Piryt
| Piryt | |
|---|---|
 Przerost błyszczących, sześciennych kryształów pirytu, z niektórymi powierzchniami wykazującymi charakterystyczne prążkowania, z kopalni Huanzala, Ancash, Peru. Rozmiar próbki: 7,0 × 5,0 × 2,5 cm
| |
| Ogólne | |
| Kategoria | Minerał siarczkowy |
|
Formuła (powtarzająca się jednostka) |
FES 2 |
| Symbol IMA | Py |
| Klasyfikacja Strunza | 2.EB.05a |
| Klasyfikacja Dany | 2.12.1.1 |
| Układ kryształów | Sześcienny |
| Kryształowa klasa |
Diploidalny (m 3 ) Symbol HM : (2/m 3 ) |
| Grupa kosmiczna | P a 3 |
| Komórka elementarna | a = 5,417 A , Z = 4 |
| Identyfikacja | |
| Masa formuły | 119,98 g/mol |
| Kolor | Odblaskowy blady mosiężno-żółty; matowieje ciemniej i opalizują |
| Kryształowy zwyczaj | Sześcienne, twarze mogą być prążkowane, ale często także ośmiościenne i pirytoedryczne. Często współrosnące, masywne, promieniste, ziarniste, kuliste i stalaktytowe. |
| Bliźniacze | Penetracja i kontakt bliźniaczy |
| Łupliwość | Niewyraźne na {001}; rozstania na {011} i {111} |
| Pęknięcie | Bardzo nierówne, czasem muszlowe |
| Wytrwałość | Kruchy |
| Twardość w 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 globulki magnetycznej |
| Rozpuszczalność | Nierozpuszczalne w wodzie |
| Inne cechy | paramagnetyczny |
| Bibliografia | |
Piryt mineralny ( / p aɪ r aɪ t / ) lub piryt żelaza , znany również jako złoto głupców , to siarczek żelaza o wzorze chemicznym Fe S 2 ( disiarczek żelaza (II) ). Piryt jest najbardziej rozpowszechnionym minerałem siarczkowym .
połysk pirytu i blady mosiężno-żółty odcień nadają mu powierzchowne podobieństwo do złota , stąd dobrze znany przydomek złota głupców . Kolor doprowadził również do przydomków mosiądz , brazzle i brazylia , używanych głównie w odniesieniu do pirytu znajdującego się w węglu .
Nazwa piryt pochodzi od greckiego πυρίτης λίθος ( piritēs lithos ), „kamień lub minerał, który uderza w ogień”, z kolei od πῦρ ( pir ), „ogień”. W starożytnych czasach rzymskich nazwa ta odnosiła się do kilku rodzajów kamieni, które po uderzeniu w stal tworzyły iskry ; Pliniusz Starszy opisał jeden z nich jako miedziany, co prawie na pewno odnosi się do tego, co obecnie nazywamy pirytem.
Do czasów Georgiusa Agricoli , ok. 1550 termin ten stał się terminem ogólnym dla wszystkich minerałów siarczkowych .
Piryt jest zwykle związany z innymi siarczkami lub tlenkami w żyłach kwarcu , skałach osadowych i metamorficznych , a także w pokładach węgla i jako minerał zastępczy w skamielinach , ale został również zidentyfikowany w sklerytach ślimaków łuskowatych . Pomimo tego, że nazywany jest „złotem głupców”, piryt czasami występuje w połączeniu z niewielkimi ilościami złota. Znaczna część złota to „niewidzialne złoto” zawarte w pirycie (zob depozyt złota typu Carlin ). Sugerowano, że obecność zarówno złota, jak i arsenu jest przypadkiem podstawienia sprzężonego , ale od 1997 r. Stan chemiczny złota pozostawał kontrowersyjny.
Używa
Piryt cieszył się krótką popularnością w XVI i XVII wieku jako źródło zapłonu we wczesnej broni palnej , zwłaszcza w zamku kołowym , w którym próbkę pirytu umieszczano na okrągłym pilniku, aby wywołać iskry potrzebne do wystrzelenia broni.
