Columbita

La columbita , también llamada niobita , niobita-tantalita y columbato , con fórmula química general ( Fe ^II , Mn ^II ) Nb₂O₆ , es un grupo de minerales negros que constituyen un mineral de niobio. Posee un brillo submetálico, una alta densidad y es un niobato de hierro y manganeso. La niobita tiene numerosas aplicaciones en _{la industria aeroespacial, la construcción y la medicina. La datación de} los minerales de columbita se realiza principalmente mediante datación uranio-plomo , un proceso lento.

La columbita tiene la misma composición y simetría cristalina ( ortorrómbica ) que la tantalita . ^{[ 6 ]} De hecho, en muchas guías de minerales, ambas se agrupan a menudo como una serie mineral semisingular llamada columbita-tantalita o coltán. Sin embargo, la tantalita tiene una gravedad específica mucho mayor que la columbita, más de 8,0 en comparación con 5,2 de la columbita. ^{[ 7 ]} La formación de la columbita depende de las concentraciones de metales presentes que afectan la estructura cristalina del mineral y el 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 pulg) de espesor que medían 76 cm × 61 cm (30 pulg × 24 pulg) . ^{[ 9 ]}        

La columbita contiene cantidades variables de torio y uranio , lo que la hace radiactiva. ^{[ 10 ]} El coltán, una especie de columbita con predominio de tantalio, suele ser extraído por mineros artesanales y a 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 el 13 de abril de 1905, mediante la publicación de una investigación sobre la composición de un espécimen antiguo, presumiblemente procedente de John Winthrop (1606-1676), primer gobernador de la colonia de Connecticut y ávido coleccionista de minerales. Entre otras 600 muestras, el espécimen en cuestión había sido donado por el nieto y homónimo del gobernador, John Winthrop (1681-1747), a Hans Sloane , presidente de la Royal Society de Londres, cuando Winthrop se convirtió en miembro de la Royal Society en 1737. ^{[ 12 ]}

En 1801, Charles Hatchett había descubierto el elemento niobio en el mismo espécimen, ^{[ 13 ]} al que había llamado columbio en honor al explorador Cristóbal Colón . ^{[ 14 ]}

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 la ferrotantalita, su análogo con predominio de tantalio _{, y la} manganocolumbita, su análogo con predominio de manganeso . La manganocolumbita tiene la fórmula química (Mn, Fe)(Nb, Ta) _₂O₆ , a menudo con pequeñas concentraciones de tantalio y hierro. Se encuentra frecuentemente en pegmatitas, rocas ígneas de grano grueso. ^{[ 15 ]}

El miembro rico en hierro del grupo de la columbita es la ferrocolumbita, FeNb₂O₆ , y puede contener pequeñas concentraciones de estaño y _{tungsteno . Esta especie de columbita se encuentra frecuentemente 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)O₄ , es unradiactivoque se encuentra enMozambique. ^{[ 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, sus propiedades físicas pueden cambiar. Al calentar la ferrocolumbita, se produce una expansión igual de los ejes 'a' y 'b'. ^{[ 17 ]} Además, debido al tamaño de los iones y a su estructura general, la ferrocolumbita es más compresible que la manganocolumbita. ^{[ 17 ]} Al calentar la manganocolumbita, se produce una expansión del eje 'a' que resulta en un cambio desigual de la estructura. ^{[ 17 ]}

Cuando se extrae niobita de la columbita durante el proceso de refinación del mineral, se pueden observar aplicaciones en las industrias 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 usa frecuentemente en naves espaciales. ^{[ 18 ]} En la construcción, algunos aceros de alta resistencia y baja aleación (HSLA) se crean a partir de niobita. ^{[ 18 ]} Además, la niobita extraída de la columbita se puede usar para crear componentes electrónicos utilizados en equipos médicos como imágenes por resonancia magnética (IRM) y resonancia magnética nuclear (RMN). ^{[ 18 ]}

La columbita se encuentra a menudo en depósitos de pegmatita y aluviales, así como en rocas graníticas . ^{[ 19 ]} Los minerales de columbita están compuestos principalmente de magnesio , hierro , niobio y tantalio , donde se han observado cantidades traza de estaño , titanio y escandio . ^{[ 19 ]} La composición general de la columbita influye en la estructura cristalina, lo que da lugar a 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 fundidos de silicatos que se encuentran en la corteza o el manto terrestres. ^{[ 20 ]} Además, la presencia de magma forma la columbita mediante 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 prominente debido a la textura del mineral durante la etapa fluida y la cristalización fraccionada magmática que ocurre durante la formación. ^{[ 20 ]} Otra teoría prominente 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 la formación y como resultado se forman cristales irregulares. ^{[ 15 ]}

Es posible que ambas teorías actúen conjuntamente para formar minerales de columbita, así como diferentes especies de columbita, como la mangancolumbita, la ferrocolumbita y la itrocolumbita.

