La fluorita (también llamada espato flúor ) es la forma mineral del fluoruro de calcio , CaF2 . 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 en la luz visible como en 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 ciertos 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 ópticamente transparente 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 comúnmente utilizados, por lo que la fluorita es útil para fabricar lentes apocromáticas y particularmente valiosa en óptica fotográfica. La óptica de fluorita también se puede utilizar en los rangos ultravioleta lejano e infrarrojo medio, donde los vidrios convencionales son demasiado opacos para su uso. La fluorita también tiene baja dispersión y un alto índice de refracción para su densidad.
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 fundente 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 un mineral conocido 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 su nombre al fenómeno de la fluorescencia , que es prominente en las fluoritas de ciertas ubicaciones, debido a ciertas impurezas en el cristal. La fluorita también dio el nombre a su elemento constitutivo, el flúor . [3] Actualmente, la palabra "espato flúor" se usa más comúnmente para la fluorita como un producto químico e industrial, 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 moteado púrpura y blanco, cuyos objetos tallados en ella eran apreciados por los romanos.
La fluorita cristaliza en un motivo cúbico . La macla de cristales es común y agrega complejidad a los hábitos cristalinos observados . La fluorita tiene cuatro planos de clivaje 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 por el 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 , generalmente a través de la actividad hidrotermal. [14] Es particularmente común en pegmatitas graníticas. Puede presentarse como un depósito de veta formado a través de la actividad hidrotermal, particularmente en calizas. En tales depósitos de veta puede estar asociada con galena , esfalrita , barita , cuarzo y calcita . La fluorita también se puede encontrar como un componente de rocas sedimentarias, ya sea como 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 Mt). [15] [ necesita actualización ]
Uno de los mayores depósitos de fluorita en América del Norte se encuentra en la península de Burin , Terranova , Canadá. El primer reconocimiento oficial de fluorita en la zona fue registrado por 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 San Lorenzo. Se registra que el interés en la minería comercial de fluorita 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 San Lorenzo, las vetas son persistentes en grandes longitudes y varias de ellas tienen lentes anchas . El área con vetas de tamaño explotable conocido comprende alrededor de 60 millas cuadradas (160 km 2 ). [16] [17] [18]
En 2018, Canada Fluorspar Inc. reanudó la producción minera [19] en St. Lawrence; en la primavera de 2019, la empresa tenía previsto desarrollar 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 envió 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 se envía mineral directamente desde St. Lawrence [21] .
Se han encontrado cristales cúbicos de hasta 20 cm de diámetro en Dalnegorsk , Rusia. [22] El cristal individual de fluorita más grande documentado era un cubo de 2,12 metros de tamaño y un peso de aproximadamente 16 toneladas. [23]
En Asturias ( España ) existen varios yacimientos de fluorita conocidos internacionalmente por la calidad de los ejemplares que han aportado. En la zona de Berbes , Ribadesella , la fluorita se presenta como cristales cúbicos, a veces con modificaciones de rombododecaedro, que pueden alcanzar un tamaño de hasta 10 cm de arista, con zonación cromática interna, casi siempre de color violáceo. Se asocia a cuarzo y agregados hojosos 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 arista. En la mina Moscona , en Villabona, los cristales de fluorita, cúbicos sin modificaciones de otras formas, son amarillos, de hasta 3 cm de arista. Se asocian a grandes cristales de calcita y barita. [24]
Una de las localidades de fluorita más famosas y antiguas es Castleton , en Derbyshire , Inglaterra , donde, bajo el nombre de "Derbyshire Blue John", se extraía fluorita de color azul violáceo de varias minas o cuevas. Durante el siglo XIX, esta atractiva fluorita se extraía por su valor ornamental. El mineral Blue John es ahora escaso y solo 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]
