La columbita , también llamada niobita , niobita-tantalita y columbato , con una fórmula química general de ( Fe II , Mn II ) Nb 2 O 6 , es un grupo de minerales negros que es una mena de niobio. Tiene un brillo submetálico , una alta densidad y es un niobato de hierro y manganeso. La niobita tiene muchas aplicaciones en la industria aeroespacial, de la construcción y médica. La datación de minerales de columbita se realiza principalmente mediante la datación por uranio-plomo (U-Pb), un proceso lento.
La columbita tiene la misma composición y simetría cristalina ( ortorrómbica ) que la tantalita . [6] De hecho, las dos suelen agruparse juntas como una serie mineral semisingular llamada columbita-tantalita o coltán en muchas guías minerales. Sin embargo, la tantalita tiene una gravedad específica mucho mayor que la columbita, más de 8,0 en comparación con los 5,2 de la columbita. [7] La formación de columbita depende de las concentraciones de metales presentes que afectan la estructura cristalina del mineral y del impacto ambiental.
La columbita es un polimorfo de la tapiolita ; tienen la misma composición química pero diferente simetría cristalina: ortorrómbica para la columbita y tetragonal para la tapiolita. [8] El monocristal de columbita más grande documentado consistía en placas de 6 mm (0,24 pulgadas) de espesor que medían 76 cm × 61 cm (30 pulgadas × 24 pulgadas). [9]
La columbita contiene cantidades variables de torio y uranio , lo que la hace radiactiva. [10] El coltán, una especie de columbita en la que predomina el tantalio, suele ser extraído por mineros artesanales y de pequeña escala, con riesgos para el medio ambiente y la salud humana debido a las condiciones de trabajo no reguladas.
Este grupo mineral se encontró por primera vez en Haddam, Connecticut , en los Estados Unidos. [11] La presencia de columbita en los Estados Unidos se dio a conocer a partir de un espécimen que presumiblemente proviene de John Winthrop (1606-1676), primer gobernador de la colonia de Connecticut y ávido coleccionista de minerales. Entre otras 600 muestras, fue donada por su tocayo y nieto, John Winthrop (1681-1747) a Hans Sloane , presidente de la Royal Society de Londres, al convertirse en miembro de la Royal Society en 1737. [12]
En 1801, Charles Hatchett descubrió el elemento niobio en este espécimen, [13] al que llamó columbio en honor al explorador Cristóbal Colón . [14]
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La columbita forma cristales opacos de color negro a marrón oscuro. [15] La formación de los cristales varía según la especie presente.
La columbita forma una serie con el análogo ferrotantalita, con predominio de tantalio , y el análogo manganocolumbita, con predominio de manganeso . La manganocolumbita tiene una fórmula química de (Mn, Fe)(Nb, Ta) 2 O 6 , a menudo con pequeñas concentraciones de tantalio y hierro. La manganocolumbita se encuentra a menudo en pegmatitas, rocas ígneas de grano grueso. [15]
El miembro rico en hierro del grupo de las columbitas es la ferrocolumbita, FeNb2O6 , y pueden estar presentes pequeñas concentraciones de estaño y tungsteno . Esta especie de columbita se encuentra a menudo en pegmatitas como rocas ígneas de grano grueso. [15]
La itrocolumbita es la columbita rica en itrio con la fórmula (Y,U,Fe)(Nb,Ta)O
4, es un mineral radiactivo que se encuentra en Mozambique . [16] Este mineral se forma debido a pegmatitas y granitos de metales raros. [15]
Los átomos de columbita forman una estructura octaédrica donde los átomos de niobio o tantalio rodean un átomo de oxígeno. En general, la columbita forma cristales ortorrómbicos que dan longitudes aproximadas de los ejes cristalinos como a ≈ 14,27, b ≈ 5,73 y c ≈ 5,06 Å. [17] Diferentes especies de columbita, como la manganocolumbita o la ferrocolumbita, pueden cambiar las longitudes de los ejes cristalinos. [17]
