黄铁矿简介

avatar 2019-09-0515:00:25 评论 22

黄铁矿


黄铁矿,英文为pyrite (/ˈpaɪraɪt/)[5],也被称为傻瓜金,是一种铁硫化物,化学公式为FeS2(二硫化铁),是一种最常见的硫化物矿物。

黄铁矿立方体晶体

By CarlesMillan - Own work, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=20844289

 

黄铁矿的金属光泽和淡黄铜黄色的色调使它表面上类似于黄金,因此有一个众所周知的绰号傻瓜金。这种颜色还导致了英文中黄铜(brass)、铜(brazzle)和巴西(Brazil)的昵称,主要指煤中发现的黄铁矿[6][7]。

黄铁矿通常在石英脉、沉积岩和变质岩中与其他硫化物或氧化物伴生,也在煤层中发现,并在化石中作为一种替代矿物,但也在赤足腹足类的硬化剂中发现[12]。尽管被称为傻瓜金,黄铁矿有时与少量的黄金一起被发现。金和砷在黄铁矿结构中耦合替代。在卡林型金矿床中,砷黄铁矿含金量可达0.37%[13]。

自形的黄铁矿晶体

By Didier Descouens - Own work, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=6361844

用途


黄铁矿在16世纪和17世纪作为早期火器的引燃源(最著名的是簧轮枪)而短暂流行,在簧轮枪中,黄铁矿样品被放置在一个圆形的锉刀上,以擦出开枪所需的火花。

从古典时代起,黄铁矿就被用来制造绿矾(铁(II)硫酸盐)。将黄铁矿堆积起来,让其自然风化(这是早期堆浸的一个例子)。然后用铁煮沸堆中的酸性浸流,产生硫酸铁。15世纪,新的浸出方法开始取代硫磺燃烧作为硫酸的来源。到了19世纪,它已经成为最主要的方法[14]。

黄铁矿仍在商业上用于生产二氧化硫,用于造纸等工业和硫酸的生产。硫铁矿在540°C(1004°F)开始热分解为FeS(铁(II)硫化物)和单质硫;在700°C(1292°F)左右,PS2约为1atm。[15]

黄铁矿较新的商业用途是用于不可充电锂电池的阴极材料[16]。

黄铁矿是一种带隙为0.95 eV的半导体材料。纯黄铁矿天然为n型,晶体和薄膜形式都是,这可能是由于硫铁矿晶体结构中的硫空位充当了n-掺杂剂[18]。

20世纪初,黄铁矿被用作无线电接收机的矿物探测器,至今仍被晶体无线电爱好者所使用。在真空管成熟之前,晶体探测器是最灵敏、最可靠的探测器——在某一特定类型的矿物中,矿物类型甚至单个样品之间都有相当大的差异。黄铁矿探测器处于方铅矿探测器和机械上更为复杂的双晶矿物对之间。硫铁矿探测器可以像现代1N34A锗二极管探测器一样灵敏[19][20]。

黄铁矿被认为是一种丰富、无毒、廉价的低成本光伏太阳能电池板材料。合成硫化铁和硫化铜被用于制造光伏材料。最近的研究方向是完全由黄铁矿制成的薄膜太阳能电池。[23]

黄铁矿被用来制作白铁矿珠宝。麦凯赛首饰是由黄铁矿上雕琢平面的小块,通常用银镶嵌而成,自古以来就为人所知,在维多利亚时代很受欢迎。当这个术语在珠宝制作中变得普遍时,“麦凯赛”是指包括黄铁矿在内的所有铁硫化物,而不是指颜色较浅、易碎、化学不稳定、不适合珠宝制作的正交FeS2矿物白铁矿。麦凯赛珠宝实际上并不含有白铁矿。

中国是黄铁矿主要进口国,进口量约为37.6万吨,占全球进口总量的45%。中国也是未焙烧黄铁矿进口增长最快的国家,2007年至2016年的CAGR为+27.8%。按价值计算,中国(4700万美元)是全球最大的未焙烧黄铁矿进口市场,占全球进口的65%[25]。

 

