بررسی كانیهای در بردارندة عناصر نادر خاكی شامل مونازیت ، باستنازیت و زینوتایم و كاربرد آن در ایران
مقدمه
عناصر
گروه خاك های نادر (Rear Earth) كه لاتین آن (Terra Rarae) است و به طور
اختصاری R.E یا Tr نامیده می شوند، به دلیل عنصر لانتانتیم
(La ) به
عنوان سر گروه به لانتانیدها ( Lanthanides) نیز معروفند و در ردیف ششم
جدول تناوبی عناصر واقع شده اند . اعداد اتمی 57 تا 71 دارند و عبارتند از:
كه در
آرایش الكترونی آن ها یك الكترون در اوربیتال 5d موجود است و اوربیتال 4f
از عنصر سریم (Ce) به بعد به ترتیب كامل و اشغال می شود.
عناصر این گروه ، با وجود اهمیت فراوان و استفاده بی شمار صنعتی ، به دلیل
گرانی در بازار و فراوانی ناچیز، كم تر مورد توجه قرار گرفته اند. از بین
این عناصر، تنها عناصر پرومیتم (Prometium pm) به صورت مصنوعی ساخته شده
است . عنصر ایتریوم Y ( Yttrium) با عدد اتمی 39 عنصر دیگری است كه معمولا
با عناصر خاك های نادر ذكر می شود ، هر چند كه در جدول تناوبی عناصر جای
مشخصی در بین این سری از عناصر ندارد، ولی به دلیل شباهت های زیادی در خواص
شیمیایی و ژنو شیمیایی، همواره همراه با این گروه نامبرده می شود.
گروه
خاك های نادر به دو گروه تقسیم می شوند: زیر گروه سریم ، شامل عناصر(sm،Eu
،Gd، La، Ce، Pr، Nd،) كه به صورت Trce نشان داده می شوند:و زیر گروه
ایتریوم ، كه شامل عناصر (Tu، Er، Ho، Dy، Tb، Lu، Yb و به TRy مشخص
می گردند ، با اینكه معمولا خود عنصر ایترتیوم Y شامل این زیر گروه نمی
شود. در تقسیمات ژئو شیمیایی این گروه را به سه زیر گروه تقسیم كرده اند(
1974،1969،D.Mineyer)
-زیر گروه لانتانیوم ، شامل عناصر La، Ce، Nd كه اختصار آن ( La، Nd) 4 است.
- زیر گروه ایتریوم شامل عناصر Ho، Dy، Tb، Gd، Eu، Sm كه اختصاری آن ( sm- Ho) 4 است.
- زیر گروه اسكاندیوم شامل عناصر Er، Tm، Yb، La كه اختصاری آن ( Er-Lu) 4 است.
یكی دیگر
از عناصری كه به عنوان كانی همراه در اكثر كانی های این گروه موجود است و
به عنوان محصول فرعی از تصفیه سنگ معدن كمپلكس خاك های نادر به دست می آید،
عنصر توریم Th( Thorium) با عدد اتمی 90 است. این عنصر جزو عناصر آكتنید
است ، و از این نظر اهمیت دارد. همراهیش با این گروه از عناصر درانی های
مختلف از جمله مونازیت بفرمول كلی 4o( p، Si) (ce، La، Th) كه در صورت
همراه داشتن اورانیوم
(u) برای
تعیین سن مطلق سنگ ها از طریق تجزیه ایزوتوپی نیز به كار می رود موجب شده
كه همراه با این گروه از عناصر و با یك متد آنالیزه اندازه گیری شود. به
طور كلی ، معروف ترین نهشته های این گروه از عناصر تا كنون بدین صورت بدست
آمده اند:
1- magmatic
2- Feldspathic Metasomatites
3- Skarn
4- Carbonatites
5- Hydrothermal Plutonogenic
6- Placers
7- Sedimentary deposits
در ایران
گروه ، عناصر خاكی نادر برای نخستین بار با روش ( سپكتروگرافی مورد بررسی
قرار گرفت و اكثر عناصر گروه نیز در این بررسی اندازه گیری گزارش آن نیز
تهیه شد( صالح آبادی – آذریان ، 1361) ولی به دلیل فراوانی بسیار كم این سه
عنصر اخیر، خطوط طیفی آن ها غیر قابل بررسی و بود. البته تداخل و مزاحمت
های خطوط منتشره از دیگر عناصر این گروه نیز مانع از مطالعه بررسی خطوط
طیفی عناصر مورد بحث كنونی ما می شد. از طرف دیگر تركیب اصلی ( Matrix یا
Base) قبلی نیز، كه سیلیكات بود، زمینه خوبی در مرحله تحریك در منبع اصلی
انرژی جهت دست یابی به خطوط این عناصر نداشت، و این مسئله اخیر باعث شد تا
برسی و مطالعه كنونی با تغییر تركیب اصلی از سیلیكات به فسفات و كربنات ، و
تغییرات كلی دیگری در شرایط كار در مراحل مختلف انجام گیرد و با مطالعات
زیاد و مقایسه حالات و خطوط مختلف طبیعی به نتایج خوبی برسیم و سرانجام
منحنی استاندارد این عناصر بسیار خوب و قابل قبولی رسم شود و مورد استفاده
قرار گیرد. در ضمن عناصر نادر خاكی را با علامت اختصاری ( REE) نشان می
دهند .