Dado que la columbita puede formar especies con otros minerales, las propiedades físicas del mineral pueden cambiar. Cuando la ferrocolumbita se somete a calor, se produce una expansión igual de los ejes "a" y "b". [17] Además, debido al tamaño de los iones y la estructura general, la ferrocolumbita es más compresible que la manganocolumbita. [17] Cuando la manganocolumbita se somete a calor, se produce una expansión del eje "a" que da como resultado un cambio desigual en la estructura. [17]
Cuando se extrae niobita de la columbita, en el proceso de refinación del mineral, se pueden observar aplicaciones en la industria aeroespacial, de la construcción y médica. [18] En la industria aeroespacial, se pueden crear superaleaciones . Las superaleaciones de niobita crean un material de baja masa y alta resistencia que se utiliza a menudo en naves espaciales. [18] En la construcción, se crea un acero de baja aleación de alta resistencia (HSLA) a partir de niobita. [18] Además, la niobita extraída de la columbita se puede utilizar para crear componentes electrónicos utilizados en equipos médicos, como la resonancia magnética (MRI) y la resonancia magnética nuclear (NMR). [18]
La columbita se encuentra a menudo en pegmatita y depósitos aluviales, así como en rocas graníticas . [19] Los minerales de columbita se componen principalmente de magnesio , hierro , niobio y tantalio , donde se han observado trazas de estaño , titanio y escandio . [19] La composición general de la columbita influye en la estructura cristalina, lo que da como resultado diferentes procesos de formación. Actualmente, existen dos teorías destacadas para la formación de la columbita. Una teoría se desarrolló debido a una fuerte atracción del niobio y el tantalio , dentro de la columbita, hacia los silicatos fundidos que se encuentran en la corteza o el manto terrestre. [20] Además, la presencia de magma forma columbita al sufrir dos procesos de cristalización . [15] El primer proceso de cristalización crea un núcleo de niobio y el segundo proceso de cristalización crea un borde de tantalio . [15] Esta teoría es destacada debido a la textura del mineral durante la etapa fluida y la cristalización fraccionada magmática que ocurre durante la formación. [20] Otra teoría destacada sobre la formación de niobio y tantalio en minerales de columbita se produce debido a fluidos hidrotermales. [20] Esta teoría sugiere que los fluidos hidrotermales interactúan con la columbita durante su formación y, como resultado, se forman cristales irregulares. [15]
Es posible que ambas teorías trabajen en conjunto para formar minerales de columbita, así como diferentes especies de columbita, como mangancolumbita, ferrocolumbita e itrocolumbita.
Los minerales de columbita tienen el potencial de ser radiactivos debido a las trazas de uranio y torio . Los minerales radiactivos son inestables debido a la emisión de radiación que causa impactos negativos para el medio ambiente y la salud humana. Cada país tiene diferentes leyes con respecto al transporte de material radiactivo. [21]
En la extracción de columbita, la contaminación de las aguas subterráneas y superficiales es un problema debido a la presencia de metales pesados en los desechos de roca. Además, los desechos de roca pueden provocar un drenaje ácido de la mina que puede afectar a las aguas subterráneas y superficiales. [21] Para obtener columbita pura, se produce una gran cantidad de desechos de roca, lo que genera impactos negativos en el medio ambiente circundante. [21]
Durante la extracción de niobio o tantalio de la columbita, se utilizan ácidos fuertes a altas temperaturas que tienen impactos negativos al medio ambiente. El ácido fluorhídrico y el ácido sulfúrico se utilizan en los procesos de refinación del mineral entre temperaturas de 250-300 o C. [22] Estos ácidos pueden causar acidificación del suelo , contaminación del aire y contaminación del agua que, a su vez, afecta a los ecosistemas. La tecnología actual, en la refinación del mineral de columbita, no es selectiva lo que conduce a impurezas presentes en las muestras refinadas de columbita. [22] Para eliminar las impurezas, se requiere una mayor concentración de ácido, lo que conduce a un mayor potencial de peligros ambientales. [23]
