کانی هفته: Monazite

مونازیت یک کانی فسفات عناصر نادر خاکی است که معمولاً به صورت کریستال‌های کوچک، زرد کم‌رنگ یا بی‌رنگ، رزینی و سنگین ظاهر می‌شود. این کانی در سنگ‌های آذرین گرانیتی، دگرگونی گنیسی و رسوبات ناشی از هوازدگی آن‌ها (معروف به ماسه‌های مونازیتی) یافت می‌شود و منبع مهمی برای استخراج عناصر نادر خاکی مانند سریوم، لانتانیوم، نئودیمیوم و همچنین توریم است. این کانی اغلب به عنوان یک ماده معدنی جانبی در سنگ‌های گرانیت، پگماتیت گرانیتی، سینیت و کربناتیت‌ها ظاهر می‌شود و به دلیل پایداری در برابر هوازدگی، در رسوبات پلاسری نیز تجمع می‌یابد.

معرفی کلی و ساختار شیمیایی

مونازیت دارای فرمول شیمیایی ₄PO(Ce, La, Nd, Th) است، که در آن سریم (Ce) معمولاً عنصر غالب است و رایج‌ترین نوع آن مونازیت-سریم است، اما می‌تواند شامل لانتانیوم (La)، نئودیمیوم (Nd) و توریم (Th) نیز باشد. این کانی سختی ۵ تا ۵.۵ در مقیاس موس دارد و چگالی آن بین ۴.۶ تا ۵.۷ گرم بر سانتی‌متر مکعب است. رنگ آن معمولاً زرد تا قرمز یا قهوه‌ای است و به دلیل محتوای توریم، اغلب رادیواکتیو است. ساختار کریستالی آن مونوکلینیک است و کریستال‌ها اغلب به صورت منفرد و ایزوله تشکیل می‌شوند.

خاستگاه و نحوه تشکیل

مونازیت در محیط‌های ماگمایی، دگرگونی و تشکیل سنگ‌های معدنی رایج است. این کانی معمولاً از طریق تبلور در سنگ‌های آذرین گرانیتی و دگرگونی گنیسی تشکیل می‌شود و سپس از طریق هوازدگی، به رسوبات رودخانه‌ای، ساحلی و پلاسری منتقل می‌گردد. در برخی موارد، مانند در باتولیت آیداهو، از هوازدگی سنگ‌های مادر تشکیل می‌شود و در سواحل یا رودخانه‌ها تجمع می‌یابد. همچنین می‌تواند در سنگ‌های متامورفیک کم‌دما (کمتر از ۳۵۰ درجه سانتی‌گراد) و محیط‌های هیدروترمال ظاهر شود. منشأ آن اغلب به سنگ‌های آذرین و متامورفیک برمی‌گردد، اما در رسوبات ساحلی از طریق انتقال مواد بالادست نیز تشکیل می‌شود.

منشأ ماگمایی، پگماتیتی و آبرفتی دارد.

در سنگ‌های آذرین و دگرگونی یافت می‌شود.

در نهشته‌های پلاسر (ماسه‌های ساحلی و آبرفتی) تمرکز می‌یابد.

فرآیندهای هوازدگی و رسوب‌گذاری نقش مهمی در تشکیل آن دارند.

کانی‌های همراه

مونازیت اغلب با کانی‌های سنگین دیگر مانند ایلمنیت، لوکوکسن، روتیل، زیرکن و زنوتایم همراه است، زیرا همه آن‌ها در برابر هوازدگی مقاوم هستند. کانی‌های دیگر شامل آپاتیت، کلمبیت، فرگوسونیت، سامارسکیت، فلدسپارها، کوارتز، یوکسنیت، پولیکراز و بیوتیت می‌شود. در رسوبات پلاسری، معمولاً با زیرکن و ایلمنیت یافت می‌شود.

ریشه نام

نام مونازیت از واژه یونانی ""μονάζειν (monazein) به معنای "تنها بودن" گرفته شده است، که به کریستال‌های ایزوله و منفرد آن اشاره دارد. این نام از طریق آلمانی "Monazit"  وارد زبان علمی شده است.