تاثیر عناصر كمیاب خاكی
تاثیر بر بدن انسان:
عناصر
كمیاب خاكی در وسایل خانه مانند تلویزیون رنگی ، لامپهای رنگی ، لامپهای
فلورسنت ، لامپهای ذخیره انرژی و شیشه به كار می رود و كاربرد این عناصر در
حال افزایش است.
وجود این
عناصر در محیط كار خطرناك است زیرا گاز آن با مواد استنشاق می شود و باعث
انسداد ریه می شود به ویژه اگر برای مدت طولانی مورد استنشاق قرار گیرد و
همچنین اكثر آن ها باعث ایجاد سرطان در انسان میشود و استنشاق آن احتمال
بروز سرطان را افزایش می دهد در نهایت وقتی در بدن انسان تجمع یابد برای
كبد خطرناك است از طرفی اكثر این فلزات سمی می باشند كه از طریق پوست بدن
جذب می گردد كه باعث مسمویت و در نتیجه باعث مرگ می شود.
تاثیر در محیط زیست:
فلزات
كمیاب خاكی به طریق مختلف و عمدتا در اثر صنایع تولید كننده نفت در محیط
پراكنده می شوند به علاوه وقتی لوازم منزل دور ریخته می شوند این عناصر
وارد محیط زیست می شوند به تدریج در خاك تجمع می یابند و در نهایت غلظت آن
دربدن انسان و جانوران و ذرات خاك افزایش می یابد.
در جانوران آبزی عناصر نادر خاكی باعث آسیب غشای سلولی می شود كه روی تولید مثل و عملكرد سیستم عصبی اثر منفی دارد.
رفتار
زمین شیمیایی عناصر خاكی كمیاب موضوع مطالعات وسیعی در دهه های گذشته بوده
است . علت این امر بر جالب بودن این عناصر سودمندی آن ها در پاسخگویی به
مسایل گوناگون سنگ شناختی و كانی شناختی است . توزیع این عنصرها در
سیستمهای آذرین ، به ویژه در مطالعات سنگ زادی مناسب است .
كمپلكس
سازی این عنصرها در محیطهای مایع می تواند برای درك بهتر نسبت اجزای آنیونی
سازنده به كار رفته رفتار اكسایش – كاهش آنها می تواند در تشخیص حدود
فعالیت اكسیژن در یك سیستم كمك كند. نا متحرك بودن نسبی این عنصرها در طول
انواع خاصی از دگرگونیهای سنگ ها ، وسیله مناسبی برای تعیین طبیعت یا ماهیت
سنگ اولیه است . افزون بر این به دلیل خصوصیات فیزیكی و شیمیایی ویژه برخی
از تركیبهای عناصر خاكی كمیاب ، بسیاری از آنها از اهمیت اقتصادی قابل
توجهی برخوردارند.
1-2 رفتار زمین شناسی عناصر خاكی كمیاب
عناصر
خاكی كمیاب(REE) ، گروه پیوسته ای از عناصر مختلف ، با رفتارهای شیمیایی
بسیار مشابه است. تفاوت این عنصرها در بسیاری موارد، برای ایجاد علاقه كافی
بوده و به ویژه به صورتی یكنواخت و سیستماتیك تابعی از عدد اتمی آنهاست.
عناصر
خاكی كمیاب بسیار الكتروپوزیتیو بوده و تركیبهای ؟آنها، معمولا به صورت
یونی است. این تركیبها از نظر كانی شناسی شامل اكسیدها، هالیدها، كربنات ها
، فسفات ها و سیلیكاتها همراه با شماری از تركیبها مانند بوراتها
،آرسناتهاو غیره بوده اما به صورت سولفید وجود ندارند. شعاع یونی این عناصر
نسبتا بزرگ است لذا واكنشهای جانشینی این عناصر با كاتیونهای بزرگی مانند
كلسیم و استرونسیم ، حتی اگر موازنه بار الكتریكی اضافی مورد لزوم باشد
انجام می گیرد . رایجترین حالت اكسایش این عنصرها حالت سه ظرفیتی است اما
عنصر اروپیم با ظرفیت +2 و سریم با ظرفیت +4 نیز در این گروه قرار دارند.
نسبت حالتهای مختلف اكسایشی اروپیم و سریم در هر سیستم تابع دما، فشار ،
تركیب و شرایط اكسایش – كاهش است . اثر این عوامل هنوز به خوبی شناخته نشده
و از این نظر با توجه به كاربرد بالقوه آن در مطالعات مربوط به زایش كانی و
سنگ ، برای كانی شناسان متاثر كننده است .
آرایش الكترونی اطراف هسته REE مختلف، عامل تعیین كننده خواص این عنصرهاست .
پیكربندی الكترونی ( جدول صفحة بعد ) عنصرهای خاكی كمیاب La تا Lu ، شامل
پر شدن منظم لایه الكترونی 4f ( در حالی كه لایه خارجی 5d خالی می ماند)