黄铁矿、白铁矿和毒砂的氧化态


从古典无机化学的观点来看,黄铁矿最好用Fe2+S22−来描述。以这种形式可认识到黄铁矿中的硫原子是成对出现的,并具有明显的S-S键。这些过硫化物单元可以看作是由二硫化氢H2S2衍生而来。因此,黄铁矿更确切地说是过硫化铁,而不是二硫化铁。相比之下,辉钼矿,MoS2,具有孤立的硫化物(S2−)中心,钼的氧化态是Mo4+。砷黄铁矿的分子式为FeAsS。黄铁矿有S2亚基,毒砂则有[AsS]亚基,形式上源于H2AsSH的脱质子作用。经典氧化态分析建议将砷酸盐描述为Fe3+[AsS]3−[26]。

 

结晶学


黄铁矿立方面心结构

By Materialscientist - Own work, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=10379959

铁黄铁矿FeS2是晶体黄铁矿结构的原型化合物。该结构为简单的立方结构,是用x射线衍射法求解的首批晶体结构之一。它属于结晶空间群Pa3,用Strukturbericht符号C2表示。在热力学标准条件下,化学计量黄铁矿FeS2的晶格常数为541.87 pm。晶胞由一个铁立方面心晶格组成,其中含有S离子。过渡金属M和氧族元素X = O, S, Se, Te的其他化合物MX2也采用了黄铁矿结构。也有一些X代表P、As、Sb等的氮族元素采用黄铁矿结构
在第一个成键球中,铁原子被六个S近邻围绕,呈扭曲的八面体排列。材料是一种抗磁性半导体,铁离子应该是处于低自旋的二价态(如穆斯堡尔光谱和XPS所示),而不是化学计量学所建议的四价态。
黄铁矿结构中X离子的位置可借鉴萤石结构,从一个假设的Fe2+(S -)2结构开始。然而,Caf2中的F -离子占据了立方单元格的8个亚立方的中心位置(1⁄4 1⁄4 1⁄4),而FeS2中的S离子则从这些高度对称的位置沿<111>轴移动到(uuu)和对称等价的位置。在这里,参数u应该被看作是一个自由原子参数,它在不同的硫铁矿结构化合物中取值不同(铁硫铁矿FeS2: u(S) = 0.385[30])。从萤石u = 0.25到黄铁矿u = 0.385的转变是相当大的,并产生了一个S-S距离,这显然是一个结合距离。这并不奇怪,因为与F - an离子S -相反,它不是一个封闭的壳层。它与氯原子等电子,也经历配对形成Cl2分子。低自旋Fe2+和二硫键S22 -都是封闭的壳层实体,解释了其抗磁性和半导体性质。

S原子与三个铁原子和另一个S原子成键。Fe和S位置的位置对称性分别由点对称群C3i和C3来解释。S点位反转中心的缺失对黄铁矿的结晶学和物理性质有重要影响。这些结果来自于硫晶格位置上活跃的晶体电场,它导致了黄铁矿晶格中S离子的极化。极化可以用高阶马德隆常数来计算,必须用广义玻恩-哈伯循环来计算晶格能。这反映了硫对中的共价键不能被严格的离子处理充分解释的事实。
砷黄铁矿的相关结构为杂原子As-S对,而非同原子As-S对。白铁矿也具有同原子阴离子对,但金属和双原子阴离子的排列与黄铁矿不同。尽管黄铜矿的名字叫chalcopyrite,但它并不含有对二氧化二砷离子,而是含有单一的S2 -硫化物阴离子。

晶体习性


黄铁矿通常形成长方体晶体,有时紧密结合形成覆盆子状的团块,称为莓球粒(framboid),中国称草莓状黄铁矿。然而,在某些情况下,它可以形成静脉装或t形晶体。黄铁矿也可以形成几乎完美的十二面体形状,即所谓的梨形体,这就解释了早在公元前5世纪在欧洲发现的人工几何模型。

