Bastnäsite

La bastnäsite (ou bastnaesite) est une famille de trois espèces minérales fluoro-carbonates, qui sont la bastnäsite-(Ce) de formule (Ce, La)CO3F, la bastnäsite-(La) de formule (La, Ce)CO3F, et la bastnäsite-(Y) de formule (Y, Ce)CO3F. Certaines bastnäsites contiennent l'ion OH− au lieu de F− et reçoivent le nom d'hydroxylbastnäsite. La bastnäsite la plus courante est la bastnäsite-(Ce), le cérium étant de loin la plus courante des terres rares dans cette famille de minéraux. La bastnäsite et le minéral phosphate monazite sont les deux plus importantes sources de cérium et d'autres terres rares.

Bastnäsite, bastnaesite
Catégorie V : carbonates et nitrates[1]

Bastnäsite du Burundi
Général
Classe de Strunz
5.BD.20a
Classe de Dana
16a.1.1.1
Formule chimique (La, Ce, Y)CO3F
Identification
Couleur Jaune couleur miel, brun rougeâtre
Classe cristalline et groupe d'espace Ditrigonal dipyramidal (6m2)
symboles H-M : (6 m2)
P62c
Système cristallin Hexagonal
Réseau de Bravais a = 7,118(1) Å,
c = 9,762(1) Å ; Z = 6
(bastnäsite-(Ce))
Macle Dauphine law, Brazil law and Japan law
Clivage Imparfait à indistinct sur {1010}, facette sur {0001}
Cassure Irrégulière
Habitus Cristaux striés tabulaires à équants, profonds sillons pouvant ressembler à un empilement de plaques minces, excroissances orientées, également granulaire, massif
Échelle de Mohs 4–5
Trait Blanc
Éclat Vitreux, graisseux, perlé sur facettes basales
Propriétés optiques
Indice de réfraction nω = 1,717–1,722
nε = 1,818–1,823
Pléochroïsme Faible, E > O, incolore à jaune pale ou orange
Biréfringence Uniaxial (+) ; δ = 0,101 max.
Transparence Transparent à translucide
Propriétés chimiques
Densité 4,95–5,0
Comportement chimique Fortement piézoélectrique ; cathodoluminescence rouge sombre
Propriétés physiques
Radioactivité si riche en uranium ou en thorium
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

La bastnäsite fut décrite pour la première fois par le chimiste suédois Wilhelm Hisinger en 1838. Elle est nommée d'après la mine de Bastnäs près de Riddarhyttan, Västmanland en Suède[2]. La bastnäsite se trouve également en tant que spécimens de très haute qualité dans les Zagi Mountains au Pakistan. La bastnäsite se trouve dans les granites alcalins et les syénites, ainsi que dans les pegmatites associées. On la trouve aussi dans les carbonatites et dans les fenites associés et autres métasomatites[3],[4].

Composition
Cristal de bastnäsite du Manitou District, comté d'El Paso, Colorado, USA (taille : 4,3×3,8×3,3 cm)

La bastnäsite contient du cérium, du lanthane et de l'yttrium dans sa formule générale mais officiellement le minéral est classé en trois minéraux en fonction de la terre rare prédominante[5]:

  • la bastnäsite-(Ce) de formule (Ce, La)CO3F
  • la bastnäsite-(La) de formule (La, Ce)CO3F
  • la bastnäsite-(Y) de formule (Y, Ce)CO3F

Il y a peu de différences entre les trois en termes de propriétés physiques et la bastnäsite la plus courante est la bastnäsite-(Ce). Dans la plupart des bastnäsites naturelles, le cérium domine habituellement les autres. La bastnäsite et le phosphate minéral monazite sont les deux plus importantes sources de cérium, un important métal industriel.

Structure cristalline de la bastnäsite-(Ce). Code couleur : carbone, C, bleu-gris ; fluor, F, vert ; cérium, Ce, blanc ; oxygène, O, rouge.

La bastnäsite est fortement apparentée à la famille du minéral parisite[6]. Les deux sont des fluorocarbonates de terre rare, mais la formule de la parisite Ca(Ce, La, Nd)2(CO3)3F2 contient du calcium (et un peu de néodyme) et un ratio différent des ions constitutifs. La parisite peut être considérée comme une unité formulaire de calcite (CaCO3) ajoutée à deux unités formulaires de bastnäsite. En fait, on a montré que les deux minéraux sont corrélés avec l'addition ou la perte de CaCO3 dans l'environnement naturel.

La bastnäsite forme une série avec les minéraux hydroxylbastnäsite-(Ce) [(Ce,La)CO3(OH,F)] et hydroxylbastnäsite-(Nd)[7]. Les trois sont membres d'une série de substitution qui implique l'éventuelle substitution des ions fluorure (F−) par des ions hydroxyle (OH−).

Nom
Cristal de bastnäsite, Zagi Mountain, Régions tribales, Pakistan. Taille : 1,5×1,5×0,3 cm.

La bastnäsite tient son nom de son topotype, la mine de Bastnäs, Riddarhyttan, Västmanland, Suède[8]. Le minerai de la mine de Bastnäs conduisit à la découverte de plusieurs nouveaux minéraux et éléments chimiques par des scientifiques suédois tels que Jöns Jacob Berzelius, Wilhelm Hisinger et Carl Gustaf Mosander. Parmi eux, les éléments chimiques cérium, qui fut décrit par Hisinger en 1803, et le lanthane en 1839. Hisinger, qui était également le propriétaire de la mine de Bastnäs, choisit de nommer l'un des nouveaux minéraux bastnäsit quand il le décrivit pour la première fois en 1838[9].

Occurrence

Bien qu'étant un minéral rare et jamais en forte concentration, il est l'un des carbonates de terre rare les plus communs. La bastnäsite a été trouvée dans des dépôts de bauxite karstique en Hongrie, en Grèce et dans la région des Balkans. Elle a également été trouvée dans des carbonatites, une rare roche ignée intrusive carbonatée, au Fen Complex en Norvège ; à Bayan Obo en Mongolie-Intérieure ; à Kangankunde au Malawi ; à Kizilcaoren en Turquie et dans la mine de terres rares de Mountain Pass en Californie, US. A Mountain Pass, la bastnäsite est le minéral prédominant. De la bastnäsite a été trouvée dans les granites peu communs de la zone de Langesundsfjord en Norvège ; dans la péninsule de Kola en Russie ; dans les mines du Mont Saint-Hilaire, Ontario, et dans les gisements de Thor Lake, Territoires du Nord-Ouest au Canada. Des sources hydrothermales ont également été signalées.

L'hydroxylbastnäsite (NdCO3OH) peut aussi se former par la cristallisation d'un précurseur amorphe contenant des terres rares. Quand la température augmente, l'habitus des cristaux de NdCO3OH change progressivement vers des morphologies plus complexes sphérulitiques ou dendritiques. Il a été suggéré que le développement de ces morphologies cristallines[10] pouvait être contrôlé par le niveau à laquelle la sursaturation est atteinte dans la solution aqueuse lors de la destruction du précurseur amorphe. A haute température (e.g., 220 °C) et après un chauffage rapide (e.g. < 1 h) le précurseur amorphe est détruit rapidement et la sursaturation rapide favorise une croissance sphérulitique. A température plus basse (e.g., 165 °C) et avec un chauffage lent (100 min) les niveaux de sursaturation sont atteints plus lentement que nécessaire pour la croissance sphérulitique, et donc des formes pyramidales triangulaires plus régulières se forment.

Histoire minière

En 1949, le gigantesque gisement de carbonatite à bastnäsite fut découvert à Mountain Pass, comté de San Bernardino en Californie. Cette découverte indiqua aux géologues l'existence d'une toute nouvelle classe de minerais de terres rares : les carbonatites contenant des terres rares. D'autres gisements du même type furent rapidement découverts, en particulier en Afrique et en Chine. L'exploitation de ce gisement commença dans les milieux des années 1960 après son rachat par Molycorp (Molybdenum Corporation of America). La composition en lanthanides du minerai comprenait 0,1 % d'oxyde d'europium, qui était extrêmement utile pour l'industrie naissante de la télévision en couleurs, pour fournir le phosphore rouge. La composition des lanthanides était d'environ 49 % de cérium, 33 % de lanthane, 12 % de néodyme et 5 % de praséodyme, avec un peu de samarium et de gadolinium, soit nettement plus de lanthane et moins de néodyme et d'éléments lourds par comparaison à la monazite commerciale. Cependant, la teneur en europium était au moins le double que celle d'une monazite typique. La basnäsite de Mountain Pass fut la plus importante source mondiale de lanthanides des années 1960 aux années 1980. Ensuite, la Chine devint un fournisseur de plus en plus important de terres rares au niveau mondial. Les gisements chinois de bastnäsite comprennent plusieurs mines dans la province du Sichuan et le dépôt massif de Bayan Obo en Mongolie-Intérieure, qui avait été découvert au début du XXe siècle, mais exploité beaucoup plus tard. Bayan Obo produit actuellement (2008) la majorité des lanthanides mondiaux. La bastnäsite de Bayan Obo se trouve en association avec de la monazite (plus assez de magnétite pour alimenter une des plus grandes aciéries chinoises), et contrairement aux carbonatites à bastnäsite, sa composition en lanthanides est assez proche de celle de la monazite, à l'exception de son important (0,2 %) contenu en europium.

Références
  1. La classification des minéraux choisie est celle de Strunz, à l'exception des polymorphes de la silice, qui sont classés parmi les silicates.
  2. (en)Bastnasite-(Ce). Webmineral.
  3. (en)Bastnäsite. Handbook of mineralogy.
  4. Bastnasite « https://web.archive.org/web/20071113065948/http://mineral.galleries.com/minerals/carbonat/bastnasi/bastnasi.htm »(Archive.org • Wikiwix • Archive.is • Google • Que faire ?), . Mineral Galleries. Retrieved on 2011-10-14.
  5. Beatty, Richard; 2007; Th℮ Lanthanides; Publish℮d by Marshall Cavendish.
  6. Gupta, C. K. (2004) Extractive metallurgy of rare earths, CRC Press (ISBN 0-415-33340-7).
  7. (en) Robert E. Krebs, The history and use of our earth's chemical elements : a reference guide, Greenwood Publishing Group, , 422 p. (ISBN 978-0-313-33438-2, lire en ligne)
  8. (en) Adrian P. Jones, Frances Wall et C. Terry Williams, Rare earth minerals : chemistry, origin and ore deposits, Springer, , 372 p. (ISBN 978-0-412-61030-1, lire en ligne)
  9. (en) Fredrik Sahlström, Erik Jonsson, Karin Högdahl, Valentin R. Troll, Chris Harris, Ester M. Jolis et Franz Weis, « Interaction between high-temperature magmatic fluids and limestone explains ‘Bastnäs-type’ REE deposits in central Sweden », Scientific Reports, vol. 9, no 1,‎ , p. 15203 (ISSN 2045-2322, DOI 10.1038/s41598-019-49321-8 , lire en ligne)
  10. (en) Vallina, B., Rodriguez-Blanco, J. D., Blanco, J. A. and Benning, L. G. (2014) The effect of heating on the morphology of crystalline neodymium hydroxycarbonate de néodyme, NdCO3OH. Mineralogical Magazine, 78, 1391–1397. DOI: 10.1180/minmag.2014.078.6.05.

Bibliographie
  • Palache, P.; Berman H.; Frondel, C. (1960). "Dana's System of Mineralogy, Volume II: Halides, Nitrates, Borates, Carbonates, Sulfates, Phosphates, Arsenates, Tungstates, Molybdates, Etc. (Seventh Edition)" John Wiley and Sons, Inc., New York, pp. 289-291.

Lien externe
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