Piryt jest używany z krzemieniem i formą hubki wykonanej z kory nitkowatej przez lud Kaurna , mieszkańców Australii Południowej , jako tradycyjna metoda rozpalania ognia.
Piryt był używany od czasów starożytnych do produkcji miedzi ( siarczanu żelazawego ). Żelazny piryt został usypany i pozostawiony do wietrzenia (przykład wczesnej formy ługowania hałdy ). Kwaśny odpływ 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 dominującą metodą.
Piryt pozostaje w użyciu komercyjnym do produkcji dwutlenku siarki , do stosowania w takich zastosowaniach, jak przemysł papierniczy oraz do produkcji kwasu siarkowego. Termiczny rozkład pirytu na Fe S ( siarczek żelaza (II) ) i siarkę elementarną rozpoczyna się w temperaturze 540 ° C (1004 ° F); przy około 700 ° C (1292 ° F), p S 2 wynosi około 1 atm .
Nowszym komercyjnym zastosowaniem pirytu jest materiał katodowy w jednorazowych bateriach litowo-metalowych marki Energizer .
Piryt jest materiałem półprzewodnikowym o pasmie wzbronionym 0,95 eV . Czysty piryt jest naturalnie typu n, zarówno w postaci krystalicznej, jak i cienkowarstwowej, potencjalnie z powodu wolnych miejsc siarki w strukturze krystalicznej pirytu, działających 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 kryształów był najbardziej czułym i niezawodnym dostępnym detektorem - ze znacznymi różnicami między typami minerałów, a nawet poszczególnymi próbkami w obrębie określonego rodzaju minerału. Detektory pirytu zajmowały punkt pośredni między galeny a bardziej skomplikowanym mechanicznie perikonem pary mineralne. Detektory pirytu mogą być tak czułe, jak nowoczesny diody germanowej 1N34A .
Piryt został zaproponowany jako powszechnie występujący, nietoksyczny, niedrogi materiał w tanich fotowoltaicznych panelach słonecznych. Do stworzenia materiału fotowoltaicznego użyto syntetycznego siarczku żelaza z siarczkiem miedzi . Nowsze wysiłki zmierzają do cienkowarstwowych ogniw słonecznych wykonanych w całości z pirytu.
Piryt jest używany do wyrobu biżuterii z markasytów . Biżuteria markisytowa, wykonywana z drobnych fasetowanych kawałków pirytu, często oprawionych w srebro , znana była od starożytności i była popularna w epoce wiktoriańskiej . W czasie, gdy termin ten stał się powszechny w jubilerstwie, „markasyt” odnosił się do wszystkich siarczków żelaza, w tym pirytu, a nie do rombowego markasytu FeS 2 który jest jaśniejszy, kruchy i niestabilny chemicznie, a zatem nie nadaje się do wyrobu biżuterii. Biżuteria markizytowa w rzeczywistości nie zawiera markasytu mineralnego. Okazy pirytu, gdy pojawia się jako kryształy dobrej jakości, są używane do dekoracji. Są również bardzo popularne w zbieraniu minerałów. Wśród stanowisk dostarczających najlepszych okazów znajdują się prowincje Soria i La Rioja (Hiszpania).
Pod względem wartości Chiny (47 mln USD) stanowią największy światowy rynek importu nieprażonych pirytów żelaznych, stanowiąc 65% światowego importu. Chiny są również najszybciej rozwijającymi się pod względem importu nieprażonych pirytów żelaznych, z CAGR + 27,8% w latach 2007-2016.
