Piryt - Pyrite

Mineralny piryt ( / p R t / ) lub żelazo piryt , znany również jako złoto co jest , to siarczek żelaza o wzorze chemicznym Fe S 2 (żelazo (II) disulfidem). Piryt jest najliczniejszym minerałem siarczkowym .

Piryt
Piryt - Kopalnia Huanzala, Huallanca, Bolognesi, Ancash, Peru.jpg
Kryształy sześcienne pirytu
Ogólny
Kategoria Minerał siarczkowy
Formuła
(powtarzająca się jednostka)
FeS 2
Klasyfikacja Strunza 2.EB.05a
Klasyfikacja Dany 2.12.1.1
Kryształowy system Sześcienny
Klasa kryształu Diploidalny (m 3 )
Symbol HM : (2/m 3 )
Grupa kosmiczna P 3
Komórka elementarna a = 5,417  Å , Z = 4
Identyfikacja
Masa formuły 119,98 g/mol
Kolor Blady mosiądz-żółty odblask; matowieje ciemniej i opalizuje
Kryształowy zwyczaj Twarze sześcienne mogą być prążkowane, ale często także oktaedryczne i pirytoedryczne. Często przerośnięte, masywne, promieniste, ziarniste, kuliste i stalaktytyczne.
Bliźniacze Penetracja i współpraca bliźniacza
Łupliwość Niewyraźny {001}; rozstania {011} i {111}
Pęknięcie Bardzo nierówne, czasem muszlowe
Wytrwałość Kruchy
Twardość skali Mohsa 6-6,5
Połysk Metaliczny, błyszczący
Pasemko Zielonkawo-czarny do brązowo-czarnego
Przezroczystość Nieprzejrzysty
Środek ciężkości 4,95–5,10
Gęstość 4,8–5 g/cm 3
Topliwość 2,5-3 do kulki magnetycznej
Rozpuszczalność Nierozpuszczalne w wodzie
Inne cechy paramagnetyczny
Bibliografia
Kryształy sześcienne pirytu na marglu z Navajún , La Rioja , Hiszpania (rozmiar: 95 na 78 milimetrów [3,7 na 3,1 cala], 512 gramów [18,1 uncji]; główny kryształ: 31 milimetrów [1,2 cala] na krawędzi)

Metaliczny połysk pirytu i blady mosiężno-żółty odcień nadają mu powierzchowne podobieństwo do złota , stąd znany przydomek „złota głupców” . Kolor doprowadził również do nazw mosiądz , brazzle i Brazil , używanych głównie w odniesieniu do pirytu znajdującego się w węglu .

Nazwa piryt pochodzi od greckiego πυρίτης λίθος ( pyritēs lithos ), „kamień lub minerał, który uderza w ogień”, z kolei od πῦρ ( pyr ), „ogień”. W starożytnych czasach rzymskich nazwę tę stosowano do kilku rodzajów kamienia, który po uderzeniu o stal tworzył iskry ; Pliniusz Starszy opisał jedną z nich jako brązową, prawie na pewno nawiązując do tego, co obecnie nazywamy pirytem.

Do czasów Georgiusa Agricoli , ok. 1930 r.  1550 , termin ten stał się ogólnym terminem dla wszystkich minerałów siarczkowych .

Piryt w świetle normalnym i spolaryzowanym

Piryt występuje zazwyczaj wiąże się z innymi siarczków lub tlenków w kwarcowych żyłach , skał osadowych i metamorficznych skał , jak również w pokładach węgla i jako minerał zastępczej w skamieniałości , ale została również uznana w sklerytach od ślimaków łuszcząca-stopowych . Pomimo tego, że nazywany jest złotem głupców, piryt czasami występuje w połączeniu z niewielkimi ilościami złota. Znaczna część złota to „niewidzialne złoto” włączone do pirytu (patrz złoża złota typu Carlin ). Sugerowano, że obecność zarówno złota, jak i arsenu jest przypadkiem sprzężonej substytucji, ale od 1997 r. stan chemiczny złota pozostawał kontrowersyjny.

Zastosowania

Opuszczona kopalnia pirytu w pobliżu Pernka na Słowacji

Piryt cieszył się krótkotrwałą popularnością w XVI i XVII wieku jako źródło zapłonu we wczesnej broni palnej , zwłaszcza w zamku kołowym , w którym próbka pirytu była umieszczana na okrągłym pilniku , aby zapalić iskry potrzebne do odpalenia broni.

