Fluorita
La fluorita (también llamada espato flúor) es la forma mineral del fluoruro de calcio, CaF2. Pertenece a los minerales halogenuros. Cristaliza en hábito cúbico isométrico, aunque no son infrecuentes formas octaédricas e isométricas más complejas.
La escala de dureza mineral de Mohs, basada en la comparación de la dureza al rayado, define el valor 4 como fluorita.
La fluorita pura es incolora y transparente, tanto a la luz visible como a la luz ultravioleta, pero las impurezas suelen convertirla en un mineral colorido y la piedra tiene usos ornamentales y lapidarios. Industrialmente, la fluorita se usa como fundente para la fundición y en la producción de ciertos vidrios y esmaltes. Los grados más puros de fluorita son una fuente de fluoruro para la fabricación de ácido fluorhídrico, que es la fuente intermedia de la mayoría de los productos químicos finos que contienen flúor. Las lentes de fluorita transparentes ópticamente claras tienen baja dispersión, por lo que las lentes fabricadas con ella exhiben menos aberración cromática, lo que las hace valiosas en microscopios y telescopios. La óptica de fluorita también se puede utilizar en los rangos ultravioleta lejano e infrarrojo medio, donde los anteojos convencionales son demasiado opacos para su uso.
Historia y etimología
La palabra fluorita se deriva del verbo latino fluere, que significa fluir. El mineral se utiliza como fundente en la fundición de hierro para disminuir la viscosidad de la escoria. El término flujo proviene del adjetivo latino fluxus, que significa fluir, suelto, flojo. El mineral fluorita se denominó originalmente fluoroespato y se discutió por primera vez en forma impresa en un trabajo de 1530 Bermannvs sive de re metallica dialogus [Bermannus; o un diálogo sobre la naturaleza de los metales], de Georgius Agricola, como un mineral destacado por su utilidad como fundente. Agricola, un científico alemán con experiencia en filología, minería y metalurgia, nombró al espato flúor como una neolatinización del alemán Flussspat de Fluss (arroyo, río) y Spat (que significa un mineral no metálico similar al yeso, spærstān, piedra de lanza, en referencia a sus proyecciones cristalinas).
En 1852, la fluorita dio su nombre al fenómeno de la fluorescencia, que es prominente en las fluoritas de ciertos lugares, debido a ciertas impurezas en el cristal. La fluorita también dio el nombre a su elemento constitutivo flúor. Actualmente, la palabra "fluorita" se usa más comúnmente para la fluorita como producto industrial y químico, mientras que la "fluorita" se usa mineralógicamente y en la mayoría de los otros sentidos.
En el contexto de la arqueología, la gemología, los estudios clásicos y la egiptología, los términos latinos murrina y myrrhina se refieren a la fluorita. En el libro 37 de su Naturalis Historia, Plinio el Viejo la describe como una piedra preciosa con moteado de púrpura y blanco, cuyos objetos tallados en ella son apreciados por los romanos.
Estructura
La fluorita cristaliza en un motivo cúbico. El maclado de cristales es común y agrega complejidad a los hábitos de cristal observados. La fluorita tiene cuatro planos de división perfectos que ayudan a producir fragmentos octaédricos. El motivo estructural adoptado por la fluorita es tan común que se denomina estructura de fluorita. La sustitución de elementos por el catión de calcio a menudo incluye estroncio y ciertos elementos de tierras raras (REE), como el itrio y el cerio.
Ocurrencia y minería
La fluorita se forma como un mineral de cristalización tardía en rocas ígneas félsicas, generalmente a través de la actividad hidrotermal. Es particularmente común en pegmatitas graníticas. Puede ocurrir como un depósito de venas formado a través de la actividad hidrotermal, particularmente en calizas. En dichos depósitos de vetas se puede asociar con galena, esfalerita, barita, cuarzo y calcita. La fluorita también se puede encontrar como componente de las rocas sedimentarias, ya sea como granos o como material cementante en la arenisca.
Es un mineral común distribuido principalmente en Sudáfrica, China, México, Mongolia, Reino Unido, Estados Unidos, Canadá, Tanzania, Ruanda y Argentina.
Las reservas mundiales de fluorita se estiman en 230 millones de toneladas (Mt) con los depósitos más grandes en Sudáfrica (alrededor de 41 Mt), México (32 Mt) y China (24 Mt). China lidera la producción mundial con alrededor de 3 Mt anuales (en 2010), seguida de México (1,0 Mt), Mongolia (0,45 Mt), Rusia (0,22 Mt), Sudáfrica (0,13 Mt), España (0,12 Mt) y Namibia. (0,11 Mt).
Uno de los mayores depósitos de espato flúor de América del Norte se encuentra en la península de Burin, Terranova, Canadá. El primer reconocimiento oficial de espato flúor en el área fue registrado por el geólogo JB Jukes en 1843. Señaló una ocurrencia de "galena" o mineral de plomo y fluoruro de cal en el lado oeste del puerto de St. Lawrence. Está registrado que el interés en la extracción comercial de espato flúor comenzó en 1928 con la extracción del primer mineral en 1933. Finalmente, en la mina Iron Springs, los pozos alcanzaron profundidades de 970 pies (300 m). En el área de St. Lawrence, las venas son persistentes en grandes longitudes y varias de ellas tienen lentes anchos. El área con vetas de tamaño viable conocido comprende aproximadamente 60 millas cuadradas (160 km2).
En 2018, Canada Fluorspar Inc. comenzó nuevamente la producción minera en St. Lawrence; En la primavera de 2019, se planeó que la empresa desarrollara un nuevo puerto de envío en el lado oeste de la península de Burin como un medio más asequible para llevar su producto a los mercados, y enviaron con éxito el primer cargamento de mineral desde el nuevo puerto el 31 de julio de 2019. 2021. Esta es la primera vez en 30 años que el mineral se envía directamente desde St. Lawrence.
Se han encontrado cristales cúbicos de hasta 20 cm de diámetro en Dalnegorsk, Rusia. El cristal individual más grande documentado de fluorita era un cubo de 2,12 metros de tamaño y un peso aproximado de 16 toneladas.
En Asturias (España) existen varios yacimientos de fluorita conocidos internacionalmente por la calidad de los ejemplares que han arrojado. En la zona de Berbes, Ribadesella, la fluorita se presenta en forma de cristales cúbicos, a veces con modificaciones rombododecaédricas, que pueden alcanzar un tamaño de hasta 10 cm de arista, con zonaciones de color internas, casi siempre de color violeta. Se asocia con cuarzo y agregados frondosos de barita. En la mina Emilio, en Loroñe, Colunga, los cristales de fluorita, cubos con pequeñas modificaciones de otras figuras, son incoloros y transparentes. Pueden alcanzar los 10 cm de borde. En la mina Moscona, en Villabona, los cristales de fluorita, cúbicos sin modificaciones de otras formas, son amarillos, de hasta 3 cm de arista. Se asocian a grandes cristales de calcita y barita.
"Juan azul"
Una de las localidades más famosas de fluorita más antiguas es Castleton en Derbyshire, Inglaterra, donde, con el nombre de "Derbyshire Blue John", se extrajo fluorita azul púrpura de varias minas o cuevas Durante el siglo XIX, esta atractiva fluorita fue extraída por su valor ornamental. El mineral Blue John ahora es escaso y solo se extraen unos pocos cientos de kilogramos cada año para uso ornamental y lapidario. La minería todavía tiene lugar en Blue John Cavern y Treak Cliff Cavern.
Depósitos recientemente descubiertos en China han producido fluorita con colores y bandas similares a la clásica piedra Blue John.
Fluorescencia
George Gabriel Stokes nombró el fenómeno de la fluorescencia a partir de la fluorita, en 1852.
