硫化物(sulfides)及其类似化合物大类是指由金属元素、半金属元素与S、Se、Te、As等相结合形成的化合物。自然界中已发现的该大类矿物种类超过370种。其中以硫化物矿物种类最多。占该大类总量的2/3以上,而其中又以Fe的硫化物占了绝大部分。其类似化合物为硒化物、碲化物、砷化物及个别锑化物、铋化物。该大类矿物是工业上有色金属和稀有分散元素矿产的重要来源。
化学成分
组成本大类矿物的阳离子主要为元素周期表右方的铜型离子(Cu2+、Pb2+、Zn2+、Ag+、Hg2+)及靠近铜型离子一边的过渡型离子(Fe2+、Co2+、Ni2+),阴离子主要是S2-及少量的Se2-、Te2-、As3-、Sb3-、Bi3-等。
阴离子硫可以有不同的价态,大部分呈简单阴离子S2-(如在闪锌矿ZnS中),也可以哑铃型对硫结合呈复硫离子[S2]2-(如在黄铁矿FeS2中)。硒、碲、砷也有类似的不同价态,如红砷镍矿(NiAs)中的As2-、斜方碲铁矿(FeTe2)中的[Te2]2-,此外硫还可与半金属元素砷、锑、铋组成一系列复杂的络阴离子,如[AsS3]3-、[SbS3]3-等。
本大类矿物中类质同像很普遍且多样。既有完全的又有不完全类质同像,既有等价类质同像也可出现异价类质同像。图1归纳了硫化物中阳离子的主要类质同像情况,其中,对角线方向为异价类质同像。值得指出的是,在硫化物中一些稀有分散元素虽然很少与S形成独立矿物,但往往可呈类质同像混入物存在。例如,Re常在辉钼矿中作为类质同像混入物代替Mo,但它却很少呈独立矿物。故在一些硫化物中,含稀有元素的类质同像混入物可作为稀有金属矿床综合利用,因而具有重要的经济意义。
硫化物中阳离子的主要类质同像关系(潘兆橹等,1993)
晶体化学特征
大多数硫化物的晶体结构常可看做S作最紧密堆积,阳离子充填于四面体或八面体空隙中,因此阳离子配位多面体很多是八面体、四面体或由此畸变的多面体。从质点堆积特点来看,硫化物应属于离子化合物,但其晶体却常出现一系列不同于典型离子晶体的特点。这是因为在硫化物及其类似化合物中出现复杂的化学键造成的,晶体中不仅表现共价键性,同时还显示一-定的离子键性,甚至还有金属键性。这种化学键的复杂性源于硫化物的阳离子主要为铜型和靠近铜型离子的过渡型离子,它们位于元素周期表的右方,极化力强,电负性中等。而S的阴离子又易被极化,电负性(相对氧)较小。因而阴、阳离子电负性差较小,致使硫化物的化学键出现上述复杂的过渡性质。本大类矿物同质多像普遍,其同质多像变体主要取决于形成时的温度和成矿溶液的酸碱度等因素。通常温度升高时,形成对称程度较高的变体。例如CuFeS2,当温度高于550℃时,结晶成等轴晶系的黄铜矿,低于该温度,则结晶为四方晶系的黄铜矿。本大类矿物亦常见多型现象,明显的例子有纤维锌矿具154种多型变体,辉钼矿具有2H3R或混合型(2H+3R)多型变体。
形态
本大类矿物的形态变化表现出一定的特征性。相对而言,成分简单的硫化物常可出现对称程度高的形态,如许多矿物具有等轴晶系或六方晶系的形态。而组分复杂的硫盐则对称程度较低,主要为斜方晶系和单斜晶系。大多数硫化物晶形较好,特别是复硫化物黄铁矿、毒砂等完好晶形很常见;硫盐则主要以粒状或块状集合体出现。
物理性质
本大类矿物的物性主要取决于其上述的晶体化学特征。绝大多数矿物呈金属色、金属光泽,条痕色深而不透明,仅少数硫化物如雄黄、雌黄、辰砂、闪锌矿等具金刚光泽、半透明。部分矿物具完好的解理。本大类矿物的硬度变化较大。其中简单硫化物和硫盐矿物硬度低,其硬度介于2~4之间,尤其具层状结构者,如辉钼矿、铜蓝、雌黄等,其硬度甚至降低到1~2之间。而具对阴离子[S2]2-、[Te2]2-、[AsS]2-等的复硫化物及其类似化合物的硬度增高至5~6.5。这一大类矿物的熔点低,相对密度较大,一般在4以上,这是由于它们的阳离子多具有较大的相对原子质量。