Piryt jest używany z krzemienia i formą krzesiwo wykonane z Stringybark przez ludzi Kaurna , ludzie z Australii Południowej , jak tradycyjne metody począwszy pożarów.

Piryt był używany od czasów klasycznych do produkcji miedzi ( siarczan żelaza ). Piryt żelazny został usypany i pozostawiony do wietrzenia (przykład wczesnej formy ługowania hałdy ). Kwaśny spływ z hałdy był następnie gotowany z żelazem w celu wytworzenia siarczanu żelaza. W XV wieku nowe metody takiego ługowania zaczęły zastępować spalanie siarki jako źródła kwasu siarkowego . W XIX wieku stała się metodą dominującą.

Piryt pozostaje w użyciu komercyjnym do produkcji dwutlenku siarki , do wykorzystania w takich zastosowaniach jak przemysł papierniczy oraz do produkcji kwasu siarkowego. Rozkład termiczny pirytu na FeS ( siarczek żelaza(II) ) i siarkę elementarną rozpoczyna się w temperaturze 540 °C (1004°F); w temperaturze około 700 ° C (1292 ° F), p S 2 wynosi około 1 atm .

Nowszym komercyjnym zastosowaniem pirytu jest użycie go jako materiału katodowego w jednorazowych bateriach litowych marki Energizer .

Piryt jest materiałem półprzewodnikowym o przerwie wzbronionej 0,95 eV . Czysty piryt jest naturalnie typu n, zarówno w postaci krystalicznej, jak i cienkowarstwowej, potencjalnie ze względu na luki siarkowe w strukturze krystalicznej pirytu działające jako n-domieszki.

We wczesnych latach XX wieku piryt był używany jako wykrywacz minerałów w odbiornikach radiowych i nadal jest używany przez hobbystów radia kryształkowego . Dopóki lampa próżniowa nie dojrzała, detektor kryształowy był najczulszym i najbardziej niezawodnym dostępnym detektorem — ze znacznymi różnicami między typami minerałów, a nawet pojedynczymi próbkami w obrębie określonego rodzaju minerału. Detektory pirytowe zajmowały punkt pośredni między detektorami galeny a bardziej skomplikowanymi mechanicznie parami minerałów perykonowych . Detektory pirytowe mogą być tak samo czułe jak nowoczesny detektor z diodą germanową 1N34A .

Zaproponowano piryt jako powszechnie występujący, nietoksyczny i niedrogi materiał w tanich fotowoltaicznych panelach słonecznych. Do stworzenia materiału fotowoltaicznego użyto syntetycznego siarczku żelaza z siarczkiem miedzi . Ostatnie wysiłki zmierzają w kierunku cienkowarstwowych ogniw słonecznych wykonanych w całości z pirytu.

Piryt służy do wyrobu biżuterii markizytowej . Biżuteria markizytowa, wykonana z drobnych, fasetowanych kawałków pirytu, często oprawionych w srebro, znana była od czasów starożytnych i była popularna w epoce wiktoriańskiej . W czasach, gdy termin ten stał się powszechny w jubilerstwie, markasyt odnosił się do wszystkich siarczków żelaza, w tym pirytu, a nie do rombowego mineralnego markasytu FeS 2, który jest jaśniejszy, kruchy i niestabilny chemicznie, a tym samym nie nadaje się do wyrobu biżuterii . Biżuteria markizytowa w rzeczywistości nie zawiera mineralnego markasytu. Do dekoracji wykorzystuje się okazy pirytu, gdy pojawia się jako dobrej jakości kryształy. Są również bardzo popularne w zbieraniu minerałów. Wśród miejsc dostarczających najlepsze okazy znajdują się prowincje Soria i La Rioja (Hiszpania).

Pod względem wartości Chiny (47 mln USD) stanowią największy rynek importowanych nieprażonych pirytów żelaznych na świecie, stanowiąc 65% światowego importu. Chiny są również najszybciej rozwijającym się pod względem importu nieprażonych pirytów żelaznych, z CAGR na poziomie +27,8% w latach 2007-2016.

