La monacita es un mineral de fosfato principalmente de color marrón rojizo que contiene elementos de tierras raras . Debido a la variabilidad en su composición, la monacita se considera un grupo de minerales. [3] La especie más común del grupo es la monacita-(Ce) , es decir, el miembro del grupo con predominio de cerio. [4] Se presenta generalmente en pequeños cristales aislados . Tiene una dureza de 5,0 a 5,5 en la escala de dureza mineral de Mohs y es relativamente denso , alrededor de 4,6 a 5,7 g/cm 3 . Hay cinco especies diferentes de monacita más comunes, dependiendo de las cantidades relativas de elementos de tierras raras en el mineral: [5]
Los elementos entre paréntesis se enumeran en el orden de su proporción relativa dentro del mineral: el lantano es el elemento de tierras raras más común en la monacita-(La), y así sucesivamente. La sílice ( SiO 2 ) está presente en pequeñas cantidades, así como pequeñas cantidades de uranio y torio . Debido a la desintegración alfa del torio y del uranio, la monacita contiene una cantidad significativa de helio , que puede extraerse calentando. [6]
Los siguientes análisis son de monacita de: (I.) Condado de Burke, Carolina del Norte , EE. UU.; (II.) Arendal , Noruega; (III.) Emmaville, Nueva Gales del Sur , Australia. [7]
La monacita es un mineral importante para el torio, [8] lantano y el cerio. [9] A menudo se encuentra en depósitos de placer . India , Madagascar y Sudáfrica tienen grandes depósitos de arenas de monacita. Los yacimientos de la India son especialmente ricos en monacita.
La monacita es radiactiva debido a la presencia de torio y, con menos frecuencia, uranio. La desintegración radiogénica del uranio y el torio en plomo permite datar la monacita mediante geocronología de monacita . Los cristales de monacita a menudo tienen múltiples zonas distintas que se formaron a través de sucesivos eventos geológicos que conducen a la cristalización de monacita. [10] Estos dominios se pueden fechar para obtener información sobre la historia geológica de sus rocas anfitrionas.
El nombre monacita proviene del griego antiguo : μονάζειν , romanizado : monázein (ser solitario), vía alemana Monazit , en alusión a sus cristales aislados. [11]
Todas las monacitas adoptan la misma estructura, lo que significa que la conectividad de los átomos es muy similar a la de otros compuestos del tipo M(III)PO 4 . Los centros M (III) tienen una esfera de coordinación distorsionada rodeada por ocho óxidos con distancias M – O de alrededor de 2,6 Å de longitud. El anión fosfato es tetraédrico, como es habitual. El mismo motivo estructural se observa para el cromato de plomo ( PbCrO 4 ). [12] La monacita también comparte muchas similitudes estructurales con; circón, xenotima, scheelita, anhidrita, barita y rabdófano. [13]
La arena de monacita de Brasil fue descubierta por primera vez en la arena transportada en lastre de barcos por Carl Auer von Welsbach en la década de 1880. Von Welsbach buscaba torio para sus mantos incandescentes recién inventados . La arena de monacita se adoptó rápidamente como fuente de torio y se convirtió en la base de la industria de las tierras raras.
La arena de monacita también se extrajo brevemente en Carolina del Norte , pero poco después se encontraron extensos depósitos en el sur de la India . La monacita brasileña e india dominaron la industria antes de la Segunda Guerra Mundial, después de la cual la mayor actividad minera se trasladó a Sudáfrica . También hay grandes depósitos de monacita en Australia .
La monacita era la única fuente importante de lantánidos comerciales , pero debido a la preocupación por la eliminación de los productos hijos radiactivos del torio, la bastnäsita llegó a desplazar a la monacita en la producción de lantánidos en la década de 1960 debido a su contenido de torio mucho menor. El creciente interés en el torio para la energía nuclear puede hacer que la monacita vuelva a tener uso comercial. [ cita necesaria ]
Debido a su alta densidad, los minerales de monacita se concentran en arenas aluviales cuando son liberados por la erosión de las pegmatitas . Estos depósitos de placer son a menudo arenas de playa o arenas de playa fósiles y contienen otros minerales pesados de interés comercial, como el circón y la ilmenita . La monacita se puede aislar como un concentrado casi puro mediante el uso de separación por gravedad, magnética y electrostática.
Los depósitos de arena de monacita son predominantemente de composición de monacita-( Ce ). Normalmente, los lantánidos de estas monacitas contienen entre un 45 % y un 48 % de cerio , aproximadamente un 24 % de lantano , aproximadamente un 17 % de neodimio , aproximadamente un 5 % de praseodimio y cantidades menores de samario , gadolinio e itrio . Las concentraciones de europio tienden a ser bajas, alrededor del 0,05%. La monacita "roca" sudafricana, procedente de Steenkampskraal , fue procesada en los años 1950 y principios de los 1960 por la División Química Lindsay de American Potash and Chemical Corporation, en aquel momento el mayor productor de lantánidos del mundo. La monacita Steenkampskraal proporcionó el suministro del conjunto completo de lantánidos. Las concentraciones muy bajas de los lantánidos más pesados en la monacita justificaron el término tierra "rara" para estos elementos, con precios acordes. El contenido de torio de la monacita es variable y en ocasiones puede alcanzar hasta el 20-30%. La monacita de ciertas carbonatitas o de vetas de estaño bolivianas está esencialmente libre de torio. Sin embargo, las arenas comerciales de monacita suelen contener entre un 6 y un 12 % de óxido de torio.