Hay tres aplicaciones para la datación de minerales del grupo de la columbita, cada una con sus ventajas y desventajas. Estos métodos son la datación de uranio-plomo (U-Pb) , la espectrometría de masas de plasma acoplado inductivamente por ablación láser (LA-ICP-MS) y la espectrometría de masas de iones secundarios (SIMS). El método U-Pb puede determinar la ubicación y la edad de un grupo mineral de columbita mediante la relación U/Pb. [24] [25] Este método a menudo se combina con la espectrometría de masas de ionización térmica por dilución de isótopos (ID-TIMS) para aumentar la precisión. [24] [25] El método LA-ICP-MS se utiliza in situ para datar minerales de columbita-tantalita con menos del cinco por ciento de error en la relación isotópica de uranio y plomo. [25] El método SIMS tiene una alta resolución espacial y una alta precisión en la medición de isótopos de plomo en minerales de columbita. [25] Los métodos LA-ICP-MS y SIMS no se utilizan comúnmente debido a la falta de material de referencia certificado. [25]
La minería artesanal y en pequeña escala proporciona trabajo a millones de personas, pero normalmente tiene impactos negativos en la salud humana y el medio ambiente. [26] Este tipo de minería es ejecutada por pequeños grupos de personas, normalmente bajo una cooperación minera más grande, con equipo de extracción simple. [27] Este equipo de extracción simple puede incluir picos , palas , palanganas y maquinaria pesada mínima . [27] El coltán , la especie de columbita dominante en el tantalio, a menudo se extrae de forma artesanal debido a sus vastas aplicaciones en la electrónica. [28] La minería artesanal y en pequeña escala de materiales es común en regiones como África, Asia, Oceanía, América Central y América del Sur. [27] Si bien este tipo de minería es importante para las economías locales y los medios de vida, a menudo no está regulada, lo que conduce a la minería ilegal y a condiciones de trabajo inseguras. Debido a las condiciones no reguladas, pueden producirse malos tratos a los mineros artesanales, violencia, comercio ilegal y, a veces, trabajo infantil . [27] Además, la extracción de coltán tiene efectos a largo plazo sobre la salud debido a la presencia de material radiactivo en el mineral. [26] En países como Sierra Leona, Liberia y la República Democrática del Congo, se ha producido un comercio lucrativo de minerales, como el coltán, debido a la falta de control estatal sobre la minería artesanal y en pequeña escala en la zona. [27]
... (p.282:)
El Sr. Winthrop era nieto del primer gobernador de Connecticut, bisnieto del primer gobernador de Massachusetts
... (p.290:) Un mineral negro ...
¿Es esta la columbita? ... parecía que había sido enviada ... a Sir Hans Sloane, por el Sr. Winthrop de Massachusetts.
...'
... En 1800-01, mientras organizaba algunos minerales en el Museo Británico en Bloomsbury, se interesó particularmente en un espécimen que fue descrito en el catálogo de Sir Hans Sloane de los 'Metalls', no. 2029 de su colección, como 'una piedra negra muy pesada con vetas doradas ... de Nautneague. Del Sr. Winthrop...
El donante fue probablemente John Winthrop (1681-1747), bisnieto del fundador de la colonia de la Bahía de Massachusetts.
Cuando Winthrop fue elegido miembro de la Sociedad de la Bahía de Massachusetts en 1734, le entregó a Sir Hans Sloane, entonces presidente de la Sociedad, una colección de unos 600 minerales...
... El Sr. Hatchett descubrió que contenía un metal que, a partir de sus propiedades, no podía atribuirse a ningún otro conocido hasta entonces; por lo tanto, opinó que debía considerarse
un nuevo género, al que dio el nombre de Columbium, en honor al descubridor de América
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