成因及产状
本大类绝大部分矿物主要是热液作用的产物。但形成的温度范围很大,有的形成于高温高压环境中,如基性、超基性岩中的铜镍硫化物。本大类矿物在地表氧化环境中很不稳定,易被氧化。如几乎所有的硫化物矿物在地表均被氧化、分解,最初形成易溶于水的硫酸盐,然后形成氧化物(如赤铁矿)、氢氧化物(如针铁矿)、碳酸盐(如孔雀石)和其他含氧盐矿物,组成了硫化物矿床氧化带的矿物成分。当硫酸盐溶液(主要是硫酸铜,偶尔为硫酸银溶液)下渗至氧化带的深部(地下水面附近)时,在氧不足的还原条件下,硫酸铜、硫酸银溶液就与原生硫化物相作用形成次生的铜或银的硫化物(次生辉铜矿、螺硫银矿、铜蓝),从而形成硫化物矿床的次生富集带。
分类
按阴离子或络阴离子的类型不同相应地分为以下3类:
(1)简单硫化物:由阴离子S2-与阳离子(主要为Cu2+、Pb2+、Zn2+、Ag+、Hg2+、Fe2+、Fe3+、Co2+、Ni2+)结合而成,如方铅矿(PbS)、闪锌矿(ZnS)、辰砂(HgS)、磁黄铁矿(Fe1-xS)、黄铜矿(CuFeS2)、辉钼矿(MoS2)。
(2)复硫化物:阴离子为哑铃型对硫[S2]2-、对砷[As2]2-及[AsS]2-、[SbS]2-等与阳离子(主要为Fe2+、Co2+、Ni2+等过渡型离子)结合而成,如黄铁矿(FeS2),毒砂(FeAsS)。
(3)硫盐:所谓硫盐是指硫与半金属元素As.Sb、Bi结合组成络阴离子团[AsS3]3-、[SbS3]3-等形式,然后再与阳离子(主要是Cu2+、Ag+、Pb2+这3种铜型离子)结合而成较复杂的化合物。主要矿物有:硫砷银矿(淡红银矿)(Ag3AsS3)、硫锑银矿(浓红银矿)(Ag3SbS3)、脆硫锑铅矿(Pb4FeSb6S14)、黝铜矿-砷黝铜矿(Cu12Sb4S13-Cu12As4S13)等。
主要矿物描述
方铅矿 (galena)PbS
[化学组成]成分中常含Ag、Cu、Zn、Ti、As、Bi、Sb、Se等元素,其中以Ag最为重要;Se以类质同像置换S;存在着PbS-PbSe完全类质同像系列。
[晶体结构]等轴晶系;Oh5-Fm3m;a0=0.593nm;Z=4。
晶体结构为NaCl型:面心立方格子(图1),S2-立方最紧密堆积,而Pb2+充填于所有八面体空隙中,阴、阳离子的配位数均为6。化学键为离子键一金属键过渡型。
方铅矿晶体结构
[形态]最常呈立方体{100},还可出现八面体{111}、菱形十二面体{110},并有时以八面体与立方体聚形出现。也常见呈粒状、致密块状的集合体。
[物理性质]铅灰色;条痕灰黑色;金属光泽。解理平行{100}完全;含Bi的亚种,则可见平行{111}裂开。硬度2~3。相对密度7.4~7.6。具弱导电性,晶体具有良好的检波性。
[成因及产状] 主要形成于中温热液矿床中,常与闪锌矿一起形成铅锌硫化物矿床。方铅矿也可形成于接触交代矿床中。
我国方铅矿产地很多,以云南金顶、湖南水口山、广东凡口等地最著名。方铅矿在氧化带中不稳定,易转变为铅钒、白铅矿等一系列的次生矿物。
[鉴定特征]铅灰色,强金属光泽,立方体完全解理,相对密度大,硬度小。
[主要用途]为铅的主要矿石矿物;而含Ag的方铅矿又是提炼银的重要矿物原料。晶体还可用作检波器。
闪锌矿 (sphalerite)ZnS
[化学组成]通常含有Fe、Mn、In、Ti、Ag、Ga、Ge等类质同像混入物。其中Fe2+替代Zn2+十分普遍,替代量最高可达26.2%。其富含铁的亚种(Fe2+含量大于8%),称铁闪锌矿(marmatite)。一般地,较高温度条件下形成的闪锌矿,其成分中Fe 和Mn的含量增高,颜色趋深。
[晶体结构]等轴晶系;;a0=0.540nm(纯闪锌矿),Z=4。
