Bastnäsite

El mineral bastnäsita (o bastnaesita ) es uno de una familia de tres minerales fluorocarbonatos , que incluye bastnäsita-( Ce ) con una fórmula de (Ce, La)CO₃F _, bastnäsita-( La ) con una fórmula de (La, Ce)CO₃F _y bastnäsita-( Y ) con una fórmula de (Y, Ce)CO₃F _. Algunas bastnäsitas contienen OH⁻ ^en lugar de F⁻ ^y reciben el nombre de hidroxibastnasita. La mayor parte de la bastnäsita es bastnäsita-(Ce), y el cerio es, con mucho, el elemento de tierras raras más común en esta clase de minerales. La bastnäsita y el mineral fosfático monacita son las dos mayores fuentes de cerio y otros elementos de tierras raras .

La bastnäsita fue descrita por primera vez por el químico sueco Wilhelm Hisinger en 1838. Recibe su nombre de la mina Bastnäs, cerca de Riddarhyttan , Västmanland , Suecia . ^{[ 3 ]} La bastnäsita también se encuentra en ejemplares de muy alta calidad en las montañas Zagi, Pakistán. Se presenta en granito alcalino y sienita , así como en pegmatitas asociadas . También se encuentra en carbonatitas , fenitas asociadas y otras metasomatitas . ^{[ 2 ] [ 5 ]}

La bastnäsita tiene cerio , lantano e itrio en su fórmula generalizada, pero oficialmente el mineral se divide en tres minerales según el elemento de tierras raras predominante . ^{[ 6 ]} Existe la bastnäsita-(Ce) con una fórmula más precisa de (Ce, La)CO ₃ F. También existe la bastnäsita-(La) con una fórmula de (La, Ce)CO ₃ F. Y finalmente existe la bastnäsita-(Y) con una fórmula de (Y, Ce)CO ₃ F. Hay poca diferencia entre las tres en términos de propiedades físicas y la mayor parte de la bastnäsita es bastnäsita-(Ce). El cerio en la mayoría de las bastnäsitas naturales suele dominar a los demás. La bastnäsita y el mineral fosfático monacita son las dos mayores fuentes de cerio, un metal industrial importante.

La bastnäsita está estrechamente relacionada con la serie mineral parisita . ^{[ 7 ]} Ambas son fluorocarbonatos de tierras raras , pero la fórmula de la parisita, Ca(Ce, La, Nd) ₂ (CO ₃ ) ₃ F _2, contiene calcio (y una pequeña cantidad de neodimio ) y una proporción diferente de iones constituyentes. La parisita podría considerarse como una unidad de fórmula de calcita (CaCO ₃ ) añadida a dos unidades de fórmula de bastnäsita. De hecho, se ha demostrado que ambas se alteran con la adición o pérdida de CaCO ₃ en entornos naturales.

La bastnäsita forma una serie con los minerales hidroxibastnäsita-(Ce) [(Ce,La)CO ₃ (OH,F)] e hidroxibastnäsita-(Nd). ^{[ 8 ]} Los tres son miembros de una serie de sustitución que implica la posible sustitución de iones fluoruro (F ⁻ ) por iones hidroxilo (OH ^{− ).}

La bastnäsita recibe su nombre de su localidad tipo , la mina Bastnäs , Riddarhyttan , Västmanland , Suecia . ^{[ 9 ]} El mineral de la mina Bastnäs condujo al descubrimiento de varios minerales y elementos químicos nuevos por científicos suecos como Jöns Jakob Berzelius , Wilhelm Hisinger y Carl Gustav Mosander . Entre ellos se encuentran los elementos químicos cerio , descrito por Hisinger en 1803, y lantano en 1839. Hisinger, quien también era propietario de la mina Bastnäs, eligió nombrar a uno de los nuevos minerales bastnäsita cuando lo describió por primera vez en 1838. ^{[ 10 ]}

Aunque es un mineral escaso y nunca en grandes concentraciones, es uno de los carbonatos de tierras raras más comunes. La bastnäsita se ha encontrado en depósitos de bauxita kárstica en Hungría , Grecia y la región de los Balcanes . También se encuentra en carbonatitas , una roca ígnea intrusiva carbonatada rara, en el Complejo Fen , Noruega ; Bayan Obo , Mongolia Interior ; Kangankunde, Malawi ; Kizilcaoren, Turquía y la mina de tierras raras Mountain Pass en California , EE. UU. En Mountain Pass, la bastnäsita es el mineral de mena principal. Se ha encontrado algo de bastnäsita en los granitos inusuales del área de Langesundsfjord, Noruega; Península de Kola , Rusia ; minas de Mont Saint-Hilaire , ^{[ 11 ]} Quebec , y depósitos de Thor Lake , Territorios del Noroeste , Canadá . También se han reportado fuentes hidrotermales .

La formación de hidroxilbastnasita (NdCO₃OH ₎ también puede ocurrir mediante la cristalización de un precursor amorfo que contiene tierras raras. Con el aumento de la temperatura, el hábito de los cristales de NdCO₃OH _cambia progresivamente a morfologías esferulíticas o dendríticas más complejas. Se ha sugerido ^{[ 12 ]} que el desarrollo de estas morfologías cristalinas está controlado por el nivel de sobresaturación alcanzado en la solución acuosa durante la descomposición del precursor amorfo. A temperaturas más altas (p. ej., 220  °C) y después de un calentamiento rápido (p. ej., < 1 h ), el precursor amorfo se descompone rápidamente y la rápida sobresaturación promueve el crecimiento esferulítico. A una temperatura más baja (p. ej., 165  °C) y un calentamiento lento (100 min ), los niveles de sobresaturación se alcanzan más lentamente de lo necesario para el crecimiento esferulítico, y por lo tanto se forman formas piramidales triangulares más regulares.

En 1949, se descubrió el enorme yacimiento de bastnäsita alojada en carbonatita en Mountain Pass , condado de San Bernardino, California , EE. UU. Este descubrimiento alertó a los geólogos sobre la existencia de una nueva clase de yacimiento de tierras raras: la carbonatita que contiene tierras raras. Pronto se reconocieron otros ejemplos, particularmente en África y China. La explotación de este yacimiento comenzó a mediados de la década de 1960, después de que fuera adquirido por Molycorp (Molybdenum Corporation of America). La composición de lantánidos del mineral incluía un 0,1 % de óxido de europio, necesario para la industria de la televisión en color, para proporcionar el fósforo rojo y maximizar el brillo de la imagen. La composición de los lantánidos era de aproximadamente un 49 % de cerio, un 33 % de lantano, un 12 % de neodimio y un 5 % de praseodimio, con algo de samario y gadolinio, o bien, una cantidad notablemente mayor de lantano y menor de neodimio y metales pesados ​​en comparación con la monacita comercial. El contenido de europio era al menos el doble que el de una monacita típica.

La bastnäsita de Mountain Pass fue la principal fuente mundial de lantánidos desde la década de 1960 hasta la de 1980. Posteriormente, China se convirtió en un proveedor cada vez más importante de tierras raras. Los depósitos chinos de bastnäsita incluyen varios en la provincia de Sichuan y el enorme depósito de Bayan Obo , en Mongolia Interior , que fue descubierto a principios del siglo XX, pero no explotado hasta mucho después. Actualmente (2008), Bayan Obo proporciona la mayor parte de los lantánidos del mundo. La bastnäsita de Bayan Obo se encuentra asociada con monacita (además de suficiente magnetita para abastecer a una de las mayores acerías de China) y, a diferencia de las bastnäsitas carbonatadas, es relativamente más cercana a las composiciones de lantánidos de monacita, con la excepción de su generoso contenido de europio del 0,2 %.

En Mountain Pass, el mineral de bastnäsita se molía finamente y se sometía a flotación para separar la mayor parte de la bastnäsita de la barita , la calcita y la dolomita que la acompañaban . Los productos comercializables incluyen cada uno de los principales intermedios del proceso de procesamiento del mineral: concentrado de flotación, concentrado de flotación lavado con ácido, bastnäsita lavada con ácido calcinada y, finalmente, un concentrado de cerio, que era el residuo insoluble que quedaba después de que la bastnäsita calcinada se hubiera lixiviado con ácido clorhídrico . Los lantánidos que se disolvieron como resultado del tratamiento ácido se sometieron a extracción con solventes para capturar el europio y purificar los demás componentes individuales del mineral. Otro producto incluía una mezcla de lantánidos, empobrecida en gran parte en cerio y prácticamente en todo el samario y los lantánidos más pesados. La calcinación de la bastnäsita eliminó el dióxido de carbono, dejando un óxido-fluoruro en el que el cerio se oxidó al estado tetravalente menos básico. Sin embargo, la alta temperatura de la calcinación produjo un óxido menos reactivo, y el uso de ácido clorhídrico, que puede reducir el cerio tetravalente, provocó una separación incompleta del cerio y los lantánidos trivalentes. Por el contrario, en China, el procesamiento de la bastnäsita, tras su concentración, comienza con un calentamiento con ácido sulfúrico .

Extracción de metales de tierras raras

El mineral de bastnäsita se utiliza habitualmente para producir metales de tierras raras. Los siguientes pasos y el diagrama de flujo del proceso detallan el proceso de extracción de metales de tierras raras a partir del mineral. ^{[ 13 ] [ 14 ]}

1. Tras su extracción, en este proceso se suele utilizar mineral de bastnasita, con un contenido medio de 7 % de óxidos de tierras raras (REO).
2. El mineral se somete a un proceso de trituración utilizando molinos de barras, molinos de bolas o molinos autógenos.
3. El vapor se utiliza de forma sistemática para acondicionar el mineral molido, junto con fluorosilicato de sodio y, por lo general, aceite de cola C-30. Esto se hace para recubrir los distintos tipos de metales de tierras raras con floculantes, colectores o modificadores, facilitando así su separación en la siguiente etapa.
4. Flotación utilizando los productos químicos mencionados anteriormente para separar la ganga de los metales de tierras raras.
5. Concentrar los metales de tierras raras y filtrar las partículas grandes.
6. Elimine el exceso de agua calentando a unos 100  °C.
7. Agregue HCl a la solución para reducir el pH a < 5. Esto permite que ciertos REM (metales de tierras raras) se vuelvan solubles (el Ce es un ejemplo).
8. El proceso de tostado oxidante concentra aún más la solución hasta aproximadamente un 85 % de REO. Esto se realiza a unos 100  °C, o a temperaturas superiores si es necesario.
9. Permite que la solución se concentre aún más y filtra nuevamente las partículas grandes.
10. Los agentes reductores (en función del área) se utilizan para eliminar el Ce en forma de carbonato de Ce o CeO ₂ , normalmente.
11. Se añaden disolventes (el tipo y la concentración del disolvente dependen de la zona, la disponibilidad y el coste) para ayudar a separar el Eu, el Sm y el Gd del La, el Nd y el Pr.
12. Se utilizan agentes reductores (en función del área) para oxidar el Eu, el Sm y el Gd.
13. El europio se precipita y se calcifica.
14. El Gd precipita en forma de óxido.
15. El Sm precipita en forma de óxido.
16. El disolvente se recicla en el paso 11. Se añade disolvente adicional en función de la concentración y la pureza.
17. La se separó de Nd, Pr y SX.
18. El neodimio y el praseodimio se separaron. El proceso SX continúa para su recuperación y reciclaje.
19. Una forma de recolectar La es agregando HNO ₃ , creando La(NO ₃ ) ₃ . El HNO ₃ generalmente se agrega a una molaridad muy alta (1–5 M), dependiendo de la concentración y cantidad de La.
20. Otro método consiste en añadir HCl a La, creando LaCl ₃ . El HCl se añade en una concentración de 1 M a 5 M dependiendo de la concentración de La.
21. El disolvente procedente de la separación de La, Nd y Pr se recicla en la etapa 11.
22. El Nd precipita como producto de óxido.
23. El Pr se precipita como un producto de óxido.

• Palache, P.; Berman H.; Frondel, C. (1960). " Sistema de Mineralogía de Dana, Volumen II: Haluros, Nitratos, Boratos, Carbonatos, Sulfatos, Fosfatos, Arseniatos, Tungstatos, Molibdatos, etc. (Séptima edición)" John Wiley and Sons, Inc., Nueva York, págs.  289–291.