品种


方硫钴矿(CoS2)和方硫镍矿 (NiS2)结构相似,也属于黄铁矿族。

镍黄铁矿是含镍、钴黄铁矿的一种,在黄铁矿中,> 50%的Ni2+取代了Fe2+。镍黄铁矿(Bravoite)并不是一种正式认可的矿物,而是以秘鲁科学家何塞·布拉沃(1874-1928)的名字命名的(这里指英文名字)。

与相似矿物的区别
它与天然金的区别在于它的硬度、脆性和晶体形态。天然黄金往往是四面体(形状不规则),而黄铁矿则是立方体或多面体晶体。黄铁矿通常可以通过其表面的条纹来区分,在许多情况下,条纹可以在其表面看到。黄铜矿是明亮的黄色与超市环境下的绿色色调时,较软(3.5-4的莫氏规模)。[35]毒砂呈银白色,潮湿时不会变黄。

危害


黄铁矿溶蚀空洞

黄铁矿溶蚀后在围岩中产生空洞,并留下少量的金 By Matt Affolter at en.wikipedia, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=11448348

黄铁矿在地球表面不稳定:暴露在空气和水中的铁黄铁矿分解为氧化铁和硫酸盐。酸化硫杆菌的作用加快了这一过程,它氧化黄铁矿生产亚铁和硫酸盐。当黄铁矿处于细晶体和粉尘中时,这些反应发生得更快,而这正是大多数采矿作业中黄铁矿所采取的形式。

酸性排水


黄铁矿分解释放的硫酸盐与水结合,产生硫酸,导致酸性排水。

粉尘爆炸


黄铁矿氧化放热充分,高硫煤层地下煤矿采空区有时会出现严重的自燃问题。解决办法是密封采空区以排除氧气。
在现代煤矿中,石灰石粉尘被喷到暴露的煤体表面,以减少粉尘爆炸的危险。这样做的第二个好处是中和了黄铁矿氧化释放的酸,从而减缓了上述氧化循环,从而降低了自燃的可能性。然而,从长期来看,氧化作用仍在继续,形成的水合硫酸盐可能施加结晶压力,使岩石裂缝扩大,最终导致顶板坍塌

削弱建筑材料


含黄铁矿的建筑石材在黄铁矿氧化过程中呈褐色。如果存在任何白铁矿,这个问题似乎会严重得多。当黄铁矿氧化时,混凝土骨料中黄铁矿的存在会导致混凝土的严重劣化。[39] 2009年初,卡特里娜飓风过后中国进口到美国的干式墙出现问题,原因是黄铁矿氧化,释放硫化氢气体。这些问题包括散发出臭味和铜线的腐蚀。[40]在美国、加拿大 [41]和最近在爱尔兰,[42][43][44],黄铁矿被用作地下填充,其污染已造成重大的结构破坏。

 

参考文献


Hurlbut, Cornelius S.; Klein, Cornelis (1985). Manual of Mineralogy (20th ed.). New York, NY: John Wiley and Sons. pp. 285–286. ISBN 978-0-471-80580-9.

"Pyrite". Webmineral.com. Retrieved 2011-05-25.

"Pyrite". Mindat.org. Retrieved 2011-05-25.

Anthony, John W.; Bideaux, Richard A.; Bladh, Kenneth W.; Nichols, Monte C., eds. (1990). "Pyrite" (PDF). Handbook of Mineralogy. Volume I (Elements, Sulfides, Sulfosalts). Chantilly, VA, US: Mineralogical Society of America. ISBN 978-0962209734.

https://dictionary.cambridge.org/dictionary/english/pyrite

Jackson, Julia A.; Mehl, James; Neuendorf, Klaus (2005). Glossary of Geology. American Geological Institute. p. 82. ISBN 9780922152766 – via Google Books.

Fay, Albert H. (1920). A Glossary of the Mining and Mineral Industry. United States Bureau of Mines. pp. 103–104 – via Google Books.

Henry George Liddell; Robert Scott (eds.). "πυρίτης". A Greek-English Lexicon. Tufts University – via Perseus.

Henry George Liddell; Robert Scott (eds.). "πύρ". A Greek-English Lexicon. Tufts University – via Perseus.

