Monazite

Monazit
Chemische Formel	siehe Einzelminerale
Mineralklasse	Phosphate, Arsenate, Vanadate 8.AD.50 (8. Aufl.: VII/A.15 (Monazit-Gruppe)) (nach Strunz) 38.4.3 (Monazit-Gruppe) (nach Dana)
Kristallsystem	monoklin
Kristallklasse	monoklin-prismatisch, 2/m
Farbe	braun, gelb, rötlich, grünlich, farblos
Strichfarbe	grauweiß
Mohshärte	5 – 5,5
Dichte (g/cm³)	4,6 – 5,4
Glanz	Harzglanz
Transparenz	durchscheinend bis undurchsichtig
Bruch	uneben
Spaltbarkeit	{001} deutlich; {100} undeutlich
Habitus	feinkörnige prismatische Einkristalle
Häufige Kristallflächen
Zwillingsbildung	häufig
Kristalloptik
Brechzahl	nα = 1,785 – 1,800 nβ = 1,787 – 1,801 nγ = 1,837 – 1,849
Doppelbrechung (optische Orientierung)	Δn = 0,049 – 0,052 ; zweiachsig positiv
Winkel/Dispersion der optischen Achsen	2vz ~ 6-19°
Pleochroismus	farblos zu gelb
Weitere Eigenschaften
Chemisches Verhalten	Unlöslich in Wasser
Ähnliche Minerale	Xenotim, Brabantit, Gasparit
Radioaktivität	bei Vorhandensein von Th radioaktiv
Magnetismus	nicht magnetisch
Besondere Kennzeichen	manchmal fluoreszierend

Monazit ist ein Sammelbegriff für die von der IMA anerkannten Minerale und Endglieder einer lückenlosen Mischreihe, bestehend aus Monazit-(La), Monazit-(Ce), Monazit-(Nd) und Monazit-(Sm) sowie deren Mischkristalle. Diese eher selten vorkommenden Minerale gehören zur Mineralklasse der „Phosphate, Arsenate und Vanadate“ und kristallisieren im monoklinen Kristallsystem mit folgender chemischen Zusammensetzung ^{[1] [2]}:

• Monazit-(La) - (La,Ce,Nd)[PO₄] bzw. LaPO₄
• Monazit-(Ce) - (Ce,La,Nd,Th)[PO₄] bzw. CePO₄
• Monazit-(Nd) - (Nd,Ce,Sm)[PO₄] bzw. NdPO₄
• Monazit-(Sm) - (Sm,Gd,Ce,Th)[PO₄] bzw. SmPO₄

Die in der Formel auftretenden Metalle Lanthan (La), Cer (Ce), Neodym (Nd) und Samarium (Sm) werden auch als Metalle der Seltenen Erden (SEE) bezeichnet. Des Weiteren finden sich aufgrund ihrer vollständigen Löslichkeit ineinander aber immer auch Beimengungen der jeweils anderen Endglieder der Mischreihe sowie von Gadolinium (Gd), Praseodym (Pr), Yttrium (Y) und bis zu 20% Thorium (Th). Durch den bemerkenswert hohen Thoriumgehalt beträgt die Aktivität bis zu 250 kBq pro kg und ist damit etwa 100-fach stärker als bei anderen Mineralsanden^[3].

Monazit ist neben dem Bastnäsit das wichtigste Erz zur Gewinnung dieser Selten-Erd-Metalle.

Etymologie und Geschichte

Das Wort Monazit leitet sich aus dem Griechischen μονάζειν [monázein] „allein leben“ (zusammengesetzt aus μόνος [mónos] „allein“ und ζήω [zēō] „leben“, deren Etymologien unklar sind) ab, was sich auf die einzeln vorkommenden Kristalle bezieht.^[4]

Monazit wurde zunächst von Carl Auer von Welsbach in Ballastsand in Schiffen aus Brasilien beobachtet. Er suchte in den 1880er Jahren nach Thorium für die von ihm erfundenen Glühstrümpfe. Schon bald setzte sich Monazitsand als Thoriumquelle für die Glühstrumpfherstellung durch, was auch den Grundstein der Seltenerdindustrie darstellte. Für kurze Zeit wurde Monazit aus North Carolina importiert, aber bald entdeckte man reichhaltige Quellen in Indien und Brasilien. Bis zum Zweiten Weltkrieg war Monazit die Hauptquelle für Seltenerdmetalle, bis man ca. 1965 damit begann, Bastnäsit zu verarbeiten.

Klassifikation

In der alten (8. Auflage) und neuen Systematik der Minerale (9. Auflage) nach Strunz werden die Minerale der Monazitreihe der Abteilung der „wasserfreien Phosphate ohne fremde Anionen zugeordnet“. Diese Abteilung ist seit der neuen Systematik weiter untergliedert, sodass die Monazite jetzt in der Unterabteilung der Verbindungen mit ausschließlich großen Kationen zu finden sind und mit den weiteren Mineralen Cheralit, Gasparit-(Ce) und Rooseveltit eine System-Gruppe mit der Kurzbezeichnung 8.AD.50 bilden (8. Aufl.: Monazit-(La) - VII/A.15-10, Monazit-(Ce) - VII/A.15-20, Monazit-(Nd) - VII/A.15-30, Monazit-(Sm) - VII/A.15-35).

In der Systematik der Minerale nach Dana gehören die Minerale der Monazitreihe ebenfalls der Abteilung der wasserfreien Phosphate (Anhydrous Phosphates) zugeordnet und bilden entsprechend ihrer allgemeinen chemischen Zusammensetzung A⁺ XO₄ (A=Metall, X=Phosphor,Arsen,Vanadium) und der jeweils gleichen Kristallstruktur zusammen mit den weiteren Mineralen Cheralit, Brabantit und Gasparite-(Ce) die Monazit-Gruppe mit der Kurzbezeichnung 38.4.3.

Eigenschaften

Die Farbe variiert zwischen braunrot und gelb, es kristallisiert monoklin und hat eine Dichte von ca. 5 kg/dm³. Es besteht aus ca. 50 % Cer, ca. 20 % Lanthan und Neodym, ca. 5 % Praseodym und Spuren anderer Seltenerd-Verbindungen. Die Zusammensetzung von Cer-Mischmetall entspricht der von Monazit. Monazit kann bis zu 20 Gew.% radioaktives Thoriumdioxid (ThO₂) und bis zu 1 Gew.% Uranoxid (UO₂) enthalten, ebenso deren Zerfallsprodukte Blei (Pb) und in sehr geringen Mengen Helium (He). Daher ist Monazit ein wichtiges Mineral für die absolute Altersdatierung von Gesteinen (Geochronologie).

Bildung und Fundorte

Monazit findet sich in zahlreichen geologischen Umgebungen.^[5] Es kommt in saurem magmatischen Gestein sowie in metamorphischem Gestein vor. Dank seiner chemischen Beständigkeit ist es auch in Trümmergestein sowie in Seifen vorhanden. Als Monazitsand bildet es Lagerstätten in Fluss- und Küstensanden (Seifen-Lagerstätten). Sie entstanden durch Anreicherung der schweren Minerale nach Verwitterung des Muttergesteins.

Wichtige primäre Ablagerungen an Monazit gibt es in den Erzgruben von Bayan Obo in China sowie in Mountain Pass in Kalifornien, Van Rhynsdorp und Naboomspruit in Südafrika. Die Strände von Trivandrum und Travancore in Südindien bestehen aus großen Mengen Sand mit hohem Gehalt an Monazit.

Als weitere Fundorte für Monazite sind bisher unter anderem verschiedene Regionen in Australien; die Küstenstreifen vor Rio de Janeiro, Bahia, Espírito Santo und Paraíba (Parahyba) in Brasilien; Antsirabé in Madagaskar; Iveland und Narestö in Norwegen; Miask im Ural (Russland); Sri Lanka; ^[6]

Struktur

Mineral	Gitterparameter
Monazit-(La)	a = 6,8313 Å; b = 7,0705 Å; c = 6,5034 Å β = 103,27° [7]
Monazit-(Ce)	a = 6,7902 Å; b = 7,0203 Å; c = 6,4674 Å β = 103,38° [8]
Monazit-(Nd)	a = 6,7352 Å; b = 6,9500 Å; c = 6,4049 Å β = 103,68° [9]
Monazit-(Sm)	a = 6,6818 Å; b = 6,8877 Å; c = 6,3653 Å β = 103,86° [10]

Alle Monazite kristallisieren im monoklinen Kristallsystem in der Raumgruppe P2₁/n mit den nebenstehend angegebenen, sich nur geringfügig unterscheidenden Gitterparametern sowie jeweils vier Formeleinheiten pro Elementarzelle. Monazit ist eng verwandt mit dem tetragonal kristallisierenden Xenotim (Y,Yb)[PO₄]. Monazit enthält die leichteren aber größeren Seltenerdmetalle, die Koordinationszahl am Seltenerdmetall beträgt CN = 9. Die kleineren und schwereren Seltenerdmetalle im Xenotim weisen nur noch eine Koordinationszahl von CN = 8 auf, wodurch auch die höhere Symmetrie seiner Struktur ermöglicht wird.

Verwendung

Monazitsand

Monazite werden fast ausschließlich als Rohstoff zur Gewinnung der Selten-Erd-Metalle benötigt. Daneben wird auch das in den Verbindungen enthaltene Thorium gewonnen, das man bis in die 1970er Jahre zur Herstellung der für Gaslampen wichtigen Glühstrümpfe brauchte und aufgrund seiner Spaltbarkeit bis heute in Hochtemperaturreaktoren verwendet.

Die Metalle der seltenen Erden können entweder durch saure oder alkalische Behandlung aufgeschlossen werden.

Saurer Aufschluss

Im sauren Aufschluss wird ein Gemisch des Sandes mit 98%-iger Schwefelsäure in Behältern aus Gußstahl für mehrere Stunden auf 120 bis 150 °C erhitzt. Die Aufschlussreaktion ist stark exotherm. Wenn die Temperatur unterhalb 250 °C gehalten und ein Überschuss an Säure eingesetzt wird, wird das enthaltene Thorium wasserlöslich. Wenn gleiche Gewichtsmengen an Säure und Sand verwendet und eine höhere Temperatur eingestellt werden, wird das Thorium wasserunlöslich. Letzteres ist unüblich. Der entstehende Schlamm wird mit Wasser abgeschreckt, wobei die Sulfate in Lösung gehen. Das Thorium wird anschließend durch Fällung als Pyrophosphat oder durch Neutralisation als basisches Salz ausgefällt. Die in Lösung verbleibenden Lanthaniden werden dann entweder komplett mit Oxalsäure gefällt oder partiell durch Fällung der Cer-Gruppe als Natrium-Sulfat-Doppelsalz gewonnen. Die verbleibende Yttrium-Gruppe wird separat verarbeitet. Die Phosphate können durch Fällung der Hydroxide mit Natriumhydroxid getrennt werden. Wenn das wasserhaltige Präzipitat in Luft getrocknet wird, oxidiert das Cer(III)- zu Cer(IV)-oxid.^[5]

Basischer Aufschluss

Beim basischen Aufschluss wird der Monazit-Sand mit Natronlauge bei ca. 140 °C behandelt. Dabei entstehen unlösliche Oxide und Hydroxide sowie Natriumphosphat, welches nach Zugabe von Wasser in Lösung geht. Der unlösliche Schlamm wird mit verdünnter Salzsäure behandelt, wobei die Lanthanid-Oxide in Lösung gehen, während das Thoriumdioxid als Rückstand verbleibt, verunreinigt mit anderen säureunlöslichen Komponenten. Aus der Lösung kann Cer(IV)-oxid durch Oxidation mit Natriumhypochlorit bei gleichem pH fast vollständig gefällt werden.^[5]

Siehe auch

• Liste der Minerale

Einzelnachweise

1. ↑ Stefan Weiß: Das große Lapis Mineralienverzeichnis. 5. Auflage. Christian Weise Verlag, München 2008, ISBN ISBN 3-921656-17-6, S. 176. 
2. ↑ IMA/CNMNC List of Mineral Names (engl., PDF 1,79 MB)
3. ↑ Naturally-Occurring Radioactive Materials
4. ↑ http://www.8ung.at/geologie/eetymol.htm
5. ↑ ^{a b c} C.K. Gupta, N. Krishnamurthy, Extactive Metallurgy of Rare Earths, CRC Press, 2005, ISBN 0-415-33340-7
6. ↑ MinDat - Localities for Monazite (engl.)
7. ↑ American Mineralogist Crystal Structure Database - Monazite-(La) (engl., 1995)
8. ↑ American Mineralogist Crystal Structure Database - Monazite-(Ce) (engl., 1995)
9. ↑ American Mineralogist Crystal Structure Database - Monazite-(Nd) (engl., 1995)
10. ↑ American Mineralogist Crystal Structure Database - Monazite-(Sm) (engl., 1995)

Literatur

• Paul Ramdohr, Hugo Strunz: Klockmanns Lehrbuch der Mineralogie. 16. Auflage. Ferdinand Enke Verlag, 1978, ISBN 3-432-82986-8, S. 625 bis 626. 

Weblinks

• Mineralienatlas:Monazit (Wiki)