Bastnäsit

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Bastnäsit
Bastnasite-155010.jpg
Bastnäsitkristall aus dem Manitou District, El Paso County (Colorado), USA (Größe: 4,3 x 3,8 x 3,3 cm)
Andere Namen
  • Lanthanoid-Fluorcarbonate
Chemische Formel (Ce,La,Nd,Y)[(F,OH)|CO3]
Mineralklasse Carbonate und Nitrate
5.BD.20a (8. Auflage: V/C.07) nach Strunz
16a.01.01 bis 16a.01.02 nach Dana
Kristallsystem hexagonal
Kristallklasse; Symbol nach Hermann-Mauguin ditrigonal-dipyramidal; 6m2
Raumgruppe (Raumgruppen-Nr.) P62c (Raumgruppen-Nr. 190)
Farbe Wachs- bis Honiggelb, Ziegelrot bis Karminrot, Rötlichbraun bis Dunkelbraun
Strichfarbe Weiß
Mohshärte 4 bis 4,5
Dichte (g/cm3) 4,9 bis 5,2
Glanz Glasglanz bis Fettglanz
Transparenz durchsichtig bis durchscheinend
Bruch uneben; spröde
Spaltbarkeit undeutlich nach (1010), teilbar nach (0001)[1]
Habitus körnige bis massige Aggregate, tafelige bis prismatische Kristalle
Häufige Kristallflächen {0001}, {1010}[1]

Bastnäsit (englisch auch Bastnaesite) ist die Bezeichnung für eine Gruppe von Mineralen aus der Mineralklasse der „Carbonate und Nitrate“ (ehemals Carbonate, Nitrate und Borate). Alle Bastnäsite kristallisieren im hexagonalen Kristallsystem mit der allgemeinen Zusammensetzung (Ce,La,Nd,Y)[(F,OH)|CO3], enthalten also neben dem Carbonat-Komplex die als Seltene Erden bezeichneten Metalle Cer, Lanthan, Neodym und Yttrium aus der Gruppe der Lanthanoide sowie als zusätzliche Anionen Fluor bzw. Hydroxidionen. Die Bastnäsite werden daher auch als Lanthanoid-Fluorcarbonate bezeichnet.

In der Natur finden sich aufgrund der Mischkristallbildung immer Bastnäsite mit zwei oder mehr der seltenen Erden in der Verbindung. Von der International Mineralogical Association (IMA) zur Zeit anerkannt sind allerdings nur die Endglieder der Mischreihen mit folgender idealisierter Zusammensetzung, die als Bastnäsitgruppe zusammengefasst sind:

  • Bastnäsit-(Ce) – Ce[F|CO3][2]
  • Bastnäsit-(La) – La[F|CO3][2]
  • Bastnäsit-(Nd) – Nd[F|CO3][2]
  • Bastnäsit-(Y) – Y[F|CO3][2]
  • Hydroxylbastnäsit-(Ce) – Ce[(OH)|CO3][2]
  • Hydroxylbastnäsit-(La) – La[(OH)|CO3][2]
  • Hydroxylbastnäsit-(Nd) – Nd[(OH)|CO3][2]

Ebenfalls zur Bastnäsitgruppe gezählt wird Thorbastnäsit (ThCa[F|CO3]2·3H2O[2]).

Bastnäsite finden sich meist in Form körniger bis massiger Mineral-Aggregate, entwickeln aber auch sechseckige Kristalle mit tafeligem bis prismatischem Habitus und glas- bis fettähnlichem Glanz. Je nach Zusammensetzung der Mischkristalle variiert die Farbe der durchsichtigen bis durchscheinenden Kristalle von Wachs- bis Honiggelb, Ziegelrot bis Karminrot oder Rötlichbraun bis Dunkelbraun. Mit einer Mohshärte von 4 bis 4,5 gehört Bastnäsit zu den mittelharten Mineralen, die sich ähnlich wie die Referenzminerale Fluorit (4) und Apatit (5) mit einem Taschenmesser ritzen lassen.

Bastnäsit gehört neben Monazit und Xenotim zu den wichtigsten Erzen zur Gewinnung der Metalle der Seltenen Erden.

Etymologie und Geschichte[Bearbeiten]

Bastnäsit wurde erstmals 1838 in einer Erzgrube bei Bastnäs nahe der Gemeinde Skinnskatteberg in der schwedischen Provinz Västmanland entdeckt und beschrieben 1841 durch den französischen Mineralogen Jean Jacques Nicolas Huot[3], der das Mineral nach seiner Typlokalität benannte.

Bereits Huot ermittelte bei der Analyse des Minerals, dass ein großer Teil Cer-Gehaltes durch Lanthan ersetzt ist (Cer : Lanthan = 36 % : 24 %).[4] Zudem entdeckten 1961 E. E. Vainshtein, L. K. Pozharitskaya und N.V. Turanskaya in der Seltenerd-Lagerstätte „Belaya Zima“ im sibirischen Sajangebirge einen weiteren Bastnäsit-Vertreter mit dominierendem Lanthan-Gehalt in der Formel, der entsprechend als Bastnäsit-(La) bezeichnet wurde.[5] Aufgrund der bereits erkannten Mischkristallbildung ist die chemische Formel beider Minerale in vielen Nachschlagewerken auch mit (Ce,La)[F|CO3] bzw. (La,Ce)[F|CO3] angegeben.[6]

Hydroxylbastnäsit-(Ce) wurde erstmals 1962 im Vuorijärvi-Massiv (Vuoriyarvi) in der russisch-finnischen Region Karelien bzw. im sogenannten „Mochalin Log“ bei Kyschtym im Ural entdeckt und 1964 von A. S. Kirillov beschrieben.[7]

Die Entdeckung und Erstbeschreibung von Hydroxylbastnäsit-(La) und Hydroxylbastnäsit-(Nd) folgte 1983 bzw. 1985 durch Z. Maksimović und G. Pantó, wobei allerdings die Anerkennung von Hydroxylbastnäsit-(La) durch die IMA/CNMNC noch nicht bestätigt wurde, da die Veröffentlichung der Beschreibung ohne Prüfung durch die CNMNC erfolgte[8]. Als Typlokalität gelten hier die Bauxit-Lagerstätte „Nissi“ in der griechischen Region Fthiotida ( Fthiótis) und Nikšić in Montenegro.[9]

Größere Bedeutung erlangte Bastnäsit, nachdem eine beachtliche Lagerstätte in einer alten Goldmine in Mountain Pass in Kalifornien entdeckt wurde.[10]

Klassifikation[Bearbeiten]

In der mittlerweile veralteten, aber noch gebräuchlichen 8. Auflage der Mineralsystematik nach Strunz gehörte die Bastnäsit-Gruppe mit der System-Nr. V/C.07 zur gemeinsamen Mineralklasse der „Carbonate, Nitrate und Borate“ und dort zur Abteilung der „Wasserfreien Carbonate mit fremden Anionen“. Neben den Bastnäsiten und Hydroxylbastnäsiten gehören allerdings noch die weiteren Mitglieder Cebait-(Ce), Cordylit-(Ce), Horváthit-(Y), Huanghoit-(Ce), Kozoit-(La), Kozoit-(Nd), Kukharenkoit-(Ce), Kukharenkoit-(La), Lukechangit-(Ce), Micheelsenit, Mineevit-(Y), Parisit-(Ce), Parisit-(Nd), Qaqarssukit-(Ce), Reederit-(Y), Röntgenit-(Ce), Synchisit-(Ce), Synchisit-(Nd), Synchisit-(Y) und Zhonghuacerit-(Ce) zu dieser Gruppe.

Die seit 2001 gültige und von der International Mineralogical Association (IMA) verwendete 9. Auflage der Strunz’schen Mineralsystematik ordnet die Bastnäsit-Gruppe in die neu definierte Klasse der „Carbonate und Nitrate“ (die Borate bilden nun eine eigene Klasse), dort allerdings ebenfalls in die Abteilung der „Carbonate mit weiteren Anionen, ohne H2O“ ein. Diese ist jedoch weiter unterteilt nach den in der Verbindung vorherrschenden Metalle und die Bastnäsit-Gruppe mit der System-Nr. 5.BD.20a ist entsprechend in der Unterabteilung „Mit Selten-Erden-Elementen (REE)“ zu finden und neben den Bastnäsiten und Hydroxylbastnäsiten zählt nur noch Thorbastnäsit zu dieser Gruppe.

Die vorwiegend im englischen Sprachraum gebräuchliche Systematik der Minerale nach Dana ordnet die Bastnäsit-Gruppe wie die veraltete Strunz’sche Systematik in die gemeinsame Klasse der „Carbonate, Nitrate und Borate“ und dort in die Abteilung der „Carbonate - Hydroxyl oder Halogen“ ein. Die Bastnäsite (System-Nr. 16a.01.01) und Hydroxylbastnäsite (System-Nr. 16a.01.02) bilden hier jeweils eine eigene Untergruppe innerhalb der Unterabteilung „Carbonate - Hydroxyl oder Halogen in den Bastnäsit- /Synchisit- /Parisitgruppen“ zu finden.

Bildung und Fundorte[Bearbeiten]

Bastnäsit bildet sich vorwiegend magmatisch in Karbonatiten und Pegmatiten, kann aber auch durch Kontaktmetasomatose entstehen. Als Begleitminerale treten unter anderem verschiedene Allanite, Cerite, Fluocerite, Gagarinite, Synchysite und Parisite sowie Cerianit-(Ce), Fluorit, Hämatit, Mikroklin und Quarz.

Als bekannt gelten bisher (Stand: 2013) insgesamt rund 500 Fundorte für Bastnäsit[11] und rund 20 Fundorte für Hydroxylbastnäsit[12]. Hauptfundorte von Bastnäsit sind allerdings Bayan Obo in China, Mountain Pass in Kalifornien[13] und Madagaskar[14]. Die größte bekannte Anreicherung von Seltene-Erden-Mineralen der Welt, die Sulphide-Queen-Lagerstätte im Mountain-Pass-Distrikt in Kalifornien, enthält unter anderem Bastnäsit, welches an Karbonatit-Gänge und kalireiche Intrusionen gebunden ist.

Bekannt aufgrund außergewöhnlicher Bastnäsit-Funde sind unter anderem Andakatany in der Region Amoron'i Mania auf Madagaskar und Karonge (Gakara, Bujumbura) in Burundi, wo bis zu 20 bzw. 10 Zentimeter große Kristalle auftraten.[15] Schön ausgebildete und teilweise durchsichtige Bastnäsitkristalle konnten vor allem in der Trimouns Talk-Grube bei Luzenac in Frankreich und am Zagi Mountain (Zegi Mountain) in den sogenannten Stammesgebieten unter Bundesverwaltung (FATA) in Pakistan gefunden werden.

Bastnäsit ist chemisch labil gegen Verwitterung, wodurch das Oxid aufgelöst und mit vorhandenen Phosphaten (Bildung von Monazit) kombiniert wird.[13]

Kristallstruktur[Bearbeiten]

Die Bastnäsite kristallisieren hexagonal in der Raumgruppe P62c (Raumgruppen-Nr. 190) mit folgenden Gitterparametern:

  • Bastnäsit-(Ce) – a = 7,12 Å und c = 9,76 Å° sowie 6 Formeleinheiten pro Elementarzelle.[6]
  • Bastnäsit-(La) – a = 7,09 Å und c = 9,718 Å° sowie 6 Formeleinheiten pro Elementarzelle.[16]
  • Bastnäsit-(Y) – a = 6,57 Å und c = 9,48 Å° sowie 6 Formeleinheiten pro Elementarzelle.[6]

Die Hydroxylbastnäsite kristallisieren zwar ebenfalls hexagonal, allerdings in der Raumgruppe P6 (Raumgruppen-Nr. 174) mit folgenden Gitterparametern:

  • Hydroxylbastnäsit-(Ce) – a = 12,4112 Å und c = 9,8511 Å° sowie 6 Formeleinheiten pro Elementarzelle.[17]
  • Hydroxylbastnäsit-(Nd) - a = 12,32 Å und c = 9,88 Å° sowie 6 Formeleinheiten pro Elementarzelle.[18]

Verwendung und Verarbeitung[Bearbeiten]

Aus den Bastnäsiten wird seit den 1960er Jahren ein großer Teil der Weltproduktion an Lanthanoiden gewonnen. Eine typische Verteilung der Seltenerdmetalle am Beispiel von Bastnäsit-(Ce) zeigt folgende Tabelle[14], wobei die genaue Zusammensetzung je nach Fundstätte schwanken kann.

Element
typischer Anteil
Lanthan
33,2 %
Cer
49,1 %
Praseodym
4,3 %
Neodym
12 %
Samarium
0,8 %
Europium
0,12 %
Gadolinium
0,17 %
Terbium
160 ppm
Dysprosium
310 ppm
Holmium
50 ppm
Erbium
35 ppm
Thulium
8 ppm
Ytterbium
6 ppm
Lutetium
1 ppm

Bastnäsit wird normalerweise mit Säure aufgeschlossen. Die Behandlung des ungerösteten Erzes mit konzentrierter Schwefelsäure setzt Fluorwasserstoff frei und bildet unlösliche Lanthanoidsulfate, die anschließend in kaltem Wasser aufgelöst und weiterverarbeitet werden können. Bei Behandlung des ungerösteten Erzes mit verdünnter Schwefelsäure werden die Lanthanoide als Sulfate gelöst und die Fluoride als stabiles Cer-IV-Komplex gebunden. Die Gewinnung verlangt dann die Abtrennung der Fluoride durch Behandlung mit Natronlauge. Bei Behandlung des ungerösteten Erzes mit Salzsäure bei ca. 100 °C wird der Hauptanteil der Lanthanoide als Chloride gelöst, hinterlässt aber einen unlöslichen Lanthanoid-Fluorid-Rückstand. Letzteres muss durch Behandlung mit Natronlauge in Hydroxide umgewandelt werden, bevor eine weitere Verarbeitung möglich ist.

