque es muy reactivo y reaccionaría rápidamente con otras sustancias químicas. [41] La fluorita normalmente es incolora, pero algunas formas variadas que se encuentran cerca se ven negras y se conocen como "fluorita fétida" o antozonita . Los minerales, que contienen pequeñas cantidades de uranio y sus productos hijos, liberan radiación lo suficientemente energética como para inducir la oxidación de los aniones fluoruro dentro de la estructura, a flúor que queda atrapado dentro del mineral. El color de la fluorita fétida se debe principalmente a los átomos de calcio que quedan. La RMN de flúor-19 en estado sólido realizada en el gas contenido en la antozonita reveló un pico de 425 ppm, lo que es consistente con F 2 . [42]
Este artículo incorpora material de dominio público de Fluorspar (PDF) . Encuesta geológica de los Estados Unidos .
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