Коффинит

Коффинит
коффинит и урановая смолка в образце из шахты Чешской Республики
коффинит и урановая смолка в образце из шахты Чешской Республики
Формула U(SiO4)1−x(OH)4x
Статус IMA унаследованный минерал[1]
Физические свойства
Цвет Черный (из-за органических включений); от бледного до тёмно-коричневого в тонком шлифе
Твёрдость 5-6
Плотность 5.1 г/см³
Кристаллографические свойства
Сингония тетрагональная сингония[2]
Оптические свойства
Дисперсия оптических осей nα = 1.730–1.750 nβ = 1.730–1.750
Плеохроизм умеренный; бледно-желто-коричневый параллельно и средне-коричневый перпендикулярно длинной оси
Оптическая анизотропия δ = 1.730
Логотип Викисклада Медиафайлы на Викискладе

Коффинит — урансодержащий силикатный минерал с химической и структурной формулами: U(SiO4)1-x(OH)4x[3] и U4+[(SiO4), (OH)4]4- соответственно.

Встречается в виде чёрных налётов, от тёмных до бледно-коричневых на тонких шлифах. У него серовато-чёрная полосчатая структура и хрупкий раковистый (конхоидальный) излом. Твердость коффинита по шкале Мооса составляет от 5 до 6.

Впервые описан в 1954 году после обнаружения на шахте La Sal № 2, Бивер-Меса, округ Меса, штат Колорадо, США[4], и назван в честь американского геолога Рувима Клэра Коффина[5] (1886—1972). Широко распространён во всем мире в ураново-рудных месторождениях урана и ванадия типа плато Колорадо. Замещает органическое вещество в песчаниках и в отложениях гидротермального типа[5]. Сопутствует ураниниту, ториту, пириту, марказиту, роскоэлиту, глинистым минералам и аморфным органическим веществам[5].

Состав

Химическая формула коффинита U(SiO4)1-x(OH)4x[6]. Рентгенограммы порошков из образцов коффинита позволили геологам классифицировать его как новый минерал в 1955 году[6]. Сравнение с порошковой рентгенограммой циркона (ZrSiO4) и торита (ThSiO4) стало основой для этой классификации[7]. Предварительный химический анализ показал, что урановый силикат имеет гидроксильное замещение[7]. Результаты предварительного химического анализа Шервуда основаны на образцах из трёх мест. Гидроксильные связи и связи кремний-кислород также обнаружились при проведении спектрального анализа инфракрасного поглощения[8]. Гидроксильное замещение (ОН)44- происходит для (SiO4)4-[8]. Гидроксильная составляющая в коффините оказалась несущественной в образовании стабильного синтетического минерала[9]. Микрозондовый анализ субмикроскопических кристаллов выявил присутствие замещения кальцием, иттрием, фосфором и минимальным количеством свинца наряду со следами других редкоземельных элементов[9].

Кристаллическая структура

Коффинит изоструктурен с ортосиликатами цирконом (ZrSiO4) и торитом (ThSiO4)[10]. Стифф и др. проанализировали коффинит с использованием метода порошковой дифракции рентгеновских лучей и определили, что он имеет тетрагональную структуру[8]. Встречающиеся в природе с катионами U4+, треугольные додекаэдры UO8 координируются по совместным ребрам, чередуясь с тетраэдрами SiO4 в цепочках вдоль оси c[11]. Центральный атом урана коффинита окружён восемью тетраэдрами SiO4. Размеры решёток встречающегося в природе и синтетического коффинита схожи, причём встречающийся в природе образец из шахты Арроухед, округ Меса, штат Колорадо, имеет a = 6.93 Å, c= 6.30 Å, и образец, синтезированный Гекстрой и Фучем, имел a = 6.977 Å и c = 6.307 Å[12].

Физические свойства

Стифф и др. впервые описали коффинит как минерал чёрного цвета с адамантиновым блеском, неотличимый от уранинита (UO2)[8]. Кроме того, исследователи сообщили, что, хотя в коффините не наблюдается спайности, он имеет субконхоидальный излом и очень мелкозернист. Первоначальные образцы показали хрупкую текстуру, твёрдость по Моосу от 5 до 6 и удельный вес 5.1[8]. Более поздние образцы из шахты Вудроу в Нью-Мексико, собранные Мунчем, показали волокнистую внутреннюю структуру и необычную кристаллизацию[13]. Полированный тонкий срез коффинита имеет коричневый цвет и показывает анизотропную передачу света. Оптический анализ дал показатель преломления около 1.74[13].