Dana, James Dwight; Dana, Edward Salisbury (1911). Descriptive Mineralogy (6th ed.). New York: Wiley. p. 86.

"De re metallica". The Mining Magazine. Translated by Hoover, H.C.; Hoover, L.H. London: Dover. 1950 [1912]. see footnote on p. 112.

"Armor-plated snail discovered in deep sea". news.nationalgeographic.com. Washington, DC: National Geographic Society. Retrieved 2016-08-29.

Fleet, M. E.; Mumin, A. Hamid (1997). "Gold-bearing arsenian pyrite and marcasite and arsenopyrite from Carlin Trend gold deposits and laboratory synthesis" (PDF). American Mineralogist. 82: 182–193.

"Industrial England in the Middle of the Eighteenth Century". Nature. 83 (2113): 264–268. 1910-04-28. Bibcode:1910Natur..83..264.. doi:10.1038/083264a0.

Rosenqvist, Terkel (2004). Principles of extractive metallurgy (2nd ed.). Tapir Academic Press. p. 52. ISBN 978-82-519-1922-7.

"Cylindrical Primary Lithium [battery]". Lithium-Iron Disulfide (Li-FeS2) (PDF). Handbook and Application Manual. Energizer Corporation. 2017-09-19. Retrieved 2018-04-20.

Ellmer, K. & Tributsch, H. (2000-03-11). "Iron Disulfide (Pyrite) as Photovoltaic Material: Problems and Opportunities". Proceedings of the 12th Workshop on Quantum Solar Energy Conversion – (QUANTSOL 2000). Archived from the original on 2010-01-15.

Xin Zhang & Mengquin Li (2017-06-19). "Potential resolution to the doping puzzle in iron pyrite: Carrier type determination by Hall effect and thermopower". Physical Review Materials. Archived from the original on 2017-06-19.

The Principles Underlying Radio Communication. U.S. Army Signal Corps. Radio Pamphlet. 40. 1918. section 179, pp. 302–305 – via Google Books.

Thomas H. Lee (2004). The Design of Radio Frequency Integrated Circuits (2nd ed.). Cambridge, UK: Cambridge University Press. pp. 4–6. ISBN 9780521835398 – via Google Books.

Wadia, Cyrus; Alivisatos, A. Paul; Kammen, Daniel M. (2009). "Materials availability expands the opportunity for large-scale photovoltaics deployment". Environmental Science & Technology. 43 (6): 2072–7. Bibcode:2009EnST...43.2072W. doi:10.1021/es8019534. PMID 19368216.

Sanders, Robert (17 February 2009). "Cheaper materials could be key to low-cost solar cells". Berkeley, CA: University of California – Berkeley.

Xin Zhang & Mengquin Li (2017-06-19). "Potential resolution to the doping puzzle in iron pyrite: Carrier type determination by Hall effect and thermopower". Physical Review Materials. Archived from the original on 2017-06-19.

Hesse, Rayner W. (2007). Jewelrymaking Through History: An Encyclopedia. Greenwood Publishing Group. p. 15. ISBN 978-0-313-33507-5.

"Which Country Imports the Most Unroasted Iron Pyrites in the World? – IndexBox". www.indexbox.io. Retrieved 2018-09-11.

Vaughan, D. J.; Craig, J. R. (1978). Mineral Chemistry of Metal Sulfides. Cambridge, UK: Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-21489-6.

Bragg, W. L. (1913). "The structure of some crystals as indicated by their diffraction of X-rays". Proceedings of the Royal Society A. 89 (610): 248–277. Bibcode:1913RSPSA..89..248B. doi:10.1098/rspa.1913.0083. JSTOR 93488.

Birkholz, M.; Fiechter, S.; Hartmann, A.; Tributsch, H. (1991). "Sulfur deficiency in iron pyrite (FeS2−x) and its consequences for band structure models". Physical Review B. 43 (14): 11926–11936. Bibcode:1991PhRvB..4311926B. doi:10.1103/PhysRevB.43.11926.