El proceso original para "craquear" la monacita a fin de extraer el contenido de torio y lantánidos consistía en calentarla con ácido sulfúrico concentrado a temperaturas entre 120 y 150 °C (250 y 300 °F) durante varias horas. Las variaciones en la proporción de ácido a mineral , el grado de calentamiento y la cantidad de agua que se añadió posteriormente condujeron a varios procesos diferentes para separar el torio de los lantánidos. Uno de los procesos provocó que el torio precipitara como fosfato o pirofosfato en forma cruda, dejando una solución de sulfatos de lantánidos, de la cual los lantánidos podían precipitarse fácilmente como un sulfato de sodio doble . Los métodos ácidos provocaron la generación de considerables desechos ácidos y la pérdida del contenido de fosfato del mineral.
Un proceso más reciente utiliza una solución de hidróxido de sodio caliente (73%) a aproximadamente 140 °C (280 °F). Este proceso permite recuperar el valioso contenido de fosfato del mineral como fosfato trisódico cristalino . La mezcla de lantánido/hidróxido de torio se puede tratar con ácido clorhídrico para proporcionar una solución de cloruros de lantánido y un lodo insoluble del hidróxido de torio menos básico.
La extracción de metales de tierras raras del mineral de monacita comienza con la digestión con ácido sulfúrico seguida de una extracción acuosa. El proceso requiere muchas neutralizaciones y filtraciones. [14] [15]
Los productos finales obtenidos en este proceso son concentrado de fosfato de torio, hidróxidos de RE y concentrado de uranio. Dependiendo de los precios relativos de mercado del uranio, el torio y las tierras raras, así como de la disponibilidad de los clientes y la logística de entrega a ellos, algunos o todos esos productos pueden ser económicos de vender o procesar posteriormente hasta obtener una forma comercializable, mientras que otros constituyen relaves para su eliminación. Los productos de las series de desintegración del uranio y el torio , en particular el radio , estarán presentes en cantidades mínimas y constituirán un peligro radiotóxico. Mientras que el radio-228 (un producto de la desintegración del torio) estará presente sólo en cantidades extremadamente pequeñas (menos de un miligramo por tonelada métrica de torio) y se desintegrará con una vida media de aproximadamente 5,75 años, el radio-226 estará presente. en una proporción superior a 300 miligramos por tonelada métrica de uranio y debido a su larga vida media (~1600 años) esencialmente permanecerá con el residuo. Como el radio forma el sulfato de metal alcalinotérreo menos soluble conocido, el sulfato de radio estará presente entre los productos sólidos de filtración después de que se haya agregado ácido sulfúrico.
En dos estudios, uno que prueba las capacidades de almacenamiento de desechos radiactivos de las monacitas sintéticas sumergiéndolos en un sistema de aguas residuales contaminadas durante un período prolongado de tiempo, y el otro que compara la durabilidad de las estructuras cristalinas de múltiples minerales, investigan la capacidad de la monacita para actuar como un anfitrión de subproductos nucleares del plutonio de alta calidad en armas nucleares desmanteladas y combustible gastado de reactores nucleares. Los resultados de ambas investigaciones muestran que la monacita es una de las mejores opciones de almacenamiento en comparación con el vidrio de borosilicato utilizado anteriormente.
Un estudio realizado en el Laboratorio Nacional Oak Ridge en Tennessee [16] compara el rendimiento de la monacita sintética con el del vidrio de borosilicato en la gestión de residuos radiactivos. Este experimento involucró el remojo de monacita sintética y vidrio de borosilicato en desechos de defensa contaminados simulados del río Savannah durante 28 días, durante el período de tiempo en que se midieron las tasas de lixiviación de ambos materiales. Los resultados muestran que la monacita sintética es un material mucho más eficaz para contener residuos radiactivos debido a sus bajas tasas de lixiviación y su lenta tasa de corrosión.
En un segundo estudio [17] se descubrió que la monacita natural tiene una capacidad mejorada para lidiar con los subproductos de la radiación debido a la propiedad de "resistencia" a la radiación, ya que puede permanecer cristalina después de haber sido sometida a altas cantidades de radiación de desintegración alfa y amorfizada. . Debido a esta alta durabilidad, se considera una mejor alternativa para albergar materiales como el estroncio radiactivo que otros minerales probados. También se ha demostrado que la monacita sintética tiene una durabilidad similar a la de las muestras cristalinas naturales una vez que se amorfiza por completo.