具闪锌矿型结构:S2-呈立方最紧密堆.积,Zn2+充填于半数的四面体空隙中。如果从晶胞内离子分布特点描述,则Zn2+分布于单位晶胞的角顶及面心,如将晶胞分为8个小的立方体,则S2-分布于相间的4个小立方体的中心。或者,S2-分布于晶胞角顶及面心,Zn2+分布于小立方体中心,即闪锌矿结构中阴阳离子交换位置,结构是等效的。在小立方体中心的离子是四面体配位。面网{110}为Zn2+和S2-的电性中和面,因此,闪锌矿具有平行{110}的6组完全节理。
[形态]通常呈粒状集合体,有时呈肾状、葡萄状,反映出胶体成因的特征。单晶体常呈四面体,正形和负形的晶面上常见聚形纹。有时呈菱形十二面体(通常为低温下形成)。偶见以{111}为接合面形成双晶,双晶轴平行{111},有时成聚片双晶。闪锌矿的形态具有标型意义:一般地,高温条件下形成的闪锌矿主要是呈正负四面体,并见立方体,中低温下则以菱形十二面体为主。
闪锌矿晶体(具正负四面体的聚形纹)((潘兆橹等,1993))
[物理性质] Fe的含量直接影响闪锌矿的颜色、条痕、光泽和透明度。当含Fe量增多时,颜色为浅黄、棕褐直至黑色(铁闪锌矿);条痕由白色至褐色;光泽由树脂光泽至半金属光泽;透明至半透明。解理平行{110}完全。硬度3.5-4。相对密度3.9~4.1,随含Fe量的增加而降低。不导电。
[成因及产状]闪锌矿是分布最广的锌矿物。常见于各种高、中温热液矿床中,也常出现于接触交代矿床中。在高温热液矿床中,闪锌矿成分中常富含Fe、In、Se和Sn,与毒砂、磁黄铁矿、黄铜矿等矿物共生;在中低温热液矿床中则含Cd、Ga、Ge和Ti,往往与方铅矿共生,有时还出现各种硫盐矿物,如硫锑铅矿。
此外,闪锌矿还有表生沉积成因的。闪锌矿在氧化带中形成菱锌矿Zn[CO3]、异极矿Zn4[Si2O7](OH)2等次生矿物。
菱锌矿 异极矿
[鉴定特征]以其具多组完全解理 .粒状晶形、硬度小、金刚光泽以及常与方铅矿密切共生为特征。
[主要用途] 最重要的锌矿石矿物原料。其成分中所含Cd、In、Ge、Ca、Ti等一系列稀有元素可综合利用。良好的闪锌矿的单晶可用作紫外半导体激光材料。
黄铜矿 (chalcopyrite) CuFeS2
[化学组成] 其成分中可有Mn、As、Sb、Ag、Au、Zn、In、Bi、Se、Te等元素混入,个别情况下Mn达3% ,As达1.5% ,Sb达1%。当形成温度高于200℃时,其成分与理想化学式比较,S不足,即NCu+Fe:Ns>1。形成温度越高,缺S越多形成温度低于200℃时,其成分与理想化学式一致,即NCu+Fe:NS=1。
[晶体结构]四方晶系;a0=0.524 nm,c0=1.032nm;Z=4。晶体结构为闪锌矿型结构的衍生结构(图19-5),即其单位晶胞类似于将两个闪锌矿晶胞叠置而成。每一金属离子(Cu2+和Fe2+)的位置均相当于闪锌矿中Zn2+的位置,但由于Zn2+位置被Cu2+和Fe2+两种离子代替并有序分布,使其对称由原闪锌矿结构的等轴晶系下降为四方晶系。高温无序黄铜矿仍保留闪锌矿结构的等轴晶系。
[形态]通常为致密块状或分散粒状集合体。偶尔出现隐晶质肾状形态。晶体常见单形有四方四面体、四方双锥,但单晶较少见。
[物理性质]颜色为铜黄色,但往往带有暗黄或斑状锖色;条痕绿黑色;金属光泽;不透明。解理不发育。硬度3~4。相对密度4.1 ~4.3。性脆。能导电。
[成因及产状]
黄铜矿成因类型较多。
(1)在与基性岩有关的铜镍硫化物岩浆矿床中,与磁黄铁矿、镍黄铁矿共生。
(2)在接触交代矿床中,黄铜矿充填于石榴子石或透辉石等夕卡岩矿物间。
(3)在中温热液矿床中,黄铜矿往往与黄铁矿、方铅矿、辉钼矿及方解石、石英共生。在地表氧化环境中,黄铜矿易于氧化、分解,可形成孔雀石、蓝铜矿。
在含铜硫化物矿床的次生富集带中,黄铜矿被次生斑铜矿、辉铜矿和铜蓝所交代。
[鉴定特征]黄铜矿与黄铁矿相似,但可以其更黄的颜色和较低的硬度加以区别。与自然金的区别在于绿黑色的条痕,性脆及溶于硝酸。.
