独居石(英文名:Monazite), 又名磷铈镧矿, 是一种含有铈和镧的磷酸盐矿物, 化学式 为(Ce,La,Nd,Th)PO₄, 也是一种中酸性岩浆岩和 变质岩 中较常见的副矿物,产于 花岗石 、正长岩、 片麻岩 和 花岗伟晶岩 中,也见于与花岗岩有关的热液矿床中, 分布于 澳大利亚 、巴西、 印度 等国沿海地区。
独居石为 单斜晶系 , 晶体 为板状或柱状,因经常呈单晶体而得名。其呈棕红色、黄色,有时呈褐黄色,油脂光泽,解理完全, 莫氏硬度 5~5.5,密度4.9~5.5g/cm³,常具放射性。 其理论化学成分Ce₂O₃为35.00%,La₂O₃为34.73%,P₂O₅为30.27%。 不论 岩浆 成因或变质成因的独居石,其 同位素 年龄的地质意义都较为清楚。
独居石的 ree 及其合金和化合物在黑色和有色冶金、玻璃和陶瓷生产、电子、电气照明、电视和激光技术、化工工业、医疗和农业生产领域中得到广泛的应用。 独居石的生产呈下降趋势,主要原因是 矿石 中钍元素具有放射性,对环境有害,巴西、印度等国已禁采。
名字来源
独居石这个名字是源于它经常以单晶体存在而来的。它是一种含有铈和镧的磷酸盐矿物,是一种 稀土矿 ,是提炼铈、镧的主要矿物,商业钚的主要来源。 早先发现这种矿物会放射钍-232,之后会吸收慢中子而变成铀-233,而铀-233可作核燃料之用。1940合成又发现该矿石,可合成钚-239。而钚-239常被用在核子反应炉及 核武器 中。铈可用来作合金、 打火石 、抛光等的材料。此外,很多时候独居石中还含有钍,因此也可用来提炼钍。
主要特性
化学 组成
独居石 化学式 为(Ce,La,Nd,Th)PO₄, ,常有Pr、Sm、Nd、Er、Ho等 ree 以及Ca、Th、U等元素代替Ce和La,还可以有少量Si代替P。 理论化学成分为Ce₂O₃为35.00%,La₂O₃为34.73%,P₂O₅为30.27%。成分变化很大, 镧系金属 常成为类质同象成分。矿物成分中稀土 氧化物 含量可达50~68%。类质同象元素和化合物有Y、Th、U、Ca、[SiO₄]⁴⁻和[SO₄]²⁻。
独居石晶体结构同孤立的[PO₄]³⁻四面体组成,Ce位于[PO₄]³⁻四面体中,与六个[PO₄]³⁻四面体联结,Ce的配位数为9。原子间距:Ce—O(9)=0.260nm,P—O=0.152nm。
独居石属 单斜晶系 ,斜方柱晶类。 晶体 成板状,晶面常有条纹,有时为柱、锥、粒状。颜色黄褐色、棕红色,有时带绿色调。半透明至透明。条痕白色或浅红黄色。油脂光泽。 莫氏硬度 5.0~5.5。性脆。密度4.9~5.5g/cm³。电磁性中弱。在X射线下发绿光,在阴极射线下不发光。
形态特征
独居石晶体常呈平行于(100)的板状(照片6-47)、叶片状,或沿c轴或b轴延伸的柱状,也可呈自形粒状。由于硬度大,化学性质稳定,在 砂矿 中也常可基本保留晶形,多呈棱角磨圆的柱状、板状等,经历长距离搬运和反复磨蚀时也可呈滚圆状。
光学性质
独居石透射光下呈现黄至无色,弱多色性,正突起很高,糙面显著,二轴晶正光性,正交偏光下双 折射率 很高,干涉色从三级中部至四级。 。正交偏光下,独居石的干涉色呈密集环带状,以此区别于相似的 磷钇矿 。
成因特征
独居石产于 花岗石 、正长岩、 片麻岩 和 花岗伟晶岩 中,也见于与花岗岩有关的热液矿床中。
