ΦΘΟΡΙΤΗΣ

ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΑ ΟΡΥΚΤΑ ΚΑΙ ΠΕΤΡΩΜΑΤΑ

Θ. ΠΕΡΡΑΚΗ

Σχ. 2.1. Κρυσταλλική δομή του φθορίτη.

ΦΘΟΡΙΤΗΣ…Α. ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ

Χημική σύσταση: CaF2 (Ca:51.1%, F:48.9%)

M.B. : 78.08

Κρυσταλ. σύστημα: Κυβικό (εξαεδρικοί/οκταεδρικοί κρύστ.)

Πυκνότητα: 3.01 gr/cm3-3.25 gr/cm3

Σκληρότητα: 4

Σημείο τήξης: 1270οC

Χρώμα: Άχρωμος - διαυγής

Το φθόριο απαντά ως ένα σταθερό μονοσθενές ανιόν (F-). Είναι ένα πολύ ενεργό αέριο στοιχείο και απαντά σε ενεργά ηφαίστεια ως F2, SiF4 και H2SiF6. Το πιο κοινό ορυκτό του φθορίου είναι ο φθορίτης ή αργυραδάμας. Πήρε το όνομά του (fluorite) από τη λέξη flow=ρέω, δεδομένου ότι κατεβάζει το σημείο τήξεως στα μίγματα, στα οποία συμμετέχει και τα κάνει να ρέουν.

Στον Ελληνικό και Ρωμαϊκό πολιτισμό, ο φθορίτης εχρησιμοποιείτο στην κατασκευή των αγγείων, γιατί κατέβαζε τη θερμοκρασία τήξεως της πρώτης ύλης κι έτσι τα αγγεία ψήνονταν σε χαμηλότερη θερμοκρασία. Χρησιμοποιήθηκε επίσης στην κατασκευή κοσμημάτων. Ο φθορίτης κρυσταλλώνεται στο κυβικό σύστημα (σχ. 2.1). Οι κρύσταλλοί του, συνήθως, εμφανίζονται με τη μορφή οκταέδρων και εξαέδρων. Συχνά, παρουσιάζεται υπό μορφή διδύμων διείσδυσης. Η μορφή των κρυστάλλων του (οκταεδρικοί ή εξαεδρικοί), εξαρτάται από τις συνθήκες σχηματισμού τους (P,T). Έτσι, οι οκταεδρικοί κρύσταλλοι δείχνουν υψηλότερη θερμοκρασία γένεσης απ' ότι οι εξαεδρικοί.

ΦΘΟΡΙΤΗΣ…Ο φθορίτης απαντά υπό μορφή μικρών ή μεγάλων κρυστάλλων, των οποίων η ακμή υπερβαίνει, ορισμένες φορές, τα 10cm. Το χρώμα τους ποικίλλει από υπόλευκο έως κυανούν, κυανοϊώδες, ιώδες ή πράσινο (χλωροφανής) και αυτό φείλεται σε διάφορους παράγοντες, όπως στην ύπαρξη ραδιενεργών ή μη εγκλεισμάτων, σε διαταραχές του κρυσταλλικού πλέγματος, στην αντικατάσταση του Ca (ακτίνα ιόντος 1.06Å), από άλλα στοιχεία με παραπλήσια ακτίνα ιόντος, όπως Μn+2 (0.83Å), Yττριο (0,92Å), Στρόντιο (1,12Å), σπάνιες γαίες (0,86Å -1.14Å). Έτσι, η παρουσία Mn στο πλέγμα του φθορίτη, και η παρουσία ραδιενεργών ορυκτών, προσδίδουν στους φθορίτες ιώδες χρώμα.

Υπάρχουν φθορίτες, στους οποίους, ένα μέρος των ατόμων του Ca2+, αντικαθίσταται από άτομα U4+ και ένα μέρος των ατόμων του F-1 από άτομα Ο2-, δεδομένου ότι, οι μεν ακτίνες των ατόμων του U4+ και του Ca2+ έχουν παραπλήσια τιμή (1,01 Å και 1,06 Å), όπως και οι ακτίνες του F -1 και Ο2-(1,36 Å και 1,32 Å). Οι περισσότερες ποικιλίες του φθορίτη χάνουν το χρώμα τους στους 200oC, περίπου και η ιδιότητά τους αυτή χρησιμοποιείται ως γεωλογικό θερμόμετρο. Το χρώμα μπορεί ν' αλλάξει και με την επίδραση ακτίνων Χ, ή υπεριώδους ακτινοβολίας, ή με την άσκηση πίεσης.

Άλλη ιδιότητα που παρουσιάζει ο φθορίτης είναι η θερμοφωταύγεια. Εκπέμπει, δηλαδή, ορατό φως όταν θερμαίνεται. Η θερμοφωταύγεια αυτή μπορεί να οφείλεται, είτε στην παρουσία ιχνοστοιχείων, είτε στην παρουσία ραδιενεργών ορυκτών. Στο Λαύριο π.χ. οι φθορίτες, οι οποίοι παρουσιάζουν ισχυρή θερμοφωταύγεια, έχουν μεγάλη περιεκτικότητα σε Mn.

Εκτός από το φθορίτη, ο οποίος όπως, ήδη, αναφέρθηκε είναι το πιο κοινό ορυκτό του φθορίου, άλλα ορυκτά στα οποία βρίσκεται φθόριο είναι: ο κρυόλιθος (cryolite): Na2AlF6, ο σελλαϊτης (sellaite):MgF2, ο βιλλιωμίτης (villiaumite): NaF, o βαστνεζίτης (bastnaesite): (Ce,Ca) (CO3)F.

O κρυόλιθος παράγεται και συνθετικά, από την αντίδραση καυστικής σόδας (NaOH), αλούμινας (Al2O3) και υδροφθορικού οξέος (HF). Χρησιμοποιείται ως ηλεκτρολύτης κατά τη μετατροπή της αλούμινας σε αργίλιο.

ΦΘΟΡΙΤΗΣ…Β. ΚΟΙΤΑΣΜΑΤΑ ΦΘΟΡΙΤΗ

2HF + CaCO3 CaF2 + CO2 + H2O

2. Ιζηματογενή

β) Δευτερογενή κοιτάσματα (υπολλειματικά)

α) Πρωτογενή κοιτάσματα (σπάνια)

Καρμπονατίτες

α) Επιθερμικά (200 0C – 100 0C) (+οπάλιος, χαλκηδόνιος, καολινίτης, σιδηροπυρίτης, σουλφίδια Hg και Sb)

β) Μεσοθερμικά (300 0C – 200 0C) (+χαλαζίας, βαρύτης, ασβεστίτης, σουλφίδια Cu, Pb, Zn) γ) Υποθερμικά ή καταθερμικά (400 0C–300 0C) (+μαρμαρυγίας, τουρμαλίνης, κασσιτερίτης, τοπάζιο, κρυόλιθος)

Ασβεσταλκαλικά

Πηγματιτικά (μεγάλοι κρύσταλλοι για οπτικές χρήσεις)

1. Μαγματογενή

ZnF2 + H2S ZnS + 2HF

CaCO3 + 2HF CaF2 + CO2 + H2O

Υδροθερμικά

Πνευματολυτικά:

ΦΘΟΡΙΤΗΣ…

Ανάλογα με τη χρήση του ο φθορίτης διακρίνεται σε δύο, κυρίως, εμπορεύσιμες ποιότητες:

α) τη μεταλλουργική: CaF2: 85% min, SiO2: 5% max, BaSO4: 1% max, S: 0,3% max,

β) τη χημική: CaF2: 95% min, CaCO3: 1,25% max, S: 0,03% max.

ΚΥΡΙΕΣ ΧΡΗΣΕΙΣ

1. Βιομηχανία χάλυβα

O φθορίτης χρησιμοποιείται στη βιομηχανία του χάλυβα, επειδή προσδίδει ρευστότητα στο τήγμα στο οποίο συμμετέχει, δημιουργώντας μίγματα με χαμηλό σημείο τήξεως, τα οποία δεσμεύουν το S και τον P από το σιδηρομετάλλευμα. Το ποσοστό του φθορίτη που χρησιμοποιείται για τη βιομηχανία του χάλυβα εξαρτάται από τον τύπο του φούρνου.

2. Υαλουργία

Ένα μίγμα, 10-30% φθορίτη στα γυαλιά, τα κάνει αδιαφανή, άσπρα και οπαλιομένα. Η οπαλίωση οφείλεται στη δημιουργία πολύ μικρών κρυστάλλων φθορίτη που διασπείρονται μέσα στο γυαλί. O χρησιμοποιούμενος στην υαλουργία φθορίτης πρέπει να περιέχει >97 % CaF2.

3. Σμάλτα

Για τα σμάλτα χρησιμοποιείται 2-15% φθορίτης, με λιγότερο από 0,12% Fe2O3 και λιγότερο από 2,5 % CaCO3 (μεγαλύτερο ποσοστό φθορίτη κάνει τα σμάλτα εύθραυστα).

4. Τσιμέντα

Στα τσιμέντα η προσθήκη μικρής ποσότητας φθορίτη, κατεβάζει τη θερμοκρασία ψησίματος, κατεβάζοντας έτσι το κόστος των καυσίμων.

Γ. ΧΡΗΣΕΙΣ ΦΘΟΡΙΤΗ

ΦΘΟΡΙΤΗΣ…

5. Χημική βιομηχανία

Η χημική βιομηχανία καταναλίσκει περισσότερο από το 60% της παγκόσμιας παραγωγής σε φθορίτη. Ο φθορίτης με περιεκτικότητα σε CaF2>95%, SiO2<1% & Ba, Pb, S < 0,00.x%, χρησιμοποιείται στη βιομηχανία του υδροφθορικού οξέος και για τη δημιουργία συνθετικού κρυόλιθου (Αl.F3.3NaF). Το υδροφθορικό οξύ χρησιμοποιείται στην χαλκογραφία, υαλουργία, για την παραγωγή NaF, το οποίο χρησιμοποιείται στην οδοντιατρική. Σχηματίζεται από την επίδραση πυκνού H2SO4 πάνω σε CaF2, σύμφωνα με την αντίδραση: CaF2 + H2SO4 => 2HF + CaSO4

Ο φθορίτης χρησιμοποιείται, επίσης, για την παραγωγή τεχνητού κρυόλιθου, ο οποίος χρησιμοποιείται ως ηλεκτρολύτης στην παραγωγή του Al από το Al2O3.

O φθορίτης είναι, επίσης, η κύρια πηγή αερίου φθορίου και των συνθέσεών του. To 35%, περίπου, του παραγόμενου φθορίτη καταναλίσκεται γι αυτή τη χρήση, η οποία περιλαμβάνει αεροζόλ (χρησιμοποιείται στα προωθητικά αέρια), αναψυκτικά, πλαστικά και διαλυτικά υγρά.

Η χρήση του φθορίου στα αεροζόλς έχει απαγορευτεί στις Η.Π.Α., επειδή καταστρέφει το στρώμα του όζοντος στην ατμόσφαιρα. Επίσης, πρέπει να περικοπεί η χρήση του στα αναψυκτικά.

6. Ηλεκτρονική βιομηχανία

Στην ηλεκτρονική βιομηχανία το εξαφθοριούχο θείο (sulphur hexafluoride) βρίσκει εφαρμογή, ως ένα πολύ καλό μονωτικό σε εγκαταστάσεις υψηλής τάσης.

ΦΘΟΡΙΤΗΣ…

7. Οπτική

Ημιδιαφανής φθορίτης απαντά σε κοιτάσματα διαφόρων τύπων, κύρια, σε πηγματίτες. Ο φθορίτης για να χρησιμοποιηθεί στην οπτική (πρίσματα σπεκτρογράφων κλπ), πρέπει να μη περιέχει εγκλείσματα. Φθορίτης για χρήση στην οπτική, είναι δυνατόν, επίσης, να κατασκευαστεί συνθετικά.

8. Πυρηνική

Το στοιχείο φθόριο χρησιμοποιείται στην πυρηνική φυσική για την παρασκευή εξαφθοριούχου ουρανίου, που είναι απαραίτητο για το διαχωρισμό του 235 U από το αφθονότερο στη φύση 238 U.

9. Ημιπολύτιμοι λίθοι

Λόγω του χρώματος και της σχετικής του σκληρότητας ο φθορίτης Blue John, χρησιμοποιείται ως ημιπολύτιμος λίθος.

ΦΘΟΡΙΤΗΣ…

Χρήσεις του φθορίτη (από Robertson, 1961)