[主要用途] 炼铜的主要矿石矿物。
磁黄铁矿 (pyrrhotite)Fe1-xS
[化学组成]FeS元素组成的理论值为Fe63.53%,S36.47%。但自然界产出的磁黄铁矿往往含有更多的S,可达39%~40%。成分中常见Ni、Co类质同像置换Fe,此外,还有Cu、Pb、Ag等。磁黄铁矿中部分Fe2+被Fe3+代替,为保持电价平衡,结构中Fe2+出现部分空位,此现象称“缺席构造”。故其成分为非化学计量,通常以Fe1-xS表示(其中x=0~0.223)。
[晶体结构]红砷镍矿晶体结构描述。
[形态]通常呈致密块状、粒状集合体或呈浸染状。单晶体常呈平行{0001}的板状,少数为柱状或桶状。成双晶或三连晶。
[物理性质] 暗古铜黄色,表面常具褐色的销色;条痕灰黑色;金属光泽;不透明。解理不发育;{0001}裂开发育。硬度4。相对密度4.6-4.7。性脆。具导电性和弱~强磁性。
[成因及产状]磁黄铁矿的主要产状有:
(1)产于基性岩体内的铜镍硫化物岩浆矿床中,与镍黄铁矿、黄铜矿紧密共生。
(2)产于接触交代矿床中,与黄铜矿、黄铁矿、磁铁矿、铁闪锌矿、毒砂等矿物共生,主要形成于夕卡岩过程的后期阶段。
(3)产于一系列热液矿床中,如锡石硫化物矿床,与锡石、方铅矿、闪锌矿、黄铜矿等共生。
在氧化带,它极易分解而最后转变为褐铁矿。
[鉴定特征]暗古铜黄色,硬度小,具弱~强磁性。
[主要用途]为制作硫酸的矿石矿物原料,但经济价值远不如黄铁矿。含Ni较高时可作为镍矿石综合利用。
红砷镍矿(nickeline) NiAs
[化学组成]可有Fe、Co、S等呈类质同像混入。此外,还有Sb、Bi、Cu,其赋存状态未明。
[晶体结构] 六方晶系;;a0=0.361nm,c0=0.502nm;Z=2。
红砷镍矿为一典型结构:As按六方最紧密堆积,Ni充填所有八面体空隙。[NiAs6]八面体共面平行c轴方向连成直线型链,在水平方向上[NiAs6]八面体共棱。Ni除被6个As所包围外(配位数为6),往往与上下2个Ni距离较近,成为它最近的相邻者,这使红砷镍矿中的键性明显地向金属键过渡。
红砷镍矿的晶体结构(潘兆橹等,1993)
[形态]通常呈致密块状、粒状集合体,有时呈肾状等胶体形态。单晶呈六方柱状或板状,但极少见。
[物理性质]
新鲜面淡铜红色,风化面具灰或黑色的锖色;条痕褐黑,金属光泽。解理平行{1010}不完全;断口不平坦。硬度5。相对密度7.6-7.8。性脆。具强导电性。
[成因及产状]常见于热液矿床中,有时见于基性、超基性岩有关的铜镍硫化物岩浆矿床后期热液过程。
[鉴定特征]浅铜红色和金属光泽。易熔,在木炭上以氧化焰烧之形成As2O3白色被膜,并有生蒜臭味。
[主要用途]镍的矿石矿物原料。
铜蓝 (covellite) CuS()
[化学组成] 仅有少量的Fe、Ag、Se和Pb等混人物,它是成分简单、结构复杂的矿物。阴阳离子均有两种不同价态,阴离子除S2-外,还有复硫[S2]2-,因此,它是单硫化物与复硫化物之间的过渡类型。
[晶体结构]六方晶系;a0=0.380 nm,c0=1.636nm;Z=2。晶体结构具复杂层状:Cu2+位于由3个S2-所组成的等边三角形之中,各个三角形的角顶彼此相连成层,由S2-所占据的三角形的角顶却又是上下相对应的四面体的一个共用角顶,而四面体的其余角顶则由[S2]2-占据。Cu+位于四面体的中心。这样由[CuS3]三角形所连接的层及位于其上下的[CuS4]四面体就构成铜蓝复杂层状的结构。在此结构中,同时存在S2-和[S2]2-两种离子及Cu+和Cu2+两种离子。因此,铜蓝是介于简单硫化物与复硫化物之间的结构。