独居石成因矿物学研究是合理解释独居石UPb年龄代表的地质意义的前提。独居石的成因需要对独居石的矿物共生关系和组构特征、内部结构以及 化学元素 组成进行综合分析,多方面互相印证来做出可靠的判断。通常在矿物共生关系和组构特征的观察基础上,需要对独居石的内部结构进行观察: 岩浆 独居石具有振荡环带、扇形分区和均质的内部结构;高级变质独居石具有均一状、同心环状、补丁状和交叉状内部结构;低级变质独居石具有骨架状外形;热液独居石具有振荡环带和扇形分区的内部结构。然后对独居石的 化学 组成进行分析:岩浆独居石具有最为强烈的Eu负异常,Th、U、Pb、Y、HREE含量相对较高;高级变质独居石存在明显的Eu负异常,Th、U含量高,与变质矿物共生时独居石Y、HREE含量在不同变质阶段有所波动;低级变质独居石的Eu负异常不明显,Th含量极低;热液独居石的Eu负异常较弱,U含量极低,Th/U比值高。在上述分析结果的基础上,结合研究区构造-热事件演化历史即可对独居石U-Th-Pb年龄进行合理解释。
独居石是一种中酸性岩浆岩和 变质岩 中较常见的副矿物,在一些 沉积岩 中也存在。不论 岩浆 成因或变质成因独居石,其 同位素 年龄的地质意义都较为清楚。在退变质和 流体 作用过程中,与 锆石 相比独居石对环境条件的变化更为敏感。 内蒙古自治区 景峰的 花岗石 中独居石呈浅黄色,透明,形态不规则,部分具柱状晶形,粒度通常在100~200μm之间。背背散射图像中结构均匀,但个别独居石颗粒存在较宽而平直的岩浆环带。锆石透明,浅黄色,柱状简单晶形,晶棱晶面平直,长宽比为3~4,长轴通常在150~200μm之间。部分锆石有裂纹和包体。阴极发光图像中许多锆石都具密集平行的 岩浆 环带。青海冷湖花岗岩中的独居石呈浅黄色,透明,形态不规则,部分具柱状晶形,粒度通常在100~200μm之间。背散射图像中结构均匀,但个别独居石颗粒存在较宽而平直的岩浆环带。 锆石 透明,浅黄色,柱状简单晶形,晶棱晶面平直,长宽比为3~4,长轴通常在150~200μm之间。部分锆石有裂纹和包体。阴极发光图像中许多锆石都具密集平行的岩浆环带。
主要产地
独居石矿物成分中稀土 氧化物 含量可达50%~68%。具有经济开采价值的独居石主要资源是冲积型或海滨砂矿床。最重要的海滨砂矿床在 澳大利亚 沿海、巴西和 印度 等沿海。此外, 斯里兰卡 、 马达加斯加 、 南非 、 马来西亚 、中国、 泰国 、 韩国 、 朝鲜 等地都有含独居石的重砂矿床。
应用价值
多元应用
独居石是一种铈族稀土的 磷酸盐 ,含有60%的铈族稀土和5~9%的钍。经过加工提取出来的钍,可以代替铀作为核反应堆的燃料。
独居石是主要的 稀土矿 ,轻稀土(铈族) 氧化物 占39%~74%,重稀土(钇族)氧化物占0~5%,供提取 ree 用。独居石的稀土元素及其合金和化合物在黑色和有色冶金、玻璃和陶瓷生产、电子、电气照明、电视和激光技术、化工工业、医疗和农业生产领域中得到广泛的应用。地质学家依据电子探针独居石Th-U-Pb 化学 法用于测定地质年龄。
天然宝石
世界上出产宝石级独居石的国家有美国、 玻利维亚 等。透明宝石个体不大,已知最大者约5克拉。不透明的大 晶体 用于琢磨弧面型宝石。独居石的英文名称Monazite来自希腊文monazem,意为无伴独居之意,寓意矿物产出稀少。
危害
独居石的生产呈下降趋势,主要原因是由于 矿石 中钍元素具有放射性,对环境有害,其中,巴西、 印度 等国已禁采。
质量标准
中华人民共和国稀土行业标准XB/T104—2000适用于 砂矿 经选矿富集获得的干品独居石精矿,供提取稀土金属及其化合物和提取铀、钍等用。