獨居石並不“獨居”
它有哪些獨特效能?
獨居石是一種磷酸鹽類礦物,屬單斜晶系,化學式為(Ce,La等)[PO4],因含稀土元素鈰和鑭,中文學名為“磷鈰鑭礦”。通常呈板狀、柱狀或者粒狀晶形,完全解理,貝殼狀至參差狀斷口,性脆,顏色一般為棕紅色、黃色、黃綠色和褐黃色等,玻璃-油脂光澤,莫氏硬度介於5~5.5,比重4.6-5.5g/cm3。
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為什麼稱為獨居石?
獨居石其實並不孤獨。第一,它並不獨自產出,常常以副礦物的形式賦存在中酸性岩漿岩和變質岩,例如花崗岩、正長巖、花崗偉晶岩及片麻岩,在一些沉積岩中也存在等;第二,它常常與其它礦物共生,例如磷灰石、重晶石、白雲石、鋯石、黑稀金礦、綠柱石、赤鐵礦、磁鐵礦等礦物。
既然這樣,那為什麼叫“獨居”石呢?原來吶,是因為它的英文名稱為Monazite,來自希臘文monazem,原意為無伴獨居之意,翻譯為“獨居”意指該礦物的產出非常稀少。獨居石確實稀少,主要產自中國、越南、澳大利亞、南非、印度尼西亞、馬來西亞、幾內亞、坦尚尼亞、獅子山等地,其中眾人皆知的白雲鄂博正是我國獨居石的重要產地之一。獨居石不僅產出稀少,而且還小,已知寶石級的獨居石最大約5克拉。
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具有哪些獨特的性質?
從獨居石的化學式也可以看出其成分變化比較大,由於其中含其他微量稀土元素不同,可劃分成不同的亞品種,例如鈰-獨居石((Ce,La,Nb,Th)[PO4])和鑭-獨居石((La,Nb,Th)[PO4]),前者最為常見。此外,不同型別岩石中的獨居石成分也有差異。不僅如此,獨居石自身的內部元素分佈也是不均勻的,與其形成的地質環境、溫壓和微量元素含量變化是不均勻分佈有著直接關係。
圖源:https://www.dakotamatrix.com/
圖源:http://webmineral.com/specimens/picshow.php?id=3959#.YNu5TvkVRbk
(2)獨居石是主要的稀土礦物
獨居石中輕稀土(鈰組)氧化物佔39-74%,重稀土(釔組)氧化物佔0~5%,因此它是提取鈰族稀土元素的重要礦物原料,由於成分中經常有釷代替鈰,ThO2含量最多可達30%,在提取鈰時,可綜合提取釷。
(3)獨居石具有良好的化學穩定性和機械穩定性
獨居石的化學性質比較穩定、密度較大,常形成濱海砂礦和沖積砂礦,例如在澳大利亞沿海、巴西以及印度等沿海。不過值得一提的是,獨居石能溶於硫酸,與氫氧化鉀(KOH)溶合後加鉬酸銨便出現磷鉬酸銨黃色沉澱。
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為什麼稱為獨居石?
有何用途?
正是基於上述獨居石的這些特性,使其在同位素定年、黑色和有色冶金、玻璃和陶瓷生產、電子、電氣照明、鐳射技術、化工工業和醫療等多個領域中都獲得廣泛的應用。
(1)理想的定年礦物
獨居石因含有較高的U、Th及較低的普通鉛,經常能形成一致的U-Pb和Th-Pb年齡,另一方面,獨居石的U-Pb同位素體系封閉溫度相對較高(約800-900°C),不容易受到後期熱事件的干擾,是理想的U-Th-Pb定年物件。中低溫地質事件和流體活動事件可以在獨居石礦物中保持良好的生長和改造記錄。與K-Ar和Ar-Ar單礦物定年技術相比,獨居石具有清楚的內部結構,結合電子探針元素成分分析,可在獨居石單顆粒上做出年齡分佈圖,得到獨居石生長的多期年齡記錄,使年齡分析的地質意義更為明確。也因此,目前獨居石U-Pb定年逐漸成為中低階變質、變形年代學約束的有利工具。
圖源:李應栩,李光明等《西藏中岡底斯成礦帶晚三疊世鈹銣稀有金屬礦化:獨居石U-Pb年代學證據》
(2)提取稀土元素
獨居石作為重要的稀土礦物,提取出稀土元素(鑭、鈰、釷、鈾、鈽等元素)對工業也有著突出的貢獻,比如鈰元素可用來作合金、打火石、拋光等材料,鈽元素常被用在核子反應爐及核武器中。
圖源:Tang et al.,2020. The Chemical State and Occupancy of Radiogenic Pb, and Crystallinity of RW-1 Monazite Revealed by XPS and TEM
(3)不錯的收藏品
獨居石的顏色較豔麗,這種礦物的晶體大都比較小,較粗大者且透明可用作寶石(儘管無商業價值,但是作收藏品是不錯的選擇)。
圖源:https://www.irocks.com/minerals/specimen/25926