Известные месторождения

Коффинит впервые обнаружен в осадочных урановых месторождениях в районе плато Колорадо[14], но он также был обнаружен в осадочных урановых месторождениях и гидротермальных жилах во многих других местах[9]. Образцы коффинита с плато Колорадо обнаружены с черными мелкозернистыми низковалентными ванадиевыми минералами, уранинитом и мелкодисперсным чёрным органическим материалом[8]. Другими материалами, связанными с более поздними находками из того же региона, были глина и кварц[14]. В месторождениях жилы на руднике Коппер Кинг в Колорадо также обнаружен коффинит с уранинитом и урановой смолкой[8]. Коффинит является метастабильным[15] по сравнению с уранинитом и кварцем, поэтому для его образования требуется источник урана и восстановительные условия, о чём свидетельствует ассоциированное присутствие низковалентных ванадиевых минералов[8]. Раствор, обогащённый кремнеземом, обеспечивает восстановительные условия в случаях, когда коффинит является продуктом изменения уранинита[11]. Хэнсли и Фитцпатрик также отметили, что коричневатый цвет их образцов коффинита вызван органическим материалом, что привело их к заключению, что коффинит может также образовываться в условиях низких температур в присутствии органического углерода[9]. Этот вывод согласуется с образцами коффинита на плато Колорадо, которые содержали и каменный уголь[14]. В Китае коффинит обнаружен в песчанике и граните[14]. Хэнсли и Фитцпатрик пришли к выводу, что крупнозернистый коффинит наиболее вероятно образуется в условиях высокой температуры[9]. Коффинит и уранинит выпадают в осадок внутри брекчированных и трещиноватых областей изменённого гранита при давлениях от 500 до 800 бар и температуре от 126 до 178 °С[14].

Особые характеристики

Большой процент урана Земли содержится в месторождениях коффинита[16],что является важным фактом из-за использования урана в ядерной энергетике. Осадочные отложения содержат наиболее радиоактивные образцы[8], о чём свидетельствует сильно радиоактивный коффинит, обнаруженный на плато Колорадо[6]. Исследователи из Гарвардского университета, Геологической службы США (USGS) и ряда других учреждений безуспешно пытались синтезировать коффинит в середине 1950-х годов после его первоначального открытия[6]. В 1956 году Гекстре и Фучу удалось синтезировать стабильные образцы коффинита. Все эти исследования проведены при поддержке Комиссии США по атомной энергии[12].

Примечания

  1. ↑ Nickel E. H., Nichols M. C. IMA/CNMNC List of Mineral Names (March 2007) — 2007.
  2. ↑ mineralienatlas.de (англ.)
  3. ↑ Webmineral data. Дата обращения: 20 июня 2020. Архивировано 7 февраля 2010 года.
  4. ↑ Mindat. Дата обращения: 20 июня 2020. Архивировано 29 июня 2011 года.
  5. ↑ 1 2 3 Mineral Handbook. Дата обращения: 20 июня 2020. Архивировано 2 июля 2010 года.
  6. ↑ 1 2 3 4 Stieff L.R., Stern T.W., Sherwood A.M. Preliminary Description of Coffinite - A New Uranium Mineral // Science. — 1955. — Т. 121. — doi:10.1126/science.121.3147.608-a.
  7. ↑ 1 2 Fuchs L.H., Gebert E. X-Ray Studies of Synthetic Coffinite, Thorite and Uranothorites // American Mineralogist. — 1958. — Т. 43. — С. 243–248.
  8. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Stieff L.R., Stern T.W., Sherwood A.M. Coffinite, a Uranous Silicate with Hydroxyl Substitution - A New Mineral // American Mineralogist. — 1956. — Т. 41. — С. 675–688.
  9. ↑ 1 2 3 4 5 Hansley P.L., Fitzpatrick J.J. Compositional and Crystallographic Data on REE-Bearing Coffinite from the Grants Uranium Region, Northwestern New-Mexico // American Mineralogist. — 1989. — Т. 74. — С. 263–270.
  10. ↑ Pointeau V. Synthesis and Characterization of Coffinite // Journal of Nuclear Materials. — 2009. — Т. 393. — С. 449–458. — doi:10.1016/j.jnucmat.2009.06.030.
  11. ↑ 1 2 Zhang F. X., Pointeau V., Shuller L. C. Response of Synthetic Coffinite to Energetic Ion Beam Irradiation // American Mineralogist. — 2009. — Т. 94. — С. 916–920.
  12. ↑ 1 2 Hoekstra H.R., Fuchs L.H. Synthesis of Coffinite-USiO4 // Science. — 1956. — Т. 123. — С. 105–105. — doi:10.1126/science.123.3186.105.
  13. ↑ 1 2 Moench R.H. Properties and Paragenesis af Coffinite from Woodrow Mine, New Mexico // American Mineralogist. — 1962. — Т. 47. — С. 26–33.
  14. ↑ 1 2 3 4 5 Min M.Z., Fang C.Q., Fayek M. Petrography and Genetic History of Coffinite and Uraninite from the Liueryiqi Granite-Hosted Uranium Deposit, SE China // Ore Geology Reviews. — 2005. — Т. 26. — С. 187–197. — doi:10.1016/j.oregeorev.2004.10.006.
  15. ↑ Guo X., Szenknect S., Mesbah A., Labs S., Clavier N., Poinssot C., Ushakov S.V., Curtius H., Bosbach D., Rodney R.C., Burns P., Navrotsky A. Thermodynamics of Formation of Coffinite, USiO4 // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. — 2015. — Т. 112, № 21. — С. 6551–6555. — doi:10.1073/pnas.1507441112. — PMID 25964321. — PMC 4450415.
  16. ↑ Deditius, Arthur P., Utsunomiya, Satoshi, Ewing, Rodney C. The Chemical Stability of Coffinite, USiO4 Center Dot NH(2)O; 0 < N < 2, Associated With Organic Matter: A Case Study from Grants Uranium Region, New Mexico, USA. // Chemical Geology. — 2008. — Т. 251. — С. 33—49.