[形态]单晶极为少见,通常以粉末状、被膜状或煤灰状集合体附于其他硫化物之上。
[物理性质]靛青蓝色;条痕灰黑;金属光泽;不透明,极薄的薄片透绿光。解理平行{0001}完全。硬度1.5~2。相对密度4.67。性脆。
[成因及产状]主要形成于外生作用,为含铜硫化物矿床次生富集带中最为常见的一种矿物。
[鉴定特征] 靛青蓝色,低硬度。块体呵气后变紫色。
[主要用途]为铜的矿石矿物,常与其他铜矿物一起作为铜矿石利用。
辰砂 (cinnabar) HgS
[化学组成]成分固定,有时含少量的Se、Te、Sb、Cu混入物等。
[晶体结构]三方晶系;;a0=0.414 nm,c0=0.949nm;Z=3。晶体结构为变形的NaCl型,即将NaCl型结构沿L'变形后得到辰砂结构。
[形态] 单晶常呈菱面体{101},或平行{0001|厚板状,或平行c轴方向延伸的六方柱状。双晶常见,常成以c轴为双晶轴的贯穿双晶。集合体多呈粒状,有时为致密块状以及被膜状。
[物理性质] 鲜红色,有时表面呈铅灰的销色;条痕红色;金刚光泽;半透明。解理平行{100}完全。硬度2~2.5。相对密度8.05~8.2。成分纯净者,导电性极差,如含0.1%的Se或Te时,其导电性就显著增加。
[成因及产状]为低温热液矿床标型矿物。 常与辉锑矿、雄黄、雌黄、黄铁矿、隐晶质石英、方解石等矿物共生。
我国是辰砂的主要生产国之一。湖南晃县、江西婺源和贵州铜仁等地是辰砂的著名产地。
[鉴定特征] 鲜红的颜色和条痕,相对密度大,硬度低。黑辰砂与辰砂的不同是:灰黑色,条痕黑色,金属光泽,无解理,相对密度7.7,导电性良好。
[主要用途]提炼汞最重要的矿石矿物。辰砂的单晶可作激光调制晶体,为目前激光技术的关键材料。此外,大而完好的晶体还具有极高的观赏及收藏价值。
辉锑矿 (stibnite 或 antimonite) Sb2S3
[化学组成]成分较固定,含少量As、Pb、Ag、Cu和Fe,其中绝大部分元素为机械混入物。
[晶体结构]斜方晶系;;a0= 1.120nm,b0=1.128nm,c0=0.383 nm;Z=4。
晶体具链状结构,链是由S和Sb紧密连接而成,这些链平行于c轴。链内S与Sb的距离为0.32nm左右,为较强的离子-金属键联系。而链间以较弱的分子键联系,因而沿着这-方向{010}表现出解理性,同时晶体的形态亦是沿结构中链体的方向延伸而呈平行e轴的柱状。
[形态]单晶呈柱状或针状,柱面具有明显的纵纹。较大的晶体往往显现弯曲。集合体常呈放射状或致密粒状。
[物理性质]铅灰色或钢灰色,表面常有蓝色的锖色;条痕黑色,研磨后呈褐色;晶面常带暗蓝锖色;金属光泽;
透明。解理平行{010}完全。解理面上; 常有横的聚片双晶纹。硬度2。相对密度4.6。性脆。
[成因及产状]主要产于低温热液矿床中,与辰砂、石英、萤石、重晶石、方解石等共生。
我国湖南新化锡矿山是世界最著名、最大的辉锑矿产地。
[鉴定特征]铅灰色,柱状晶形,柱面上有纵纹(聚形纹),解理面上有横纹.(聚片双晶纹)。对于细粒的块体,滴KOH于其上,立刻呈现黄色,随后变为橘红色,以此区别于与其类似的辉铋矿。
[主要用途]为锑的重要矿石矿物,晶体大或呈美观的晶簇状,具很高的观赏和收藏价值。
辉铋矿 (bismuthinite)Bi2S3
[化学组成]类质同像混入物主要有Pb、Cu、Sb和Se。