Badania
W lipcu 2020 roku naukowcy poinformowali, że zaobserwowali indukowaną napięciem przemianę 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 w Dublinie 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 wykazujące produkcję niewarstwowych płytek krwi 2D z masy 3D FeS 2 . Co więcej, wykorzystali te płytki 2D z 20% jednościennymi nanorurkami węglowymi jako materiałem anodowym w bateriach litowo-jonowych, osiągając pojemność 1000 mAh/g zbliżoną do teoretycznej pojemności FeS 2 . W 2021 roku naturalny kamień pirytowy został zmiażdżony i poddany wstępnej obróbce, a następnie eksfoliacji w fazie ciekłej na dwuwymiarowe nanocząstki, co wykazało pojemność 1200 mAh / g jako anoda w bateriach litowo-jonowych.
Formalne stopnie utlenienia pirytu, markasytu, molibdenitu i arsenopirytu
Z punktu widzenia klasycznej chemii nieorganicznej , która przypisuje formalne stopnie utlenienia każdemu atomowi, piryt i markasyt są prawdopodobnie najlepiej opisane jako Fe 2+ [S 2 ] 2− . Ten formalizm uznaje, że atomy siarki w pirycie występują w parach z wyraźnymi wiązaniami S – S. Te nadsiarczku [ – S – S – ] można postrzegać jako pochodzące od dwusiarczku wodoru , H 2 S 2 . Tak więc piryt byłby bardziej opisowo nazywany nadsiarczkiem żelaza, a nie dwusiarczkiem żelaza. W przeciwieństwie do molibdenitu Mo S 2 , posiada izolowane centra siarczkowe S 2− , a stopień utlenienia molibdenu to Mo 4+ . Arsenopiryt mineralny ma wzór Fe As S. Podczas gdy piryt ma jednostki [S 2 ] 2– , arsenopiryt ma jednostki [AsS] 3– , formalnie pochodzące z deprotonowania arsenotiolu (H 2 AsSH). Analiza klasycznych stopni utlenienia sugerowałaby określenie arsenopirytu jako Fe 3+ [AsS] 3− .
Krystalografia
Żelazopiryt FeS 2 reprezentuje prototypowy związek krystalograficznej struktury 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 jest oznaczony notacją Strukturbericht C2. W standardowych warunkach termodynamicznych sieci stechiometrycznego pirytu żelaza FeS 2 wynosi za 541.87 godz . Komórka elementarna składa się z sześciennej podsieci Fe skupionej na twarzy, S2 .
w której osadzone są jony (Zauważ jednak, że atomy żelaza na powierzchniach nie są równoważne przez samą translację atomom żelaza w rogach). Struktura pirytu jest również widoczna w innych związkach MX 2 metali przejściowych M i chalkogenów X = O , S , Se i Te . Niektóre dipniktydy gdzie X oznacza P , As i Sb itp. są również znane z przyjmowania struktury pirytu.
Atomy Fe są połączone z sześcioma atomami S, tworząc zniekształcony ośmiościan. Materiał to półprzewodnik . Jony Fe są zwykle uważane za dwuwartościowe o niskim spinie (jak pokazano za pomocą spektroskopii Mössbauera oraz XPS). Materiał jako całość zachowuje się jak paramagnes Van Vlecka , pomimo swojej dwuwartościowości o niskim spinie.
Centra siarki występują parami, opisane jako S 2 2− . Redukcja pirytu potasem daje ditiżelazian potasu , KFeS 2 . Materiał ten zawiera jony żelaza i izolowane centra siarczkowe (S 2- ).
Atomy S są czworościenne i są związane z trzema centrami Fe i jednym innym atomem S. Symetria miejsca w pozycjach Fe i S jest wyjaśniona odpowiednio przez punktowe i grupy symetrii C3i C3 . Brak centrum inwersji w miejscach sieci S ma istotne konsekwencje dla właściwości krystalograficznych i fizycznych pirytu żelaza. Konsekwencje te wynikają z pola elektrycznego kryształu działającego w miejscu sieci siarki, które powoduje polaryzację jonów S w sieci pirytu. Polaryzację można obliczyć na podstawie stałych Madelunga wyższego rzędu i należy ją uwzględnić w obliczeniach energii sieci przy użyciu uogólnionego cyklu Borna-Habera . