コロンバイト
コロンバイト
一般的な
カテゴリ酸化鉱物
式(Fe II ,Mn II )Nb 2 O 6、または酸化物式では(Fe II ,Mn II )O·Nb 2 O 5
IMAシンボルクラブ[ 1 ]
ストランツ分類4.DB.35
結晶系斜方晶系
クリスタルクラス双錐体（mmm）HM記号：（2/m 2/m 2/m）
空間群Pbcn
識別
色黒、茶色がかった黒。
クリスタル習慣塊状 - 粒状 - 花崗岩やその他の火成岩によく見られる組織。縞状 - 結晶表面または劈開面にある平行線。
胸の谷間[010] 独特な
骨折亜貝殻状: 脆性材料に発生する、半曲面を特徴とする亀裂。
モース硬度6
光沢亜金属
連勝黒褐色
比重5.3～7.3
光学特性二軸（+）、b = 2.29–2.4
その他の特徴放射性、非蛍光性。
参考文献[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]

コロンバイトは、ニオブ石、ニオブタンタライト、コロンバイト石とも呼ばれ、一般化学式は( Fe II , Mn II ) Nb 2 O 6で、ニオブの鉱石である黒色鉱物群です。亜金属光沢と高密度を呈し、鉄とマンガンのニオブ酸塩です。ニオブ石は、航空宇宙、建設、医療産業など、様々な分野で利用されています。コロンバイト鉱物の年代測定は、主にウラン鉛年代測定という時間のかかるプロセス によって行われます。

コロンバイトはタンタライトと同じ組成と結晶対称性（斜方晶系）を有する。[ 6 ]実際、多くの鉱物図鑑では、この2つはコロンバイト・タンタライトまたはコルタンと呼ばれる半単結晶鉱物系列としてまとめられている。しかし、タンタライトの比重はコロンバイトの5.2に対して8.0を超えており、コロンバイトよりもはるかに大きい。[ 7 ]コロンバイトの形成は、鉱物の結晶構造に影響を与える金属の濃度と環境への影響に左右される。

コロンバイトはタピオライトの多形体であり、化学組成は同じですが結晶の対称性が異なり、コロンバイトは斜方晶系、タピオライトは正方晶系です。[ 8 ]記録されている最大のコロンバイト単結晶は、厚さ6mm（0.24インチ）、大きさ76cm×61cm（30インチ×24インチ）の板状でした。[ 9 ]

コロンバイトには様々な量のトリウムとウランが含まれており、放射性物質となっています。[ 10 ]コロンバイトの主成分がタンタルであるコルタンは、職人や小規模鉱山労働者によって採掘されることが多く、規制されていない労働条件のために環境や人間の健康にリスクを及ぼしています。

歴史と語源

この鉱物群は、アメリカ合衆国コネチカット州ハダムで初めて発見されました。 [ 11 ]コロンバイトがアメリカ合衆国で発見されたことは、1905年4月13日に、コネチカット植民地の初代総督であり熱心な鉱物収集家でもあったジョン・ウィンスロップ（1606–1676）が所蔵していたと思われる古い標本の組成に関する研究論文の発表によって明らかになりました。この標本は、総督の名を冠した孫であるジョン・ウィンスロップ（1681–1747）が、 1737年にロンドン王立協会の会員となった際に、同協会会長ハンス・スローンに寄贈したものでした。 [ 12 ]

1801年、チャールズ・ハッチェットは同じ標本からニオブという元素を発見し[ 13 ] 、探検家クリストファー・コロンブスに敬意を表してコロンビウムと名付けました[ 14 ]。

コロンバイト種

イットロコロンバイト; コロンバイトの一種

コロンバイトは黒から暗褐色の不透明な結晶を形成します。[ 15 ]結晶の形成は存在する種によって異なります。

コロンバイトは、タンタルを主成分とする類似物質であるフェロタンタライト、およびマンガンを主成分とする類似物質であるマンガノコロンバイト とともに系列を形成します。マンガノコロンバイトの化学式は(Mn, Fe)(Nb, Ta) 2 O 6で、しばしば少量のタンタルと鉄を含みます。マンガノコロンバイトは、粗粒の火成岩であるペグマタイト中によく見られます。[ 15 ]

フェロコロンバイト; コロンバイトの一種

コロンバイト群の中で鉄分を多く含むのはフェロコロンバイト（ FeNb 2 O 6 ）で、微量のスズとタングステンを含むこともあります。この種のコロンバイトは、粗粒の火成岩としてペグマタイト中によく見られます。[ 15 ]

イットロコロンバイトは、化学式(Y,U,Fe)(Nb,Ta)Oで表されるイットリウムを多く含むコロンバイトである。4は、モザンビークで発見された放射性鉱物です。[ 16 ]この鉱物はペグマタイトと希金属花崗岩によって形成されます。[ 15 ]

構造

コロンバイト原子は、ニオブまたはタンタル原子が酸素原子を取り囲む八面体構造を形成します。全体として、コロンバイトは斜方晶系結晶を形成し、結晶軸の長さは、おおよそa ≈ 14.27Å、b ≈ 5.73Å、c ≈ 5.06Åとなります。[ 17 ]マンガンコロンバイトやフェロコロンバイトなどの異なるコロンバイト種は、結晶軸の長さを変化させます。[ 17 ]

コロンバイト（斜方晶系）の面心結晶構造

コロンバイトは他の鉱物と種を形成するため、鉱物の物理的性質が変化する可能性があります。フェロコロンバイトを加熱すると、a軸とb軸が均等に膨張します。[ 17 ]さらに、イオンの大きさと全体的な構造により、フェロコロンバイトはマンガンコロンバイトよりも圧縮性が高いです。[ 17 ]マンガンコロンバイトを加熱すると、a軸が膨張し、構造に不均一な変化が生じます。[ 17 ]

アプリケーション

コロンバイトからニオブを抽出すると、鉱石の精錬プロセスで、航空宇宙、建設、医療業界での応用が見られます。[ 18 ]航空宇宙産業では、超合金を作ることができます。ニオブからの超合金は、宇宙船でよく使用される低質量で高耐性の材料を作り出します。[ 18 ]建設業界では、ニオブから高強度低合金（HSLA）鋼が作られています。[ 18 ]さらに、コロンバイトから抽出されたニオブは、磁気共鳴画像（MRI）や核磁気共鳴（NMR）などの医療機器に使用される電子部品の製造に使用できます。[ 18 ]

形成

コロンバイトはペグマタイトや沖積鉱床、花崗岩中によく見られます。[ 19 ]コロンバイトの鉱物は主にマグネシウム、鉄、ニオブ、タンタルで構成され、微量のスズ、チタン、スカンジウムが観測されています。[ 19 ]コロンバイトの全体的な組成は結晶構造に影響を及ぼし、異なる形成プロセスをもたらします。現在、コロンバイトの形成については2つの主要な理論があります。1つの理論は、コロンバイト内のニオブとタンタルが地殻またはマントルにあるケイ酸塩溶融物に強く引き付けられることから生まれました。 [ 20 ]さらに、マグマの存在により、2つの結晶化プロセスを経てコロンバイトが形成されます。[ 15 ]最初の結晶化プロセスでニオブコアが形成され、 2番目の結晶化プロセスでタンタルリムが形成されます。[ 15 ]この理論は、鉱物が流体段階にあるときの組織と、形成中に起こるマグマの分別結晶作用のために有力である。 [ 20 ]コロンバイト鉱物中のニオブとタンタルの形成に関するもう1つの有力な理論は、熱水によって起こるというものである。[ 20 ]この理論は、熱水が形成中にコロンバイトと相互作用し、その結果、不規則な結晶が形成されることを示唆している。[ 15 ]

両方の理論が相互に作用してコロンバイト鉱物や、マンガンコロンバイト、フェロコロンバイト、イットロコロンバイトなどの異なる種のコロンバイトが形成される可能性があります。

環境への影響

コロンバイト鉱物は、微量のウランとトリウムを含んでいるため、放射性物質である可能性があります。放射性鉱物は不安定で、電離放射線を放出し、環境と人体に悪影響を及ぼします。放射性物質の輸送に関する法律は各国で異なります。[ 21 ]

コロンバイトの採掘においては、廃石に含まれる重金属により、地下水や表層水の汚染が懸念されます。さらに、廃石は酸性の鉱山排水を引き起こし、地下水や表層水に影響を及ぼす可能性があります。[ 21 ]純粋なコロンバイトを得るために大量の廃石が発生し、周辺環境に悪影響を及ぼします。[ 21 ]

コロンバイトからニオブまたはタンタルを抽出する際には、高温の強酸が使用され、環境に悪影響を及ぼします。鉱石精錬工程では、250～300 ℃の温度でフッ化水素酸と硫酸が使用されます。 [ 22 ]これらの酸は土壌の酸性化、大気汚染、水質汚染を引き起こし、ひいては生態系に影響を及ぼす可能性があります。現在のコロンバイト精錬技術は選択的ではなく、精錬されたコロンバイトサンプルに不純物が含まれています。[ 22 ]不純物を除去するには、より高濃度の酸が必要となり、環境への悪影響の可能性が高まります。[ 23 ] 

デート

コロンバイトグループ鉱物の年代測定には3つの用途があり、それぞれ長所と短所がある。これらの方法は、ウラン鉛（U-Pb）年代測定、レーザーアブレーション誘導結合プラズマ質量分析（LA-ICP-MS）、および二次イオン質量分析（SIMS）である。U-Pb法では、U/Pb比によりコロンバイト鉱物グループの位置と年代を決定できる。[ 24 ] [ 25 ]この方法は、精度を高めるために同位体希釈熱イオン化質量分析（ID-TIMS）と組み合わせて使用​​されることが多い。[ 24 ] [ 25 ] LA-ICP-MS法は、ウランと鉛の同位体比の誤差が5%未満でコロンバイト-タンタライト鉱物の年代を測定するために現場で使用されている。 [ 25 ] SIMS法は、コロンバイト鉱物の鉛同位体を測定する際に高い空間分解能と精度を備えている。[ 25 ] LA-ICP-MS法とSIMS法は、認証された標準物質がないため、一般的には使用されていません。[ 25 ]

職人的小規模採掘

職人的小規模採掘は、何百万人もの人々に雇用を提供していますが、通常、人間の健康や環境に悪影響を及ぼします。[ 26 ]この種の採掘は、通常、大規模な採掘組合の下で、少人数のグループによって、簡単な抽出設備を使用して実行されます。[ 27 ]この簡単な抽出設備には、つるはし、シャベル、盆地、最小限の重機が含まれます。[ 27 ] コロンバイトの主成分がタンタルであるコルタンは、電子機器への幅広い用途があるため、職人的に採掘されることがよくあります。 [ 28 ]材料の職人的小規模採掘は、アフリカ、アジア、オセアニア、中央アメリカ、南アメリカなどの地域で一般的です。[ 27 ]この種の採掘は地域経済と生活にとって重要ですが、規制されていない場合が多く、違法採掘や危険な労働条件につながっています。規制されていない状況のため、職人鉱山労働者への虐待、暴力、違法取引、時には児童労働が発生することがあります。[ 27 ]さらに、鉱物内に放射性物質が含まれているため、コルタンの採掘では長期的な健康への影響がよく見られます。[ 26 ]シエラレオネ、リベリア、コンゴ民主共和国などの国では、地域における職人鉱山や小規模鉱山に対する国家管理が不十分なため、コルタンなどの鉱物の有利な取引が行われています。 [ 27 ]

さらに読む

参照

参考文献

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