[晶体结构]斜方晶系;;a0=1.113nm,b0=1.127nm,c0=0.397nm;Z=4。辉铋矿与辉锑矿等结构。
[形态]晶形常呈长柱状至针状,晶面大多具纵纹,集合体以致密粒状较常见。
[物理性质]微帶铅灰的锡白色;表面常现黄色或斑状锖色;条痕铅灰色;金属光泽;不透明。解理平行{010}完全。硬度2~2.5。相对密度为6.8。
[成因及产状]主要见于钨锡高温热液矿床和接触交代矿床中。
[鉴定特征]与辉锑矿相似,惟颜色较辉锑矿浅,光泽较强,相对密度较大,解理面上无横纹,与KOH溶液不起反应。
[主要用途]为铋的重要矿石矿物。
雌黄 (orpiment)As2S3
[化学组成]Sb呈类质同像混入含量可达3%。此外,存在微量的Hg、Ge、Se.V等。
[晶体结构]单斜晶系;;a0=1.149nm,b0=0.959nm,c0=0.425nm,β=90°27';Z=4。雌黄具有层状结构:As、S连接成层,层中每一个As被3个S所包围,而每个S与两个As相连接(图19-10)。层平行于(010),各层间以微弱分子键相维系;因而平行{010}产生完全解理。
[形态]常见板状或短柱状。集合体呈片状、梳状、土状等。
[物理性质]柠檬黄色;条痕鲜黄色;油脂光泽至金刚光泽,解理面为珍珠光泽。解理平行{010}极完全,薄片具挠性。硬度1.5-2。相对密度3.5。
[成因及产状]见于低温热液矿床中,为标型矿物。常与雄黄共生。我国湖南.云南、贵州、四川、甘肃等省均有产出,尤以湖南和云南著名。
[鉴定特征]柠檬黄色,硬度低,一组极完全解理。与自然硫相似,但自然硫不具极完全解理。
[主要用途]为砷及制造各种砷化物的主要矿石矿物,还可用于中药。
雄黄 (realgar)As4S4
[化学组成]成分固定,含杂质较少。
[晶体结构]单斜晶系;;a0=0.929nm,b0=1.353nm,c0=0.657 nm,β=106°33';Z=4。具分子型结构:由As4S4分子所构成,分子中的4个S与4个As之间以共价键相维系,而分子与分子间则以分子键相连接。对于As4S4分子,其中S形成正方形,As形成四面体,而正方形和四面体的中心相吻合。每个S与两个As相邻,而每个As则与2个S及另一As相邻。
[形态]通常以致密块状或土状块体或皮壳状集合体产出。单晶体通常细小,呈柱状、短柱状或针状,柱面上有细的纵纹。
[物理性质]橘红色,条痕淡橘红色;晶面上具金刚光泽,断面上出现树脂光泽,透明至半透明。解理平行{010}完全。硬度1.5-2。相对密度3.6。性脆。长期受光作用,可转变为淡橘红色粉末。
[成因及产状]形成条件与雌黄相似,并常与雌黄共生。
[鉴定特征]橘红色,条痕淡橘红色,硬度与辰砂相似,但辰砂条痕色鲜红,相对密度大。
[主要用途]为砷及制造各种砷化物的主要矿石矿物。
辉钼矿 (molybdenite)MoS2
[化学组成]自然界的辉钼矿成分几乎都接近理论值。Re为其重要的类质同像混人物,含量可高达2%。S被Se,Te替代可达25%。辉钼矿在自然界有2H和3R两种多型,彼此的物理性质极为相似。据统计,稀有元素Re主要赋存在3R型或3R+2H混合型的辉钼矿中。
[晶体结构]六方晶系(2H);;a0=0.315nm,c0=1.230nm;Z=2。
辉钼矿的晶体具层状结构。结构中,Mo4+组成的面网夹在上下由S2-组成的面网之间,共同构成一个三方柱配位结构层,[MoS6]构成三方柱形配位多面体,而此结构层由S2-组成空八面体层相连。层内离子连接紧密,层与层之间的引力却很微弱,因而平行{0001}发育极完全解理,且晶体呈片状、板状。
[形态]单晶呈六方板状、片状,通常以片状鳞片状集合体产出。
[物理性质]铅灰色;条痕为亮铅灰色,在上釉瓷板上为微绿的灰黑色;金属光泽,不透明。解理平行{0001}极完全,解理薄片具挠性。硬度1。相对密度5.0。有滑腻感。
[成因及产状]主要产于高、中温热液矿床中。
我国钼矿储量居世界首位,最著名的产地有辽宁、河南、山西、陕西等。
[鉴定特征]铅灰色,金属光泽,硬度低,一组极完全解理。以其相对密度大,光泽较强,颜色及条痕较淡,且在涂釉瓷板上有特征的黄绿色条痕可与相似的石墨相区别。
[主要用途]为钥最重要的矿石矿物,亦为提取Re的主要矿石,当含Pt族元素(Os、Pd、Rn、Pl)较多时,可综合利用。
斑铜矿 (bornite)Cu5FeS4
[化学组成]由于斑铜矿中常含有黄铜矿、辉铜矿的显微包裹体,其成分变化很大。
[晶体结构]等轴晶系,,a0=0.550nm,Z=1;四方晶系,,a0=1.094nm,c0=2.188nm,Z=16;其晶体结构相当复杂。
[形态]单晶极为少见,通常呈致密块状或粒状不规则集合体。
[物理性质]新鲜断面呈暗铜红色,风化表面常呈暗蓝紫斑状锖色,因此得名;条痕灰黑色;金属光泽;不透明。无解理。硬度3。相对密度4.9~5。性脆。具导电性。
[成因及产状]斑铜矿可形成于Cu-Ni硫化物矿床、矽卡岩矿床及铜硫化物矿床的次生硫化物富集带中。
斑铜矿在地表氧化环境中易分解而形成孔雀石、蓝铜矿、赤铜矿、褐铁矿等矿物。
[鉴定特征]特有的暗铜红色和不新鲜表面的蓝紫斑杂的锖色;低硬度。
[主要用途]为铜的主要矿石矿物。
辉铜矿 (chalcocite)Cu2S
Cu2S有3个同质多像变体。在103℃以下稳定的为斜方晶系变体;在此温度之上至420℃范围内稳定的为六方晶系变体;在420℃以上稳定的为等轴晶系变体。
高温等轴晶系辉铜矿具反萤石型结构;高温六方晶系辉铜矿的结构表现为S呈六方最紧密堆积。低温斜方晶系辉铜矿的结构相当复杂,这里仅描述分布最广的Cu2S低温变体。
[化学组成]常含Ag,有时含Fe、Co、Ni、As、Au等,其中有些是机械混入物。
[晶体结构]斜方晶系;;a0=1.192nm,b0=2.733nm,c0=1.344nm;Z=96。
[形态]单晶极少见。晶形呈假六方形的短柱状或厚板状。通常呈致密块状、粉末状(烟灰状)集合体。
[物理性质]新鲜面铅灰色,风化表面黑色;条痕暗灰色;金属光泽。不透明。无解理。硬度2~3。相对密度5.5-5.8。略具延展性。电的良导体。
[成因及产状]有内生和外生两种成因。内生者见于富Cu贫s的晚期热液铜矿床中,常与斑铜矿共生。外生辉铜矿见于某些含铜硫化物矿床氧化带的下部,为氧化带渗滤下去的硫酸铜溶液与原生硫化物(黄铜矿、斑铜矿、黄铁矿等)进行交代作用的产物。辉铜矿在地表环境下很不稳定,易于分解而转变为铜的氧化物和铜的碳酸盐。在不完全的氧化下,可转变为自然铜。
[鉴定特征]暗铅灰色,低硬度,弱延展性,小刀刻之出现光亮沟痕。常与其他铜矿物共生或伴生。
[主要用途]为含铜最富的硫化物,是铜的重要矿石矿物。
黄铁矿 (pyrite)Fe[S2]
[化学组成]成分中常见Co、Ni等元素呈类质同像置换Fe,并常见Au、Ag呈机械混入物。
[晶体结构]等轴晶系;a0=0.542nm;Z=4。黄铁矿是NaCl型结构的衍生结构,晶体结构与方铅矿相似,即哑铃状对硫离子[S2]2-代替了方铅矿结构中简单硫离子的位置,Fe2+代替了Pb2+的位置。但由于哑铃状对硫离子的伸长方向在结构中交错配置,使各方向键力相近,因而黄铁矿解理极不完全,而且硬度显著增大。