Yacimientos recientemente descubiertos en China han producido fluorita con coloración y bandas similares a la clásica piedra Blue John. [26]
George Gabriel Stokes nombró el fenómeno de la fluorescencia de la fluorita en 1852. [27] [28]
Muchas muestras de fluorita exhiben fluorescencia bajo luz ultravioleta , una propiedad que toma su nombre de la fluorita. [27] Muchos minerales, así como otras sustancias, fluorescen. La fluorescencia implica la elevación de los niveles de energía de los electrones por cuantos de luz ultravioleta, seguida de la caída progresiva de los electrones a su estado de energía anterior, liberando cuantos de luz visible en el proceso. En la fluorita, la luz visible emitida es más comúnmente azul, pero también se producen rojo, violeta, amarillo, verde y blanco. La fluorescencia de la fluorita puede deberse a impurezas minerales, como itrio e iterbio , o materia orgánica, como hidrocarburos volátiles en la red cristalina. En particular, la fluorescencia azul observada en fluoritas de ciertas partes de Gran Bretaña responsable del nombre del fenómeno de la fluorescencia en sí, se ha atribuido a la presencia de inclusiones de europio divalente en el cristal. [29] También se ha observado que las muestras naturales que contienen impurezas de tierras raras, como el erbio, muestran fluorescencia de conversión ascendente , en la que la luz infrarroja estimula la emisión de luz visible, un fenómeno que generalmente solo se informa en materiales sintéticos. [30]
Una variedad fluorescente de fluorita es el clorofano , que es de color rojizo o púrpura y emite una fluorescencia brillante de color 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 fluorescen con el mismo brillo, incluso si provienen de la misma localidad. Por lo tanto, la luz ultravioleta no es una herramienta confiable para la identificación de muestras ni para cuantificar el mineral en mezclas. Por ejemplo, entre las fluoritas británicas, las de Northumberland , County Durham y Cumbria oriental son las más consistentemente fluorescentes, mientras que las fluoritas de Yorkshire , Derbyshire y Cornwall , si es que fluorescen, generalmente son solo 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, en consecuencia, se la ha denominado "el mineral más colorido del mundo". Las muestras de fluorita representan todos los colores del arco iris en varios tonos, junto con cristales blancos, negros y transparentes. Los colores más comunes son el violeta, el azul, el verde, el amarillo o el incoloro. Los menos comunes son el rosa, el rojo, el blanco, el marrón y el negro. Es común la presencia de zonas o bandas de color. El color de la fluorita está determinado por factores que incluyen impurezas, exposición a la radiación y la 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 fines de la década de 1990, se extraían anualmente cinco mil millones de kilogramos. [32]
Existen tres tipos principales de uso industrial para la fluorita natural, comúnmente denominada "fluorita" en estas industrias, que corresponden 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 aluminio . La fluorita de grado cerámico (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 fabricar fluoruro de hidrógeno y ácido fluorhídrico mediante la reacción de 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 para formar cuentas y usarse en joyería, aunque debido a su relativa suavidad no se usa mucho como piedra semipreciosa. También se usa para tallas ornamentales, y los talladores expertos aprovechan la zonificación de la piedra.
En el laboratorio, el fluoruro de calcio se utiliza comúnmente como material de ventana para longitudes de onda infrarrojas y ultravioletas , ya que es transparente en estas regiones (aproximadamente 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 steppers de semiconductores para litografía de circuitos integrados , el índice de refracción del fluoruro de calcio muestra cierta no linealidad a altas densidades de potencia, lo que ha inhibido su uso para este propósito. En los primeros años del siglo XXI, el mercado de steppers para fluoruro de calcio colapsó y muchas grandes instalaciones de fabricación han cerrado. Canon y otros fabricantes han utilizado cristales sintéticos de componentes de fluoruro de calcio en lentes para ayudar al 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 a veces se lo conocía con el nombre de marca registrada de Eastman Kodak "Irtran-3", aunque esta designación está obsoleta.
La fluorita no debe confundirse con el vidrio de corona fluorada (o vidrio de corona de flúor), un tipo de vidrio de baja dispersión que tiene propiedades ópticas especiales que se acercan a la fluorita. La fluorita verdadera no es un vidrio sino un material cristalino. Las lentes o grupos ópticos fabricados con 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 sílex convencionales, menos costosos, para hacer una lente acromática . Los grupos ópticos emplean una combinación de diferentes tipos de vidrio; cada tipo de vidrio refracta la luz de una manera diferente. Al usar combinaciones de diferentes tipos de vidrio, los fabricantes de lentes pueden cancelar o reducir significativamente las características no deseadas; la aberración cromática es la más importante. Los mejores diseños de lentes de este tipo a menudo se denominan apocromáticos (ver arriba). El vidrio de corona fluorada (como Schott FK51) generalmente en combinación con un vidrio "sílex" apropiado (como Schott KzFSN 2) puede brindar un rendimiento muy alto en lentes de objetivos de telescopios, así como en objetivos de microscopios y lentes de telefoto de cámaras. Los elementos de fluorita se combinan de manera similar con elementos "de sílex" complementarios (como Schott LaK 10). [35] Las cualidades refractivas de la fluorita y de ciertos elementos de sílex proporcionan una dispersión menor y más uniforme a lo largo del espectro de luz visible, lo que permite que los colores se enfoquen más cerca entre sí. Las lentes fabricadas con fluorita son superiores a las lentes basadas en coronas de fluorocromo, al menos para los objetivos de telescopios de doblete; pero son más difíciles de producir y más costosas. [36]
El uso de fluorita para prismas y lentes fue estudiado y promovido por Victor Schumann cerca del final del siglo XIX. [37] Los cristales de fluorita naturales sin defectos ópticos solo eran lo suficientemente grandes para producir objetivos de microscopio.
Con la llegada de los cristales de fluorita cultivados sintéticamente en los años 1950 y 1960, se pudo utilizar en lugar del vidrio en algunos telescopios ópticos de alto rendimiento y elementos de lentes de cámara . En los telescopios, los elementos de fluorita permiten imágenes de alta resolución de objetos astronómicos a grandes aumentos . Canon Inc. produce cristales de fluorita sintéticos que se utilizan en sus mejores lentes telefoto . El uso de fluorita para lentes de telescopio ha disminuido desde la década de 1990, ya que los diseños más nuevos que utilizan vidrio de corona de fluoruro, incluidos los tripletes, han ofrecido un rendimiento comparable a precios más bajos. La fluorita y varias combinaciones de compuestos de fluoruro se pueden convertir en cristales sintéticos que tienen aplicaciones en láseres y ópticas especiales para UV e infrarrojos. [38]
Las herramientas de exposición para la industria de semiconductores utilizan elementos ópticos de fluorita para la luz ultravioleta en longitudes de onda de aproximadamente 157 nanómetros . La fluorita tiene una transparencia excepcionalmente alta en esta longitud de onda. Las lentes de objetivo de fluorita son fabricadas por las empresas de microscopios más grandes (Nikon, Olympus , Carl Zeiss y Leica). Su transparencia a la luz ultravioleta permite que se utilicen para 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 elemento de cuarzo sintético y fluorita (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, se encontró la primera fuente de gas de flúor natural en minas de fluorita en Baviera, Alemania. Anteriormente se pensaba que el gas de flúor no se producía de forma natural porque es muy reactivo y reaccionaría rápidamente con otros productos químicos. [41] La fluorita normalmente es incolora, pero algunas formas variadas que se encuentran cerca parecen negras y se conocen como "fluorita fétida" o antozonita . Los minerales, que contienen pequeñas cantidades de uranio y sus productos derivados, liberan radiación lo suficientemente energética como para inducir la oxidación de los aniones de fluoruro dentro de la estructura, a flúor que queda atrapado dentro del mineral. El color de la fluorita fétida se debe predominantemente 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 a 425 ppm, que es consistente con F 2 . [42]
Este artículo incorpora material de dominio público de Fluorspar (PDF) . Servicio Geológico de los Estados Unidos .
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