Anwendung der Geowissenschaften auf Australiens wichtigste Herausforderungen

Einführung

Zirkon ist ein Zirkoniumsilikatmineral, das in kleinen Mengen in vielen Gesteinen vorkommt. Es kann eine Vielzahl von Farben sein und einige Kristalle sind von Edelsteinqualität. Zirkon wird manchmal mit dem Metall Zirkonium, dem Zirkonoxid, das Zirkonoxid genannt wird, und Zirkonia, einem synthetischen Edelstein mit einem Aussehen, das Diamant sehr ähnlich ist, verwechselt.

Eigenschaften

Zirkon ist normalerweise rotbraun, kann aber weiß, orange, gelb, gelbbraun, purpurrot, hellrot, blau, grün und manchmal farblos sein. Es ist normalerweise durchscheinend, kann aber transparent sein. In fluoreszierendem Licht erscheinen Zirkone gelb (siehe Google Arts and Culture: Fluoreszierende Mineralien: Gesteine, die unter ultraviolettem Licht angeregt werden). Ihre durchschnittliche Größe in Granit beträgt 0,1 bis 0,3 mm, aber sie können in Pegmatiten und Karbonatiten größer werden. Aus Kanada wurde ein Kristall beschrieben, der 30 cm lang und 7 kg schwer war.

Die Eigenschaften von Zirkon
Chemisches Symbol	ZrSiO4
Relative Dichte	4,6-4.7 g/cm3
Härte	7,5 auf Mohs-Skala
Name	Benannt nach dem arabischen Wort ‘Zargun‘, (abgeleitet von den persischen Wörtern: zar bedeutet Gold und gun bedeutet Farbe).

Verwendet

Zirkons Härte macht es als Schleifmittel nützlich und es hat einen hohen Schmelzpunkt (über 2500 ° C), so dass es in der Stahlindustrie verwendet wird, um Öfen auszukleiden. Zirkon enthält die Metalle Zirkonium und Hafnium. Zirkonium ist extrem hart und korrosionsbeständig und wird daher zur Herstellung von Rohren für aggressive Chemikalien, Kernreaktorverkleidungen, Wärmetauscher und Speziallegierungen verwendet. Zirkonium findet sich in Computerlaufwerken, in leichter Kleidung und in vielen Haushaltsprodukten wie Kugelschreibern und verschleißfesten Messern. Hafnium wird in nuklearen Kontrollstäben und Superlegierungen verwendet. Zirkonprodukte werden auch in Motoren, Elektronik, Raumfahrzeugen und der Keramikindustrie eingesetzt.Zirkone können Prozesse wie Erosion, Transport und Metamorphose überleben, so dass sie eine Aufzeichnung vergangener geologischer Prozesse bewahren. Sie sind eines der wichtigsten Mineralien, mit denen Geologen das Alter von Gesteinen bestimmen. Zirkone enthalten Spuren von Uran und Thorium, die im Laufe der Zeit radioaktiv zerfallen. Weil die Rate des radioaktiven Zerfalls bekannt ist, Wissenschaftler können die winzigen Mengen dieser Elemente in einem Zirkon messen, um herauszufinden, wie alt ein Wirtsgestein ist. Zirkone, die aus Gesteinen von Jack Hills in Westaustralien gewonnen werden, sind bis zu 4,4 Milliarden Jahre alt.

Weitere Informationen darüber, wie Zirkone verwendet werden, um das Alter von Gesteinen zu ermitteln.

Zirkon ist ein beliebter Edelstein, da er in einer Vielzahl von Farben erhältlich ist und farblose, facettierte Zirkone als Ersatz für Diamanten verwendet wurden. Hyazinthe ist der Name des Edelsteinqualitätszirkons, der gelb-rot bis rotbraun ist, und Starlite der Name, der dem blauen, wärmebehandelten Zirkon gegeben wird. Zirkon wird manchmal mit Zirkonia verwechselt, der synthetischen kristallinen Form von Zirkoniumdioxid (ZrO4), die geschnitten und als Edelstein verwendet werden kann.

Geschichte

Zirkon ist ein beliebter Edelstein, der seit fast 2000 Jahren verwendet wird. Edelstein-Zirkon wird seit Hunderten von Jahren aus Flusslagerstätten in Sri Lanka, Kambodscha, Myanmar und Vietnam hergestellt. Zirkone werden in der Bibel erwähnt und eine hinduistische Legende beschreibt grüne Zirkonblätter, die einem Gott als Geschenk gegeben wurden.

1789 entdeckte der deutsche Chemiker Martin Heinrich Klaproth bei der Analyse der Zusammensetzung von Zirkonium Zirkonium. Dieses Metall wurde dann 1824 von Jöns Jacob Berzelius, einem schwedischen Chemiker, aus Zirkon isoliert.

Blauer Zirkon findet sich in vielen englischen Nachlassschmuckstücken, die in den 1880er Jahren hergestellt wurden, weil er zu dieser Zeit in Mode war. In den frühen 1900er Jahren wurde Zirkon jedoch manchmal betrügerisch als Ersatz für Diamanten verwendet, so dass der Edelstein oft als ‘Imitationsedelstein‘ angesehen wird.Mineralsande, die Zirkone enthielten, wurden erstmals 1934 in Australien in Byron Bay, New South Wales, abgebaut. Der Sandbergbau expandierte dann entlang der Küste bis nach Fraser Island in Queensland. Weitere Vorkommen von Mineralsanden wurden in den 1970er und 1980er Jahren in Westaustralien entdeckt. Mineralsandvorkommen sind heute in jedem australischen Bundesstaat und im Northern Territory bekannt.

Bildung

Zirkon ist sehr häufig und in der Erdkruste weit verbreitet. Es kommt in den meisten magmatischen und metamorphen Gesteinen vor; es kann jedoch aufgrund seiner sehr geringen Partikelgröße nicht bemerkt werden. Aufgrund seiner Härte und Haltbarkeit verwittert es nicht leicht, kommt also auch in Sedimentablagerungen vor und ist ein häufiger Bestandteil der meisten Sande. Zirkon kommt jedoch selten in mafischen Gesteinen und sehr selten in ultramafischen magmatischen Gesteinen vor.

Zirkonkörner sind normalerweise nur wenige Millimeter groß, aber einige der größten Kristalle von werden in Pegmatiten, karbonatreichen magmatischen Gesteinen und in Kalksteinen gebildet, die durch heiße Flüssigkeiten verändert wurden (hydrothermale Metamorphose).

Die Bildung von Zirkonablagerungen kann Millionen von Jahren dauern. Wenn Steine, die Zirkone enthalten, verwittert und erodiert werden, werden winzige Zirkonkörner freigesetzt. Sie können Millionen von Jahren in Böden, Sedimenten oder Sedimentgesteinen verbleiben und mehrere Verwitterungszyklen überleben, Erosion, Ablagerung und Auftrieb. Alternativ können die Körner zusammen mit anderen härteren Mineralien durch Bäche zum Meer transportiert werden. Die schwereren Mineralien werden dann von Wellen wieder an den Strand gespült. Diese Prozesse erzeugen schließlich eine große Ablagerung von Zirkonsand am Strand.

Ressourcen

Australien hat die weltweit größten Ressourcen an Zirkon (etwa 35% des weltweiten Zirkons). Australien produziert auch mehr Zirkon als jedes andere Land; Allein im Jahr 2016 wurden 560 kt Zirkonkonzentrat aus Australien exportiert. Der größte Teil dieses Materials wurde aus schweren Mineralsandvorkommen in Victoria und Westaustralien gewonnen. Diese alluvialen Ablagerungen enthalten hauptsächlich Submillimeterkörner von Zirkon, die aus der Verwitterung von Gesteinen stammen.

Mineralsandvorkommen sind in Australien weit verbreitet; Sie kommen entlang der Küste Ostaustraliens vom Zentrum von New South Wales bis Cape York in Queensland vor. Große alte Strandvorkommen finden sich in Victoria, im Südwesten von New South Wales und in Südaustralien im Murray Basin und im Eucla Basin in Südaustralien und Westaustralien. Anderswo in Westaustralien, Ablagerungen werden entlang der Küstenlinie von der Südspitze bis nach Derby gefunden. Etwa 10% der Ressourcen können nicht abgebaut werden, da sie sich in Küstennähe befinden, das Land für Landwirtschaft, Nationalparks oder Stadtentwicklung genutzt wird.Die Hauptquelle für Zirkone in australischer Edelsteinqualität sind alluviale Ablagerungen aus alkalischen Basalten in Tasmanien, New South Wales und Queensland. Der bekannteste Versteinerungsort für Zirkon in Edelsteinqualität ist das Mud Tank Field in den Strangways, Northern Territory. In Ergänzung, Zirkon wird oft neben Saphiren gefunden, So kann in den Edelsteinfeldern von Queensland und New South Wales gefunden werden.

Weitere Ressourcen- und Produktionsinformationen.

Bergbau

Zirkon wird seit über 2000 Jahren aus Bachschotter abgebaut. Dieser frühe Abbau von Zirkon diente hauptsächlich dazu, attraktive Kristalle für die Verwendung als Edelsteine zu erhalten. Heute wird der meiste Zirkon aus Bergbausedimenten aus Strand- oder Schwemmlandablagerungen gewonnen. Zirkon ist oft ein Nebenprodukt bei Bergbau- oder Verarbeitungsbetrieben, in denen Ilmenit und Rutil wegen ihres Titangehalts abgebaut werden.

Zirkon wird durch Trockenabbau gewonnen, wenn die Lagerstätte flach ist oder härtere Materialien enthält. Bagger und Schaber werden verwendet, um das Erz auszugraben, das dann mit Lastwagen oder Bulldozern zur Erstverarbeitungsanlage transportiert wird. Das Erz wird dann zu einer nassen Konzentratoranlage durch Überlandförderer oder über eine Schlammrohrleitung befördert.

Dredge (nass) Bergbaumethoden werden verwendet, wenn das Erz unter dem Grundwasserspiegel oder in hohen Dünengebieten liegt. Dieser Prozess beinhaltet einen Bagger, der in einem künstlichen Teich schwimmt. Es kratzt Sand auf, der dann für die erste Verarbeitungsstufe an einen am Bagger angebrachten Nasskonzentrator geschickt wird. Der Bagger bewegt sich kontinuierlich und hinterlässt den Bergesand. Nach der Gewinnung des Mineralsandes sanieren Bergbauunternehmen das Land und ersetzen die Vegetation.

Einige der besten Zirkonkristalle in Edelsteinqualität werden direkt aus Hohlräumen in Pegmatit gewonnen. Die Zirkone werden dann gewogen und sortiert, bevor sie zum Schneiden oder Behandeln geschickt werden.

Verarbeitung

Durch die Dichte des Zirkons können die Körner durch mechanische Trennung von den anderen Sandmineralien zurückgewonnen werden. In der Nasskonzentrationsanlage wird der abgebaute Mineralsand oder -erz durch eine Reihe von Spiralabscheidern gewaschen, um die schweren Mineralien von den leichteren Quarz- und Tonmaterialien zu trennen. Anschließend werden die Schwermineralien in einem trockenen Prozesskreislauf mit magnetischen und elektrostatischen Plattenseparatoren bei verschiedenen Temperaturen in die Komponentenmineralien getrennt. Der Zirkon wird getrocknet, sortiert und sortiert und manchmal in den Mühlen gemahlen, bevor er transportiert wird.

Die meisten natürlichen Zirkone in Edelsteinqualität sind gelb, rot oder braun. Durch Erhitzen und Bestrahlen können farblose, blaue, grüne und viele andere Zirkonfarben erzeugt werden. Blau ist die beliebteste zirkon edelstein farbe. Zirkon, der für die Verwendung in Schmuck facettiert ist, ist meist ohne Einschlüsse, aber sie können lange parallele Einschlüsse enthalten, die den Katzenaugeneffekt erzeugen, wenn der Stein als Cabochon geschnitten wird. Zirkone werden normalerweise im brillanten Stil geschnitten, aber es gibt auch den Zirkonschliff, der acht zusätzliche Facetten um den unteren Teil des Edelsteins hat.

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