Brese, Nathaniel E.; von Schnering, Hans Georg (1994). "Bonding Trends in Pyrites and a Reinvestigation of the Structure of PdAs2, PdSb2, PtSb2 and PtBi2". Z. Anorg. Allg. Chem. 620 (3): 393–404. doi:10.1002/zaac.19946200302.

Stevens, E. D.; Delucia, M. L.; Coppens, P. (1980). "Experimental observation of the Effect of Crystal Field Splitting on the Electron Density Distribution of Iron Pyrite". Inorg. Chem. 19 (4): 813–820. doi:10.1021/ic50206a006.

Birkholz, M. (1992). "The crystal energy of pyrite". J. Phys.: Condens. Matter. 4 (29): 6227–6240. Bibcode:1992JPCM....4.6227B. doi:10.1088/0953-8984/4/29/007.

Bonev, I. K.; Garcia-Ruiz, J. M.; Atanassova, R.; Otalora, F.; Petrussenko, S. (2005). "Genesis of filamentary pyrite associated with calcite crystals". European Journal of Mineralogy. 17 (6): 905–913. Bibcode:2005EJMin..17..905B. CiteSeerX 10.1.1.378.3304. doi:10.1127/0935-1221/2005/0017-0905.

The pyritohedral form is described as a dodecahedron with pyritohedral symmetry; Dana J. et al., (1944), System of mineralogy, New York, p 282

Mindat – bravoite. Mindat.org (2011-05-18). Retrieved on 2011-05-25.

Pyrite on. Minerals.net (2011-02-23). Retrieved on 2011-05-25.

Andrew Roy, Coal Mining in Iowa, Coal Trade Journal, quoted in History of Lucas County Iowa, State Historical Company, Des Moines (1881) pp. 613–615.

Zodrow, E (2005). "Colliery and surface hazards through coal-pyrite oxidation (Pennsylvanian Sydney Coalfield, Nova Scotia, Canada)". International Journal of Coal Geology. 64: 145–155. doi:10.1016/j.coal.2005.03.013.

Bowles, Oliver (1918) The Structural and Ornamental Stones of Minnesota. Bulletin 663, United States Geological Survey, Washington. p. 25.

Tagnithamou, A; Sariccoric, M; Rivard, P (2005). "Internal deterioration of concrete by the oxidation of pyrrhotitic aggregates". Cement and Concrete Research. 35: 99–107. doi:10.1016/j.cemconres.2004.06.030.

Angelo, William (28 January 2009) A Material Odor Mystery Over Foul-Smelling Drywall. Engineering News-Record.

"PYRITE and Your House, What Home-Owners Should Know Archived 2012-01-06 at the Wayback Machine" – ISBN 2-922677-01-X – Legal deposit – National Library of Canada, May 2000

Shrimer, F. and Bromley, AV (2012) "Pyritic Heave in Ireland". Proceedings of the Euroseminar on Building Materials. International Cement Microscopy Association (Halle Germany)

Homeowners in protest over pyrite damage to houses. The Irish Times (11 June 2011

Brennan, Michael (22 February 2010) Devastating 'pyrite epidemic' hits 20,000 newly built houses. Irish Independent

I.S. EN 13242:2002 Aggregates for unbound and hydraulically bound materials for use in civil engineering work and road construction

Briggs, D. E. G.; Raiswell, R.; Bottrell, S. H.; Hatfield, D.; Bartels, C. (1996-06-01). "Controls on the pyritization of exceptionally preserved fossils; an analysis of the Lower Devonian Hunsrueck Slate of Germany". American Journal of Science. 296 (6): 633–663. Bibcode:1996AmJS..296..633B. doi:10.2475/ajs.296.6.633. ISSN 0002-9599.

 

本文来源:https://en.wikipedia.org/wiki/Pyrite

协议:知识共享许可协议本作品采用知识共享署名 4.0 国际许可协议进行许可。

weinxin
我的微信公众号
扫码关注获得本站一手资讯
avatar

发表评论

:?: :razz: :sad: :evil: :!: :smile: :oops: :grin: :eek: :shock: :???: :cool: :lol: :mad: :twisted: :roll: :wink: :idea: :arrow: :neutral: :cry: :mrgreen: