Coffinita

Coffinita é um mineral de silicato contendo urânio com fórmula: U(SiO₄)_1−x(OH)_4x. Ocorre como incrustações pretas, de cor escura a marrom-claro em seções finas. Possui uma faixa preto-acinzentada. Apresenta fratura frágil a concoidal, com dureza entre 5 e 6. ^{[1][2][3][4][5][6][7][8][9][10][11][12][13]}

Foi descrita pela primeira vez em 1954 para uma ocorrência na Mina La Sal No. 2, Beaver Mesa, Condado de Mesa, Colorado, EUA, e nomeado em homenagem ao geólogo americano Reuben Clare Coffin (1886–1972).^[2] Tem ampla ocorrência global em depósitos de minério de urânio e vanádio do tipo Planalto do Colorado. Ela substitui a matéria orgânica em depósitos de arenito e de veios hidrotermais. Ocorre em associação com uraninita, torita, pirita, marcasita, roscoelita, minerais de argila e matéria orgânica amorfa.^[2]

A fórmula química da Coffinite é U(SiO₄) _1−x (OH) _4x.^[4][14] Os padrões de pó de raios X de amostras de coffinita permitiram que os geólogos o classificassem como um novo mineral em 1955.^[4] Uma comparação com o padrão de pó de raios X do zirconita (ZrSiO₄) e da torita (ThSiO₄) foi a base para esta classificação.^[5] A análise química preliminar indicou que o silicato uranoso exibiu substituição de hidroxila.^[5] Os resultados da análise química preliminar de Sherwood foram baseados em amostras de três locais. Ligações hidroxila e ligações silício-oxigênio também provaram existir após análises espectrais de absorção infravermelha terem sido realizadas.^[6] A substituição da hidroxila ocorre como (OH)₄⁴⁻ para (SiO₄)⁴⁻.[1] O constituinte hidroxila na caixinha provou mais tarde ser não essencial na formação de um mineral sintético estável.^[6] Análises recentes de microssonda eletrônica dos cristais submicroscópicos revelaram uma abundância de cálcio, ítrio, fósforo e substituições mínimas de chumbo, juntamente com traços de outros elementos raros.^[7]

A coffinita é isoestrutural com os ortossilicatos zircão (ZrSiO ₄) e torita (ThSiO₄).^[15] Stieff et al. analisaram a coffinita usando a técnica de difração de raios X em pó e determinaram que ela tem uma estrutura tetragonal.^[6] Ocorrendo naturalmente com cátions U⁴⁺, os dodecaedros triangulares UO₈ coordenam-se com tetraedros SiO alternados e de arestas compartilhadas em cadeias ao longo do eixo c.^[10] O sítio central de urânio da coffinita é cercado por oito tetraedros de SiO₄ . As dimensões da rede da coffinita natural e sintética são semelhantes, com uma amostra natural da Mina Arrowhead, Condado de Mesa, Colorado tendo a=6,93kx, c=6,30kx, e uma amostra sintetizada por Hoekstra e Fuchs tendo a=6,977kx e c=6,307kx.^[14][11]

O exame inicial da coffinita por Stieff et al. descreveu o mineral como sendo de cor preta com um brilho adamantino, indistinguível da uraninita (UO₂).^[6] Além disso, os descobridores relataram que, embora nenhuma clivagem seja vista na coffinita, ela apresenta fratura subconcoide e é de granulação muito fina. As amostras iniciais apresentaram textura quebradiça e dureza entre 5 e 6, com densidade de 5,1.^[6] Amostras posteriores da Mina Woodrow no Novo México coletadas por Moench mostraram estrutura interna fibrosa e cristalização excepcional.^[8] Uma seção fina polida de coffinita tem uma cor marrom e mostra transmissão anisotrópica de luz.^[8] A análise óptica produziu um índice de refração de cerca de 1,74.^[8]

A coffinita foi descoberta pela primeira vez em depósitos de urânio sedimentar na região do Planalto do Colorado,^[9] mas também foi descoberta em depósitos de urânio sedimentar e veios hidrotermais em muitos outros locais.^[7] As amostrasdo Planalto do Colorado foram encontradas com minerais de vanádio pretos de baixa valência e granulação fina, uraninita e material orgânico preto finamente disperso.^[14][6] Outros materiais associados a descobertas posteriores da mesma região foram argila e quartzo.^[9] Em depósitos de veios da Mina Copper King no Colorado, também foi encontrada coffinite com uraninita e pechblenda.^[6] A coffinita é metaestável^[12] em comparação com a uraninita e o quartzo, portanto a formação da coffinite requer uma fonte de urânio em condições redutoras, como evidenciado pela presença associada de minerais de vanádio de baixa valência.^[6] A solução rica em sílica fornece essa condição redutora nos casos em que a caixinha resulta como um produto de alteração da uraninita.^[10] Hansley e Fitzpatrick também notaram que a cor acastanhada de suas amostras de coffinita foi causada por material orgânico, levando-os a concluir que a coffinita também pode se formar em condições de baixa temperatura se houver carbono orgânico presente.^[7] Esta descoberta é consistente com as amostras do Planalto do Colorado, que incluíam madeira fossilizada.^[9] Na China, a coffinita pode ser encontrada em granito, além de arenito.^[9] Hansley e Fitzpatrick concluíram que a coffinita de granulação grossa provavelmente se forma em ambientes de alta temperatura.^[7] Coffinita e uraninita precipitam dentro de regiões brechadas e fraturadas de granito alterado a pressões entre 500 e 800 barras e temperaturas de 126 a 178 °C.^[9]

Uma grande percentagem do fornecimento de urânio da Terra está contida em depósitos de coffinita,^[16] o que é significativo devido à utilização do urânio na energia nuclear. Os depósitos sedimentares contêm as amostras mais radioativas,^[4] como evidenciado pela conffinita intensamente radioativa encontrado no Planalto do Colorado.^[4] Pesquisadores da Universidade de Harvard, do Serviço Geológico dos Estados Unidos (USGS) e de várias outras instituições tentaram, sem sucesso, sintetizar a coffinita em meados da década de 1950, após sua descoberta inicial.^[4] Em 1956, Hoekstra e Fuchs conseguiram criar amostras estáveis de coffinita sintética. Toda essa pesquisa foi conduzida para a Comissão de Energia Atômica dos Estados Unidos.^[11]