Muchas muestras de fluorita exhiben fluorescencia bajo la luz ultravioleta, una propiedad que toma su nombre de la fluorita. Muchos minerales, así como otras sustancias, emiten fluorescencia. La fluorescencia implica la elevación de los niveles de energía de los electrones por cuantos de luz ultravioleta, seguida de la caída progresiva de los electrones a su estado de energía anterior, liberando cuantos de luz visible en el proceso. En la fluorita, la luz visible emitida suele ser azul, pero también se producen rojo, púrpura, amarillo, verde y blanco. La fluorescencia de la fluorita puede deberse a impurezas minerales, como itrio e iterbio, o materia orgánica, como hidrocarburos volátiles en la red cristalina. En particular, la fluorescencia azul que se observa en las fluoritas de ciertas partes de Gran Bretaña, responsable de la denominación del fenómeno de la propia fluorescencia, se ha atribuido a la presencia de inclusiones de europio divalente en el cristal. También se ha observado que las muestras naturales que contienen impurezas de tierras raras, como el erbio, muestran fluorescencia de conversión ascendente, en la que la luz infrarroja estimula la emisión de luz visible, un fenómeno que generalmente solo se informa en materiales sintéticos.
Una variedad fluorescente de fluorita es el clorofano, que es de color rojizo o púrpura y brilla intensamente en verde esmeralda cuando se calienta (termoluminiscencia) o cuando se ilumina con luz ultravioleta.
El color de la luz visible emitida cuando una muestra de fluorita emite fluorescencia depende de dónde se recolectó la muestra original; habiéndose incluido diferentes impurezas en la red cristalina en diferentes lugares. Tampoco toda la fluorita emite fluorescencia con la misma intensidad, incluso en la misma localidad. Por tanto, la luz ultravioleta no es una herramienta fiable para la identificación de especímenes, ni para la cuantificación del mineral en mezclas. Por ejemplo, entre las fluoritas británicas, las de Northumberland, el condado de Durham y el este de Cumbria son las que presentan una fluorescencia más constante, mientras que las fluoritas de Yorkshire, Derbyshire y Cornualles, si presentan alguna fluorescencia, por lo general presentan una fluorescencia débil.
La fluorita también exhibe la propiedad de la termoluminiscencia.
Color
La fluorita es alocromática, lo que significa que puede teñirse con impurezas elementales. La fluorita se presenta en una amplia gama de colores y, en consecuencia, ha sido denominada "el mineral más colorido del mundo". Cada color del arcoíris en varios tonos está representado por muestras de fluorita, junto con cristales blancos, negros y transparentes. Los colores más comunes son morado, azul, verde, amarillo o incoloro. Menos comunes son rosa, rojo, blanco, marrón y negro. La zonificación o bandas de color está comúnmente presente. El color de la fluorita está determinado por factores que incluyen impurezas, exposición a la radiación y la ausencia de vacíos en los centros de color.
Cristal de fluorita verde Pastel en galena
Un amarillo dorado con toques de fluorita púrpura
Grupo de fluorita púrpura independiente entre dos cuarzos
Luz a color oscuro burgundy fluorita
Color de teal transparente fluorita con relieves púrpura
Octaedros fluoritos de grano agrupados en una matriz rica en cuarzo
Usos
Fuente de flúor y flúor
La fluorita es una fuente importante de fluoruro de hidrógeno, un producto químico básico que se utiliza para producir una amplia gama de materiales. El fluoruro de hidrógeno se libera del mineral por la acción del ácido sulfúrico concentrado:
- CaF2s) + H2SO4 → CaSO4(s) + 2 HF(g)
El HF resultante se convierte en flúor, fluorocarbonos y diversos materiales de fluoruro. A fines de la década de 1990, se extraían anualmente cinco mil millones de kilogramos.
Hay tres tipos principales de uso industrial para la fluorita natural, comúnmente conocida como "espato flúor" en estas industrias, correspondientes a diferentes grados de pureza. La fluorita de grado metalúrgico (60–85 % CaF2), el más bajo de los tres grados, se ha utilizado tradicionalmente como fundente para reducir el punto de fusión de las materias primas en la producción de acero para ayudar a eliminar las impurezas., y más tarde en la producción de aluminio. La fluorita de grado cerámico (85–95 % CaF2) se utiliza en la fabricación de vidrio opalescente, esmaltes y utensilios de cocina. El grado más alto, "fluorita de grado ácido" (97 % o más de CaF2), representa aproximadamente el 95 % del consumo de fluorita en los EE. UU., donde se usa para producir fluoruro de hidrógeno y ácido fluorhídrico al hacer reaccionar la fluorita con ácido sulfúrico.
A nivel internacional, la fluorita de grado ácido también se utiliza en la producción de AlF3 y criolita (Na3AlF6), que son los principales compuestos de flúor utilizados en la fundición de aluminio. La alúmina se disuelve en un baño que consta principalmente de Na3AlF6, AlF3 y fluorita (CaF2) fundidos. sub>) para permitir la recuperación electrolítica del aluminio. Las pérdidas de flúor se reemplazan por completo con la adición de AlF3, la mayoría de los cuales reaccionan con el exceso de sodio de la alúmina para formar Na3AlF6.
Usos de nicho
Usos lapidarios
El mineral de fluorita natural tiene usos ornamentales y lapidarios. La fluorita se puede perforar en cuentas y usarse en joyería, aunque debido a su relativa suavidad no se usa mucho como piedra semipreciosa. También se usa para tallas ornamentales, con tallas expertas que aprovechan la zonificación de la piedra.
Óptica
En el laboratorio, el fluoruro de calcio se usa comúnmente como material de ventana para longitudes de onda infrarrojas y ultravioletas, ya que es transparente en estas regiones (alrededor de 0,15 µm a 9 µm) y muestra un cambio extremadamente bajo en el índice de refracción con la longitud de onda. Además, el material es atacado por pocos reactivos. En longitudes de onda tan cortas como 157 nm, una longitud de onda común utilizada para la fabricación paso a paso de semiconductores para litografía de circuitos integrados, el índice de refracción del fluoruro de calcio muestra cierta falta de linealidad a densidades de alta potencia, lo que ha inhibido su uso para este propósito. En los primeros años del siglo XXI, el mercado paso a paso del fluoruro de calcio colapsó y se cerraron muchas grandes instalaciones de fabricación. Canon y otros fabricantes han utilizado cristales de componentes de fluoruro de calcio cultivados sintéticamente en lentes para ayudar al diseño apocromático y reducir la dispersión de la luz. Este uso ha sido reemplazado en gran medida por gafas más nuevas y diseño asistido por computadora. Como material óptico infrarrojo, el fluoruro de calcio está ampliamente disponible y, a veces, se lo conocía con el nombre de marca registrada de Eastman Kodak "Irtran-3", aunque esta designación está obsoleta.
La fluorita no debe confundirse con el vidrio de corona de flúor (o corona de flúor), un tipo de vidrio de baja dispersión que tiene propiedades ópticas especiales cercanas a la fluorita. La verdadera fluorita no es un vidrio sino un material cristalino. Las lentes o grupos ópticos fabricados usando este vidrio de baja dispersión como uno o más elementos exhiben menos aberración cromática que los que utilizan elementos de vidrio crown y flint convencionales, menos costosos, para hacer una lente acromática. Los grupos ópticos emplean una combinación de diferentes tipos de vidrio; cada tipo de vidrio refracta la luz de manera diferente. Mediante el uso de combinaciones de diferentes tipos de vidrio, los fabricantes de lentes pueden cancelar o reducir significativamente las características no deseadas; siendo la aberración cromática la más importante. Los mejores de estos diseños de lentes a menudo se denominan apocromáticos (ver arriba). Vidrio de corona fluorada (como Schott FK51) generalmente en combinación con un "pedernal" El vidrio (como Schott KzFSN 2) puede brindar un rendimiento muy alto en lentes de objetivos de telescopios, así como en objetivos de microscopios y teleobjetivos de cámaras. Los elementos de fluorita se emparejan de manera similar con "sílex" complementarios. (como Schott LaK 10). Las cualidades refractivas de la fluorita y de ciertos elementos de pedernal proporcionan una dispersión más baja y más uniforme en todo el espectro de la luz visible, manteniendo así los colores enfocados más juntos. Las lentes hechas con fluorita son superiores a las lentes basadas en corona de fluoro, al menos para objetivos de telescopio doble; pero son más difíciles de producir y más costosos.