Wenn das Bastnäsiterz vorher geröstet wird, um Kohlendioxid zu entfernen und das vorhandene Cer zu oxidieren, kann der Hauptanteil an Lanthanoiden ebenfalls durch Behandlung mit Chlorwasserstoff abgetrennt werden, der verbleibende Rückstand enthält aber noch nennenswerte Mengen an unlöslichen Lanthanoiden und Fluoriden, sowie Cer-IV-oxid. Durch Behandlung von kalziniertem Bastnäsit mit 57 %-iger Salpetersäure werden Lanthanoide von schwerlöslichem Siliziumdioxid und Bariumsulfat abgetrennt. Die Lanthanoide werden dann aus dem Filtrat durch Extraktion mit Tri-n-butylphosphat gewonnen.[10]

Literatur[Bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten]

 Commons: Bastnäsite – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. a b  Helmut Schröcke, Karl-Ludwig Weiner: Mineralogie. Ein Lehrbuch auf systematischer Grundlage. de Gruyter, Berlin; New York 1981, ISBN 3-11-006823-0, S. 549-550.
  2. a b c d e f g h IMA/CNMNC List of Mineral Names (November 2012; PDF 8,6 MB; Anmerkung: Formeldarstellung: Kristallchemische Strukturformel nach Strunz)
  3. Daniel Lundberg: The Coordination Chemistry of Solvated Metal Ions in DMPU, Doctoral thesis, Swedish University of Agricultural Sciences, Uppsala 2006 (PDF 9,2 MB; S. 22)
  4. J. J. N. Huot: Genre. Lanthane. 2 Espèce, Bastnaesite, in: Manuels-Roret. Nouveau Manuel Complet de Minéralogie, Première Partie, Paris 1841, S. 296-296 (PDF 552,6 kB)
  5. Bastnäsite-(La), in: John W. Anthony, Richard A. Bideaux, Kenneth W. Bladh, Monte C. Nichols (Hrsg.): Handbook of Mineralogy, Mineralogical Society of America, 2001 (PDF 62,5 kB)
  6. a b c  Hugo Strunz, Ernest H. Nickel: Strunz Mineralogical Tables. 9. Auflage. E. Schweizerbart'sche Verlagsbuchhandlung (Nägele u. Obermiller), Stuttgart 2001, ISBN 3-510-65188-X, S. 299.
  7. A. S. Kirillov: Hydroxyl bastnäsite, a new variety of basnäsite, in: Doklady Akademii Nauk SSSR Earth Science Sections, Band 159 (1964), S. 93-95 (PDF 193,5 kB)
  8. Mindat - Mindat-Hydroxylbastnäsite-(La)
  9. Mindat - Hydroxylbastnäsite-(Nd)
  10. a b Bailar u. a.: Comprehensive Inorganic Chemistry. 5 Bde. Pergamon Press, Oxford 1973. ISBN 0-08-017275-X
  11. Mindat - Bastnäsite
  12. Mindat - Hydroxylbastnäsite
  13. a b C. K. Gupta, N. Krishnamurthy: Extractive metallurgy of rare earths. CRC Press, Boca Raton Fla 2005. ISBN 0-415-33340-7
  14. a b Vorkommen von Lanthanoiden - Uni Bielefeld
  15.  Petr Korbel, Milan Novák: Mineralien-Enzyklopädie. Nebel Verlag GmbH, Eggolsheim 2002, ISBN 3-89555-076-0, S. 124 (Dörfler Natur).
  16. American Mineralogist Crystal Structure Database - Bastnäsite-(La) (I. Oftedal, 1931)
  17. American Mineralogist Crystal Structure Database - Hydroxylbastnäsite-(Ce) (H. Yang, R. F. Dembowski, P. G. Conrad, R. T. Downs, 2008)
  18. American Mineralogist Crystal Structure Database - Hydroxylbastnäsite-(Nd) (N. Christensen, 1973)