Badania

W lipcu 2020 r. naukowcy poinformowali, że zaobserwowali indukowaną napięciem transformację normalnie diamagnetycznego pirytu w materiał ferromagnetyczny , co może prowadzić do zastosowań w urządzeniach takich jak ogniwa słoneczne lub magnetyczne przechowywanie danych. Naukowcy z Trinity College Dublin w Irlandii wykazali, że FeS 2 można złuszczać na kilka warstw, podobnie jak inne dwuwymiarowe materiały warstwowe, takie jak grafen, za pomocą prostej drogi złuszczania w fazie ciekłej. Jest to pierwsze badanie pokazujące wytwarzanie niewarstwowych płytek 2D z 3D masowego FeS 2 . Ponadto, mają one wykorzystywane te 2D płytki z 20% jednościenne nanorurek węglowych jako materiał anody baterii litowo-jonowych osiągnięciu pojemności 1000 mAh / g, w pobliżu wydajności teoretycznej FeS 2 . W 2021 r. naturalny kamień pirytowy został zmiażdżony i poddany wstępnej obróbce, a następnie eksfoliacji w fazie ciekłej w dwuwymiarowe nanoarkusze, które wykazywały pojemność 1200 mAh/g jako anoda w akumulatorach litowo-jonowych.

Formalne stany utlenienia pirytu, markasytu i arsenopirytu

Z punktu widzenia klasycznej chemii nieorganicznej , która przypisuje formalne stany utlenienia każdemu atomowi, piryt jest prawdopodobnie najlepiej opisany jako Fe 2+ S 2 2- . Ten formalizm uznaje, że atomy siarki w pirycie występują w parach z wyraźnymi wiązaniami S–S. Te nadsiarczek jednostki mogą być traktowane jako pochodzące z disiarczku wodoru , H 2 S 2 . Tak więc piryt byłby bardziej opisowo nazywany nadsiarczkiem żelaza, a nie dwusiarczkiem żelaza. W przeciwieństwie do tego molibdenit , Mo S 2 , ma wyizolowane centra siarczkowe (S 2- ), a stopień utlenienia molibdenu to Mo 4+ . Arsenopiryt mineralny ma wzór Fe As S. Podczas gdy piryt ma podjednostki S 2 , arsenopiryt ma jednostki [AsS], formalnie pochodzące z deprotonacji arsenotiolu (H 2 AsSH). Analiza klasycznych stanów utlenienia sugerowałaby określenie arsenopirytu jako Fe 3+ [AsS] 3− .

Krystalografia

Struktura krystaliczna pirytu. W centrum komórki widoczna jest para S 2 2− w kolorze żółtym

Żelazo-piryt FeS 2 reprezentuje prototypowy związek o krystalograficznej strukturze pirytu. Struktura jest prosta sześcienna i była jedną z pierwszych struktur krystalicznych rozwiązanych za pomocą dyfrakcji rentgenowskiej . Należy do krystalograficznej grupy przestrzennej Pa 3 i oznaczana jest notacją Strukturberichta C2. Pod termodynamicznych standardowych warunkach stałych kraty z żelaza stechiometryczny piryt FeS 2 kwot do 541.87 godz . Komórek elementarnych składa się z Fe płaskocentryczną sześcienną podsieci krystalicznej w którym S
2
jony są osadzone. (Uwaga jednak, że atomy żelaza na powierzchni nie są równoważne przez przesunięcie tylko z atomami żelaza w narożach.) Piryt struktura jest także w innych MX 2 związków metale przejściowe M i tlenowców X = O , S , Se, i Te . Niektóre dipnictides z X odstaniu P , As i Sb itp Wiadomo również, że przyjęcie piryt strukturę.

Atomy Fe są połączone z sześcioma atomami S, dając zniekształcony ośmiościan. Materiał jest półprzewodnikiem . Jony Fe są zwykle uważane za stany dwuwartościowe o niskim spinie (jak wykazała spektroskopia Mössbauera oraz XPS). Materiał jako całość zachowuje się jak paramagnes Van Vlecka , pomimo jego niskospinowej dywalencji.

Centra siarki występują parami, opisane jako S 2 2- . Redukcja pirytu potasem daje ditiożelazian potasu KFeS 2 . Materiał ten zawiera jony żelaza i wyizolowane centra siarczkowe (S 2 ).