El uso de fluorita para prismas y lentes fue estudiado y promovido por Victor Schumann a fines del siglo XIX. Los cristales de fluorita naturales sin defectos ópticos eran lo suficientemente grandes como para producir objetivos de microscopio.
Con la llegada de los cristales de fluorita cultivados sintéticamente en las décadas de 1950 y 1960, se pudo usar en lugar del vidrio en algunos telescopios ópticos de alto rendimiento y elementos de lentes de cámaras. En los telescopios, los elementos de fluorita permiten imágenes de alta resolución de objetos astronómicos con grandes aumentos. Canon Inc. produce cristales de fluorita sintética que se utilizan en sus mejores teleobjetivos. El uso de fluorita para lentes de telescopios ha disminuido desde la década de 1990, ya que los diseños más nuevos que utilizan vidrio de corona de fluoro, incluidos los trillizos, han ofrecido un rendimiento comparable a precios más bajos. La fluorita y varias combinaciones de compuestos de fluoruro se pueden convertir en cristales sintéticos que tienen aplicaciones en láseres y ópticas especiales para UV e infrarrojos.
Las herramientas de exposición para la industria de los semiconductores utilizan elementos ópticos de fluorita para la luz ultravioleta en longitudes de onda de unos 157 nanómetros. La fluorita tiene una transparencia excepcionalmente alta en esta longitud de onda. Las lentes de objetivo de fluorita son fabricadas por las firmas de microscopios más grandes (Nikon, Olympus, Carl Zeiss y Leica). Su transparencia a la luz ultravioleta les permite ser utilizados para microscopía de fluorescencia. La fluorita también sirve para corregir aberraciones ópticas en estas lentes. Nikon ha fabricado previamente al menos una lente de cámara con elemento de cuarzo sintético y fluorita (105 mm f/4.5 UV) para la producción de imágenes ultravioleta. Konica produjo una lente de fluorita para sus cámaras SLR: la Hexanon 300 mm f/6.3.
Fuente de gas flúor en la naturaleza
En 2012, se encontró la primera fuente de gas flúor natural en las minas de fluorita en Baviera, Alemania. Anteriormente se pensaba que el gas flúor no se producía de forma natural porque es muy reactivo y reaccionaría rápidamente con otros productos químicos. La fluorita normalmente es incolora, pero algunas formas variadas que se encuentran cerca se ven negras y se conocen como "fluorita fétida" o antozonita. Los minerales, que contienen pequeñas cantidades de uranio y sus productos secundarios, liberan radiación lo suficientemente energética como para inducir la oxidación de los aniones de fluoruro dentro de la estructura, a flúor que queda atrapado dentro del mineral. El color de la fluorita fétida se debe predominantemente a los átomos de calcio restantes. La RMN de estado sólido con flúor-19 realizada en el gas contenido en la antozonita reveló un pico a 425 ppm, que es consistente con F2.
Imágenes
Cristales fluoritos en exhibición en el Cullen Hall of Gems and Minerals, Houston Museum of Natural Science
Fluorita y esfalerita, de la mina Elmwood, condado Smith, Tennessee, EE.UU.
Bola translúcida de fluorita botryoidal encaramada en un cristal calcitario
Fluorita con baryte, de Berbes Mine, Berbes Mining area, Ribadesella, Asturias, España
Fluorita de la mina Diana Maria, Weardale, Inglaterra, Reino Unido
Fluorite from El Hammam Mine, Meknès Prefecture, Meknès-Tafilalet Region, Morocco
Toad tallado en fluorito. Longitud 8 cm (3 in).
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