Коффинит

Химическая формула коффинита U(SiO₄)_1-x(OH)_4x[5]. Рентгенограммы порошков из образцов коффинита позволили геологам классифицировать его как новый минерал в 1955 году[5]. Сравнение с порошковой рентгенограммой циркона (ZrSiO₄) и торита (ThSiO₄) стало основой для этой классификации[6]. Предварительный химический анализ показал, что урановый силикат имеет гидроксильное замещение[6]. Результаты предварительного химического анализа Шервуда основаны на образцах из трёх мест. Гидроксильные связи и связи кремний-кислород также обнаружились при проведении спектрального анализа инфракрасного поглощения[7]. Гидроксильное замещение (ОН)₄^4- происходит для (SiO₄)^4-[7]. Гидроксильная составляющая в коффините оказалась несущественной в образовании стабильного синтетического минерала[8]. Микрозондовый анализ субмикроскопических кристаллов выявил присутствие замещения кальцием, иттрием, фосфором и минимальным количеством свинца наряду со следами других редкоземельных элементов[8].

Коффинит изоструктурен с ортосиликатами цирконом (ZrSiO₄) и торитом (ThSiO₄)[9]. Стифф и др. проанализировали коффинит с использованием метода порошковой дифракции рентгеновских лучей и определили, что он имеет тетрагональную структуру[7]. Встречающиеся в природе с катионами U⁴⁺, треугольные додекаэдры UO₈ координируются по совместным ребрам, чередуясь с тетраэдрами SiO₄ в цепочках вдоль оси c[10]. Центральный атом урана коффинита окружён восемью тетраэдрами SiO₄. Размеры решёток встречающегося в природе и синтетического коффинита схожи, причём встречающийся в природе образец из шахты Арроухед, округ Меса, штат Колорадо, имеет a = 6.93 Å, c= 6.30 Å, и образец, синтезированный Гекстрой и Фучем, имел a = 6.977 Å и c = 6.307 Å[11].

Стифф и др. впервые описали коффинит как минерал чёрного цвета с адамантиновым блеском, неотличимый от уранинита (UO₂)[7]. Кроме того, исследователи сообщили, что, хотя в коффините не наблюдается спайности, он имеет субконхоидальный излом и очень мелкозернист. Первоначальные образцы показали хрупкую текстуру, твёрдость по Моосу от 5 до 6 и удельный вес 5.1[7]. Более поздние образцы из шахты Вудроу в Нью-Мексико, собранные Мунчем, показали волокнистую внутреннюю структуру и необычную кристаллизацию[12]. Полированный тонкий срез коффинита имеет коричневый цвет и показывает анизотропную передачу света. Оптический анализ дал показатель преломления около 1.74[12].

Коффинит впервые обнаружен в осадочных урановых месторождениях в районе плато Колорадо[13], но он также был обнаружен в осадочных урановых месторождениях и гидротермальных жилах во многих других местах[8]. Образцы коффинита с плато Колорадо обнаружены с черными мелкозернистыми низковалентными ванадиевыми минералами, уранинитом и мелкодисперсным чёрным органическим материалом[7]. Другими материалами, связанными с более поздними находками из того же региона, были глина и кварц[13]. В месторождениях жилы на руднике Коппер Кинг в Колорадо также обнаружен коффинит с уранинитом и урановой смолкой[7]. Коффинит является метастабильным[14] по сравнению с уранинитом и кварцем, поэтому для его образования требуется источник урана и восстановительные условия, о чём свидетельствует ассоциированное присутствие низковалентных ванадиевых минералов[7]. Раствор, обогащённый кремнеземом, обеспечивает восстановительные условия в случаях, когда коффинит является продуктом изменения уранинита[10]. Хэнсли и Фитцпатрик также отметили, что коричневатый цвет их образцов коффинита вызван органическим материалом, что привело их к заключению, что коффинит может также образовываться в условиях низких температур в присутствии органического углерода[8]. Этот вывод согласуется с образцами коффинита на плато Колорадо, которые содержали и каменный уголь[13]. В Китае коффинит обнаружен в песчанике и граните[13]. Хэнсли и Фитцпатрик пришли к выводу, что крупнозернистый коффинит наиболее вероятно образуется в условиях высокой температуры[8]. Коффинит и уранинит выпадают в осадок внутри брекчированных и трещиноватых областей изменённого гранита при давлениях от 500 до 800 бар и температуре от 126 до 178 °С[13].

Большой процент урана Земли содержится в месторождениях коффинита[15],что является важным фактом из-за использования урана в ядерной энергетике. Осадочные отложения содержат наиболее радиоактивные образцы[7], о чём свидетельствует сильно радиоактивный коффинит, обнаруженный на плато Колорадо[5]. Исследователи из Гарвардского университета, Геологической службы США (USGS) и ряда других учреждений безуспешно пытались синтезировать коффинит в середине 1950-х годов после его первоначального открытия[5]. В 1956 году Гекстре и Фучу удалось синтезировать стабильные образцы коффинита. Все эти исследования проведены при поддержке Комиссии США по атомной энергии[11].