کاربردهای صنعتی و تکنولوژیک

مونازیت منبع اصلی استخراج توریم، لانتانیوم و سریوم است که در صنایع مختلف استفاده می‌شود. در صنعت، برای تولید عناصر نادر خاکی مانند سریم و لانتانیوم استفاده می‌شود که در کاتالیزورها، شیشه‌های ویژه و آلیاژها کاربرد دارند. همچنین توریم آن برای سوخت رآکتورهای هسته‌ای استخراج می‌شود. در فرآوری صنعتی، از روش‌های شناورسازی با کلکتورهایی مانند اسید اولئیک برای جداسازی آن استفاده می‌شود.

منبع اصلی عناصر نادر خاکی مانند سریم، لانتانیم، نئودیمیوم

استفاده در تولید آلیاژهای خاص و مواد مغناطیسی پیشرفته

کاربرد در صنایع الکترونیک، اپتیک، و کاتالیست‌ها

به‌عنوان منبع توریم برای انرژی هسته‌ای

محل‌های رخداد جهانی

مونازیت در سراسر جهان پراکنده است و ذخایر اقتصادی آن در کشورهایی مانند هند، ماداگاسکار، آفریقای جنوبی، استرالیا، برزیل و مالزی یافت می‌شود. در ایالات متحده، در رسوبات ساحلی جنوب شرقی و باتولیت آیداهو رخ می‌دهد. ذخایر پلاسری در چین، بولیوی و لیبریا نیز گزارش شده است. معادن اصلی REE از مونازیت در چین و ایالات متحده هستند.

مونازیت در گرینلند: مونازیت در این پروژه‌ها به‌عنوان یکی از کانی‌های اصلی حاوی REE شناخته شده و به دلیل اندازه دانه‌های درشت و فرآیندپذیری ساده‌تر (مانند شناورسازی)، از نظر اقتصادی امیدوارکننده است.

گرینلند به‌دلیل ساختار زمین‌شناسی پرکامبرین و رخدادهای ماگمایی قدیمی، میزبان ذخایر بالقوه‌ای از مونازیت و سایر کانی‌های حاوی عناصر نادر خاکی است.

با گرم شدن زمین و عقب‌نشینی یخ‌ها، دسترسی به این ذخایر آسان‌تر شده و توجه جهانی به منابع معدنی گرینلند افزایش یافته است.

مونازیت در گرینلند می‌تواند حاوی توریم، نئودیمیوم، و سایر عناصر حیاتی برای فناوری‌های سبز و انرژی‌های نو باشد.

خاستگاه در ایران

در ایران، گره‌های مونازیتی میلی‌متری به شکل عدسی و کیک‌مانند در سنگ‌های رسوبی تریاس بالایی در منطقه مروست در جنوب یزد یافت شده است. همچنین، اینکلوزیون‌های متاسوماتیک مونازیت-زنوتایم در آپاتیت از کانسار آهن-آپاتیت اسفوردی در شمال شرق بافق گزارش شده است. مونازیت در دشت آبرفتی اردکان یزد نیز برای اکتشاف بررسی شده است. در کانسار شیتور در شرق مرکزی ایران، مونازیت به عنوان جمع‌کننده REE در کنار آپاتیت ظاهر می‌شود.

طبق گزارش رسمی وزارت صنعت، معدن و تجارت، نخستین کارخانه فرآوری مونازیت ایران در شهرک صنعتی عباس‌آباد (استان تهران) راه‌اندازی شده است.

این کارخانه توسط شرکت تجلی توسعه معادن و فلزات و با همکاری متخصصان داخلی ساخته شده و هدف آن استحصال عناصر نادر خاکی از مونازیت است.

اگرچه اطلاعات دقیق زمین‌شناسی درباره محل استخراج اولیه منتشر نشده، اما اشاره شده که ایران دارای منابع بالقوه مونازیت است، احتمالاً در ماسه‌های ساحلی جنوب، پگماتیت‌های خاص، یا ذخایر آبرفتی.

نکات زمین‌شناسی و اقتصادی

از نظر زمین‌شناسی، مونازیت در سنگ‌های کریستالی، رسوبی فشرده، پلاسرهای رودخانه‌ای و ساحلی رخ می‌دهد و به دلیل محتوای توریم، رادیواکتیو است. این کانی حامل اصلی عناصر نادر خاکی سبک است و در چرخه رسوبی پایدار می‌ماند. از نظر اقتصادی، ذخایر ساحلی مانند در لیبریا و ویرجینیا برای استخراج سنگین معدنی‌ها (از جمله مونازیت) مناسب هستند و منبع مهمی برای REE و توریم محسوب می‌شوند. تخریب مونازیت می‌تواند بر ایمنی محیطی تأثیر بگذارد، اما ارزش اقتصادی آن به دلیل تقاضای REE بالا است.

کاربردهای نوین مونازیت

در کاربردهای نوین، مونازیت منبع کلیدی عناصر نادر خاکی برای فناوری‌های پیشرفته مانند مغناطیس‌های قوی، کاتالیزورها، الکترونیک، باتری‌ها و نمایشگرها است. همچنین در تولید فسفرها برای روشنایی، کاتالیست‌های شیمیایی و سوخت هسته‌ای پیشرفته استفاده می‌شود. استخراج REE از آن برای الکترومغناطیس‌های خودروهای الکتریکی و انرژی‌های تجدیدپذیر حیاتی است.

استفاده در راکتورهای هسته‌ای نسل جدید به‌عنوان جایگزین اورانیوم

استخراج هلیم از واپاشی توریم و اورانیوم

توسعه فناوری‌های سبز با استفاده از عناصر نادر خاکی موجود در مونازیت

کاربرد در ساخت آهن‌رباهای نئودیمیومی برای موتورهای الکتریکی و توربین‌های بادی

توریم موجود در مونازیت می‌تواند به عنوان یک منبع سوخت هسته‌ای در راکتورهای نسل جدید (مانند نسلIV  یا راکتورهای پیشرفته مانند راکتورهای نمک مذاب یاMSR) به جای اورانیوم استفاده شود، زیرا توریم-۲۳۲ (که از مونازیت استخراج می‌شود) می‌تواند به اورانیوم-۲۳۳ تبدیل شود که قابلیت شکافت هسته‌ای دارد. این جایگزینی مزایایی مانند فراوانی بیشتر توریم نسبت به اورانیوم (حدود ۳ تا ۴ برابر)، تولید ضایعات هسته‌ای کمتر (تا دو مرتبه کمتر از اورانیوم)، ایمنی بالاتر به دلیل کاهش خطر اشاعه تسلیحات (به خاطر تولید اورانیوم-۲۳۲ که پرتوزایی شدیدی دارد)، و کارایی انرژی بالاتر دارد، برای مثال، یک تن توریم می‌تواند انرژی معادل ۲۰۰ تن اورانیوم تولید کند.

با این حال، این جایگزینی هنوز در مرحله تحقیقاتی و آزمایشی است و به طور گسترده تجاری نشده. توریم fertile است (نه fissile مستقیم مانند اورانیوم-۲۳۵)، بنابراین نیاز به یک ماده fissile اولیه مانند اورانیوم یا پلوتونیوم برای شروع واکنش دارد، و هزینه‌های استخراج، فرآوری و لایسنسینگ آن بالاست. پروژه‌های فعلی شامل راکتورهای آزمایشی در چین مانند TMSR-LF1 که در ۲۰۲۳-۲۰۲۴ به قدرت کامل رسید، در هند AHWR که ساخت آن برنامه‌ریزی شده اما هنوز عملیاتی نیست، و آزمایش‌های تاریخی در آمریکا و آلمان می‌شود. اما هیچ راکتور تجاری بزرگ‌مقیاسی بر پایه توریم وجود ندارد. مونازیت منبع اصلی توریم است (تا ۱۲ درصد توریم فسفات دارد) و ذخایر جهانی آن حدود ۱۶ میلیون تن تخمین زده می‌شود، عمدتاً در هند، برزیل، استرالیا و آمریکا، اما استخراج آن اغلب به عنوان محصول جانبی عناصر کمیاب زمین انجام می‌شود و بدون تقاضای تجاری برای توریم، اقتصادی نیست.

در کل، به ویژه برای کاهش وابستگی به اورانیوم و بهبود ایمنی، توریم پتانسیل بالایی برای جایگزینی اورانیوم در آینده دارد. اما تا سال ۲۰۲۵، هنوز به مرحله جایگزینی کامل نرسیده و نیاز به سرمایه‌گذاری بیشتر دارد.