[形态]常见完好晶形,呈立方体{100}、五角十二面体{210}或八面体{111}。在立方体晶面上常能见到3组相互垂直的晶面条纹,这种条纹的方向在两相邻晶面上相互垂直,和所属对称型相符合。此外,还可形成穿插双晶,称铁十字。集合体常呈致密块状、分散粒状及结核状等。
黄铁矿的晶体形态具有标型性,在热液体系中,随着温度由低变高,黄铁矿的晶形从立方体→立方体与五角十二面体聚形→八面体与五角十二面体聚形→八面体。黄铁矿晶形在金矿床的水平及垂直分布上具有一定规律性,据此可以估计矿体剥蚀程度及评价矿床深部远景。
[物理性质]浅铜黄色,表面带有黄褐的锖色;条痕绿黑色;强金属光泽,不透明。无解理;断口参差状。硬度6~6.5。相对密度4.9-5.2。性脆。
[成因及产状]黄铁矿是地壳中分布最广的硫化物,形成于多种不同地质条件下。
(1)产于铜镍硫化物岩浆矿床中,以富含Ni为特征。
(2)产于接触交代矿床中,常含有Co。
(3)产于多金属热液矿床中,黄铁矿成分中Cu、Zn、Pb、Ag等含量有所增高。
(4)与火山作用有关的矿床中,黄铁矿成分中As、Se含量有所增多。
(5)外生成因的黄铁矿见于沉积岩、沉积矿床和煤层中,往往呈结核状和团块状。
在地表氧化条件下,黄铁矿易于分解而形成各种铁的硫酸盐和氢氧化物。铁的硫酸盐中以黄钾铁矾最为常见;铁的氢氧化物中以针铁矿最为常见,它是构成褐铁矿的主要矿物成分。褐铁矿有时呈黄铁矿假象。
[鉴定特征]据其晶形、晶面条纹、颜色、硬度等特征,可与相似的黄铜矿、磁黄铁矿相区别。
[主要用途]为制造硫酸的主要矿物原料,也可用于提炼硫磺。当含Au、Ag或Co、Ni较高时可综合利用。
毒砂 (arsenopyrite) Fe[AsS]
[化学组成]通常其成分大致变化范围为FeAs0.9S1.1至FeAs1.1S0.9利用As和s的含量比可估计其形成的条件:高温形成的毒砂富As;低温者富S。但同时还受压力的影响,压力增加含S量也增加。
在毒砂成分中常有Co类质同像置换Fe,此外可含微量Bi、Sb、Zn、Se等,其中大部分系机槭混入物。
[晶体结构]单斜晶系;;a0=0.953nm,b0=0.566nm,c0=0.643nm,β=90°,Z=8。其晶体结构为白铁矿型结构的衍生结构,将白铁矿结构中的[S2]2-换成[AsS]3-即变成毒砂型结构。注意,毒砂结构为β=90°的单斜结构。
[形态]单晶常呈柱状,发育{120}或{110}斜方柱,且柱面上有晶面条纹。另还发育{101}假斜方柱。有时依(101)形成接触双晶;依(012)形成穿插双晶或三连晶。以(101)和(201)为双晶面形成的穿插双晶;或以(312)为结合面,以[021]为双晶轴形成的穿插双晶。集合体往往为粒状或致密块状。
[物理性质]锡白色至钢灰色;表面常带浅黄的锖色;条痕灰黑;金属光泽,不透明。解理不完全。硬度5.5~6。相对密度5.9~6.29。以锤击之发砷之蒜臭,灼烧后具磁性。性脆。
[成因及产状]毒砂形成的温度范围很大,广泛出现于金属矿床中,但以高温和中温热液矿床中更为常见。
毒砂在氧化环境中易分解而形成浅黄色或浅绿色的臭蒜石Fe[AsO4].2H2O。
[鉴定特征]锡白色,硬度高,锤击发蒜臭。与白铁矿相似,但毒砂条痕加HNO3研磨分解后,再加入钼酸铵,可产生鲜黄绿色砷钼酸铵沉淀。
[主要用途]为制造砷及砷化物的矿石矿物。成分中含Co较高时可综合利用。