Atomy S są czworościenne, związane z trzema centrami Fe i jednym innym atomem S. Symetria miejsce w Fe i S pozycji przypada na punkt symetrii grup C 3 I i C 3 , odpowiednio. Brakujące centrum inwersji w miejscach sieci S ma ważne konsekwencje dla krystalograficznych i fizycznych właściwości pirytu żelaza. Konsekwencje te wynikają z krystalicznego pola elektrycznego aktywnego w miejscu sieci siarkowej, które powoduje polaryzację jonów S w sieci pirytowej. Polaryzacja może być obliczona na podstawie stałych Madelunga wyższego rzędu i musi być uwzględniona w obliczeniach energii sieci przy użyciu uogólnionego cyklu Borna-Habera . Odzwierciedla to fakt, że wiązanie kowalencyjne w parze siarki jest niewystarczająco wyjaśnione przez obróbkę ściśle jonową.

Arsenopiryt ma pokrewną strukturę z heteroatomowymi parami As-S, a nie parami SS. Markasyt posiada również pary homoatomowych anionów, ale układ anionów metalu i dwuatomowych różni się od pirytu. Pomimo swojej nazwy, chalkopiryt ( CuFeS
2
) nie zawiera par dianionowych, ale pojedyncze aniony siarczkowe S 2− .

Kryształowy zwyczaj

Kryształy w kształcie pirytoedru z Włoch

Piryt zwykle tworzy kryształy prostopadłościenne, czasami tworzące się w bliskim połączeniu, tworząc masy w kształcie malin, zwane framboidami . Jednak w pewnych okolicznościach może tworzyć zespolone włókna lub kryształy w kształcie litery T. Piryt może również tworzyć kształty prawie takie same jak regularny dwunastościan , znany jako pirytoedry, co sugeruje wyjaśnienie sztucznych modeli geometrycznych znalezionych w Europie już w V wieku pne.

Odmiany

Cattierite ( Co S 2 ) i waezyt ( Ni S 2 ) mają podobną budowę i należą również do grupy pirytów.

Bravoite to niklowo-kobaltowa odmiana pirytu, w której w obrębie pirytu występuje >50% podstawienie Ni 2+ za Fe 2+ . Bravoite nie jest formalnie uznanym minerałem, a jego nazwa pochodzi od peruwiańskiego naukowca Jose J. Bravo (1874-1928).

Rozróżnianie podobnych minerałów

Piryt różni się od rodzimego złota twardością, kruchością i krystaliczną formą. Naturalne złoto ma zwykle kształt anhedrylny (nieregularny), podczas gdy piryt występuje w postaci sześcianów lub wielopłaszczyznowych kryształów. Piryt często wyróżnia się prążkami, które w wielu przypadkach są widoczne na jego powierzchni. Chalkopiryt jest jaśniejszy żółty z zielonkawym odcieniem, gdy jest mokry i jest bardziej miękki (3,5-4 w skali Mohsa). Arsenopiryt jest srebrnobiały i nie żółknie po zmoczeniu.

Zagrożenia

Kostka pirytu (w środku) rozpuściła się z dala od macierzystej skały, pozostawiając ślad złota

Piryt żelazny jest niestabilny na powierzchni Ziemi: piryt żelazowy wystawiony na działanie tlenu atmosferycznego i wody rozkłada się na tlenki żelaza i siarczan . Proces ten jest przyspieszany przez działanie bakterii Acidithiobacillus, które utleniają piryt do produkcji żelaza, siarczanu i protonów ( H+
). Reakcje te zachodzą szybciej, gdy piryt jest drobno zdyspergowany (framboidalne kryształy początkowo tworzone przez bakterie redukujące siarczany (SRB) w osadach ilastych lub pyłach z kopalni).

Utlenianie pirytu i odwadnianie kopalni kwasu

Siarczan uwolniony z rozkładającego się pirytu łączy się z wodą, wytwarzając kwas siarkowy , co prowadzi do kwaśnego odwodnienia kopalni . Przykładem drenażu kwaśnych skał spowodowanych pirytem jest wyciek ścieków z kopalni Gold King Mine w 2015 roku .

.

Eksplozje pyłu

Utlenianie pirytu jest na tyle egzotermiczne, że podziemne kopalnie węgla w pokładach o dużej zawartości siarki mają czasami poważne problemy z samozapaleniem . Rozwiązaniem jest zastosowanie piaskowania buforowego i zastosowanie różnych środków uszczelniających lub okładzinowych, aby hermetycznie uszczelnić wyeksploatowane obszary, aby wykluczyć tlen.

