모나자이트

3. 채굴 역사

1880년대 칼 아우어 폰 벨스바흐는 배의 바닥재로 사용된 모래에서 브라질산 모나자이트 모래를 처음 발견했다. 폰 벨스바흐는 자신이 새로 발명한 백열등 맨틀에 사용할 토륨을 찾고 있었으며, 모나자이트 모래는 토륨의 원천으로 곧 채택되어 희토류 산업의 기반이 되었다.

모나자이트 모래는 노스캐롤라이나주에서도 잠시 채굴되었지만, 그 직후 인도 남부에서 대규모 매장량이 발견되었다. 제2차 세계 대전 이전에는 브라질과 인도산 모나자이트가 산업을 지배했지만, 그 이후 주요 채굴 활동은 남아프리카 공화국으로 옮겨졌다. 오스트레일리아에도 대규모 모나자이트 매장량이 있다.

모나자이트는 상업용 란타넘족 원소의 유일한 중요한 원천이었지만, 토륨의 방사성 붕괴 생성물 처리에 대한 우려 때문에, 토륨 함량이 훨씬 낮은 바스트네사이트가 1960년대에 란타넘족 원소 생산에서 모나자이트를 대체하게 되었다. 원자력용 토륨에 대한 관심이 증가하면서 모나자이트가 상업적으로 다시 사용될 수도 있다.

4. 광물 생성 및 추출

모나자이트 광물은 높은 밀도 때문에 페그마타이트의 풍화 작용으로 방출될 때 사광상에 집중된다. 이러한 사광상은 종종 해변이나 화석 해변 모래이며 지르콘과 일메나이트와 같은 상업적으로 중요한 다른 중광물을 포함한다. 모나자이트는 중력, 자력 및 정전 분리 방법을 사용하여 거의 순수한 농축물로 분리할 수 있다.

4. 1. 산 분해

4. 2. 알칼리 분해

5. 희토류 금속 추출

6. 핵폐기물 처리

두 가지 연구에서 모나자이트의 핵폐기물 저장 능력을 조사했다. 테네시주 오크리지 국립 연구소의 연구^[16]에서는 합성 모나자이트와 붕규산 유리를 오염된 사바나 강 방위 폐기물 시뮬레이션 용액에 28일 동안 담가 용출률을 측정했다. 그 결과, 합성 모나자이트가 낮은 용출률과 느린 부식 속도로 인해 방사성 폐기물 포함에 더 효과적임을 확인했다. 다른 연구^[17]에서는 천연 모나자이트가 알파 붕괴 방사선에 노출되어도 결정질 상태를 유지하는 방사선 저항성 덕분에 방사성 부산물 처리에 더 뛰어난 능력을 가짐을 발견했다. 이러한 내구성으로 인해 방사성 스트론튬 등을 수용하는 데 다른 광물보다 더 나은 대안으로 여겨진다. 합성 모나자이트 또한 비정질화 후에도 천연 결정질 샘플과 유사한 내구성을 보였다.

7. 모나자이트 슈퍼그룹 및 그룹

케랄라이트(Cheralite, 구칭: 브란타이트)는 2007년 재정의 및 개칭된 광물로, 화학식은 CaTh(PO₄)₂이다. 세륨 케랄라이트(Cheralite-(Ce))는 (Ce,Ca,Th)(P,Si)O₄의 화학식을 가지며, 현재는 칼슘이 풍부한 세륨 모나자이트로 여겨진다. 휴토나이트(Huttonite)는 ThSiO₄의 화학식을 갖는다. 루스벨타이트(Rooseveltite)는 BiAsO₄의 화학식을 갖는 광물이다. 세륨 가스파라이트(Gasparite-(Ce))는 (Ce,La,Nd)AsO₄, 란탄 가스파라이트(Gasparite-(La))는 LaAsO₄의 화학식을 갖는다.

모나자이트 그룹은 인산염 광물의 일종으로, 희토류 원소를 포함하는 것이 특징이다. 다음은 모나자이트 그룹에 속하는 광물들이다.

• 모나자이트(-(Ce)) (CePO₄): 세륨을 주성분으로 하는 모나자이트이다.
• 모나자이트(-(Gd)) (GdPO₄): 가돌리늄을 주성분으로 하는 모나자이트이다.
• 모나자이트(-(Nd)) (Nd,La,Ce)PO₄): 네오디뮴, 란타넘, 세륨을 포함하는 모나자이트이다.
• 모나자이트(-(La)) (La,Ce,NdPO₄): 란타넘, 세륨, 네오디뮴을 포함하는 모나자이트이다.
• 모나자이트(-(Sm)) (SmPO₄): 사마륨을 주성분으로 하는 모나자이트이다.

7. 1. 모나자이트 슈퍼그룹

7. 2. 모나자이트 그룹

• 모나자이트-(Ce) (CePO₄): 세륨을 주성분으로 하는 모나자이트이다.
• 가돌리늄 모나자이트 (GdPO₄): 가돌리늄을 주성분으로 하는 모나자이트이다.
• 네오디뮴 모나자이트 (Nd,La,Ce)PO₄): 네오디뮴, 란타넘, 세륨을 포함하는 모나자이트이다.
• 란탄 모나자이트 (La,Ce,NdPO₄): 란타넘, 세륨, 네오디뮴을 포함하는 모나자이트이다.
• 사마륨 모나자이트 (SmPO₄): 사마륨을 주성분으로 하는 모나자이트이다.

참조

_[1] 웹사이트 Mineralienatlas https://www.minerali[...]
_[2] 웹사이트 Monazite http://www.handbooko[...] Mineral Data Publishing 2005
_[3] 웹사이트 Monazite group on Mindat.org http://www.mindat.or[...]
_[4] 웹사이트 Monazite-(Ce) on Mindat.org https://www.mindat.o[...]
_[5] 웹사이트 Monazite group on Mindat.org http://www.mindat.or[...]
_[6] 잡지 Helium From Sand https://books.google[...] 1931-03-01
_[7] 백과사전 Monazite
_[8] 서적 Thorium and Thorium Compounds Wiley-VCH 2012
_[9] 서적 Rare Earth Elements Wiley-VCH 2005
_[10] 논문 Microprobe Monazite Geochronology: Understanding Geologic Processes by Integrating Composition and Chronology
_[11] 사전 Oxford English Dictionary 2002
_[12] 논문 A three-dimensional refinement of the structure of crocoite, PbCrO_4
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_[14] 서적 Hydrometallurgy in Extraction Processes CRC 1990
_[15] 서적 Extraction Metallurgy of Rare Earths CRC 2005
_[16] 논문 A comparison of the corrosion characteristics of synthetic monazite and borosilicate glass containing simulated nuclear defense waste 1983-01-01
_[17] 논문 Ceramic Waste Forms for Actinides 2006-12-01
_[18] 웹사이트 Monazite-(Gd) https://www.mindat.o[...]
_[19] 웹사이트 Monazite-(Sm) https://www.mindat.o[...]
_[20] 웹사이트 Monazite Supergroup https://www.mindat.o[...]