Los minerales de columbita tienen el potencial de ser radiactivos debido a la presencia de trazas de uranio y torio . Los minerales radiactivos son inestables y emiten radiación ionizante, lo que provoca impactos negativos en el medio ambiente y la salud humana. Cada país tiene leyes diferentes con respecto al transporte de material radiactivo. ^{[ 21 ]}

Durante la extracción de columbita, la contaminación de las aguas subterráneas y superficiales es una preocupación debido a la presencia de metales pesados ​​en la roca estéril. Además, la roca estéril puede provocar drenaje ácido de minas, lo que afecta a las aguas subterráneas y superficiales. ^{[ 21 ]} Para obtener columbita pura, se produce una gran cantidad de roca estéril, lo que genera impactos negativos en el medio ambiente circundante. ^{[ 21 ]}

Durante la extracción de niobita o tantalio de la columbita, se utilizan ácidos fuertes a altas temperaturas que tienen impactos negativos en el medio ambiente. El ácido fluorhídrico y el ácido sulfúrico se utilizan en los procesos de refinación del mineral a temperaturas entre 250 y 300  °C. ^{[ 18 ]} Estos ácidos pueden causar acidificación del suelo , contaminación del aire y contaminación del agua que, a su vez, afectan a los ecosistemas. La tecnología actual en la refinación del mineral de columbita no es selectiva, lo que da lugar a impurezas presentes en las muestras de columbita refinada. ^{[ 18 ]} Para eliminar las impurezas, se requiere una mayor concentración de ácido, lo que conlleva un mayor potencial de riesgos ambientales. ^{[ 22 ]}

Existen tres aplicaciones para la datación de minerales del grupo de la columbita, cada una con sus ventajas y desventajas. Estos métodos son la datación uranio-plomo (U-Pb) , la espectrometría de masas de plasma acoplado inductivamente con 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 de minerales de columbita mediante la relación U/Pb. ^{[ 23 ] [ 24 ]} Este método se suele combinar con la espectrometría de masas de ionización térmica con dilución isotópica (ID-TIMS) para aumentar la precisión. ^{[ 23 ] [ 24 ]} El método LA-ICP-MS se utiliza in situ para datar minerales de columbita-tantalita con un error inferior al cinco por ciento en la relación isotópica de uranio y plomo. ^{[ 24 ]} El método SIMS tiene una alta resolución espacial y precisión en la medición de isótopos de plomo en minerales de columbita. ^{[ 24 ]} El método LA-ICP-MS y SIMS no se utiliza comúnmente debido a la falta de material de referencia certificado. ^{[ 24 ]}

La minería artesanal y a pequeña escala proporciona empleos a millones de personas, pero suele tener impactos negativos en la salud humana y el medio ambiente. ^{[ 25 ]} Este tipo de minería es ejecutada por pequeños grupos de personas, generalmente bajo una cooperativa minera más grande, con equipos de extracción sencillos. ^{[ 26 ]} Estos equipos de extracción sencillos pueden incluir picos , palas , balsas y maquinaria pesada mínima . ^{[ 26 ]} El coltán , la especie de columbita con predominio de tantalio, se extrae a menudo de forma artesanal debido a sus amplias aplicaciones en la electrónica. ^{[ 27 ]} La minería artesanal y a pequeña escala de materiales es común en regiones como África, Asia, Oceanía, Centroamérica y Sudamérica. ^{[ 26 ]} Si bien este tipo de minería es importante para las economías locales y el sustento, 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 maltratos a los mineros artesanales, violencia, comercio ilegal y, en ocasiones, trabajo infantil . ^{[ 26 ]} Además, son comunes los efectos a largo plazo en la salud al extraer coltán, debido a la presencia de material radiactivo en el mineral. ^{[ 25 ]} En países como Sierra Leona, Liberia y la República Democrática del Congo, se ha producido un lucrativo comercio de minerales, como el coltán, debido a la falta de control estatal de la minería artesanal y a pequeña escala en la región. ^{[ 26 ]}

• Isah, Mohammed Engha; Abdulmumin, Nuhu Abdulkadir; Elaoyi, Paul D.; Audu, Efraín (9 de diciembre de 2019). "Efectos de las actividades mineras de columbita/tantalita (COLTAN) sobre la calidad del agua en el distrito minero de Edege-Mbeki del estado de Nasarawa, en el centro norte de Nigeria" . Boletín del Centro Nacional de Investigaciones . 43 (1): 179. doi : 10.1186/s42269-019-0237-0 . ISSN 2522-8307 . 
• Zuo, Yushan; Gao, Zhengxi; Zuo, Lei; Zhang, Peng; Liu, Rui; Zhang, Qing; Zhang, Tingting (2022-12-03). "Ultraestructura de un mineral de columbita-tantalita del depósito de Ta-Nb de Zhaojinggou en el cratón del norte de China: evidencia directa del mecanismo de formación de los minerales del grupo de la columbita" . Geofluids . 2022 e8125419. doi : 10.1155/2022/8125419 . ISSN 1468-8115 . 

• Coltán
• Lista de minerales

• Textos en Wikisource:
  • " Columbita ". Nueva Enciclopedia Internacional . 1905.
  • " Columbita ". Encyclopædia Britannica (11.ª  ed.). 1911.
  • " Columbita ". Nueva Enciclopedia de Collier . 1921.