W nowoczesnych kopalniach węgla, pył wapienny jest rozpylany na odsłonięte powierzchnie węgla, aby zmniejszyć ryzyko wybuchu pyłu . Ma to drugorzędną korzyść polegającą na neutralizacji kwasu uwolnionego przez utlenianie pirytu, a zatem spowolnieniu opisanego powyżej cyklu utleniania, zmniejszając w ten sposób prawdopodobieństwo samozapłonu. Jednak na dłuższą metę utlenianie trwa, a utworzone uwodnione siarczany mogą wywierać ciśnienie krystalizacyjne, które może rozszerzać pęknięcia w skale i ostatecznie doprowadzić do zawalenia się stropu .

Osłabione materiały budowlane

Kamień budowlany zawierający piryt ma tendencję do brunatnienia, gdy piryt się utlenia. Problem ten wydaje się znacznie gorszy, jeśli obecny jest jakikolwiek markasyt . Obecność pirytu w kruszywie użytym do produkcji betonu może prowadzić do poważnego pogorszenia jakości w miarę utleniania się pirytu. Na początku 2009 r. problemy z chińskimi płytami gipsowo-kartonowymi importowanymi do Stanów Zjednoczonych po huraganie Katrina przypisywano utlenianiu pirytu, a następnie redukcji siarczanów drobnoustrojów, co spowodowało uwolnienie gazowego siarkowodoru. Problemy te obejmowały nieprzyjemny zapach i korozję przewodów miedzianych. W Stanach Zjednoczonych, Kanadzie, a ostatnio w Irlandii, gdzie zastosowano go jako wypełnienie podpodłogowe, zanieczyszczenie pirytem spowodowało poważne uszkodzenia konstrukcji. Znormalizowane badania materiałów kruszywowych zaświadczają, że takie materiały są wolne od pirytu.

Występowanie

Piryt jest najczęstszym minerałem siarczkowym i jest szeroko rozpowszechniony w skałach magmowych, metamorficznych i osadowych. Jest powszechnym minerałem pomocniczym w skałach magmowych, gdzie czasami występuje również jako większe masy powstające z niemieszającej się fazy siarczkowej w pierwotnej magmie. Występuje w skałach metamorficznych jako produkt metamorfizmu kontaktowego . Tworzy się również jako wysokotemperaturowy minerał hydrotermalny , chociaż czasami tworzy się w niższych temperaturach.

Piryt występuje zarówno jako minerał pierwotny, występujący w pierwotnych osadach, jak i jako minerał wtórny, odkładający się podczas diagenezy . Piryt i markasyt powszechnie występują jako pseudomorfy zastępcze po skamielinach w czarnych łupkach i innych skałach osadowych powstałych w warunkach redukujących warunki środowiskowe. Piryt jest powszechnym minerałem pomocniczym w łupkach, gdzie powstaje w wyniku opadów z beztlenowej wody morskiej, a pokłady węgla często zawierają znaczne ilości pirytu.

Godne uwagi osady występują jako masy soczewkowate w Wirginii w Stanach Zjednoczonych oraz w mniejszych ilościach w wielu innych lokalizacjach. Duże złoża wydobywane są w Rio Tinto w Hiszpanii oraz w innych miejscach na Półwyspie Iberyjskim.

Wiara

W wierzeniach Tajów (zwłaszcza mieszkańców południa) piryt znany jest pod wieloma nazwami Khao tok Phra Ruang , Khao khon bat Phra Ruang (ข้าวตอกพระร่วง, ข้าวก้นบาตรพระร่วง) czy Phet na tang , Hin na tang (เพชรหน้าทั่ง, หินหน้าทั่ง), uważany za święty przedmiot, który ma moc zapobiegania złu, czarnej magii lub demonom.

Obrazy

Bibliografia

Dalsza lektura

  • American Geological Institute, 2003, Dictionary of Mining, Mineral, and Related Terms , wyd. 2, Springer, Nowy Jork, ISBN  978-3-540-01271-9 .
  • David Rickard, Piryt: A Natural History of Fool's Gold , Oxford, Nowy Jork, 2015, ISBN  978-0-19-020367-2 .

Zewnętrzne linki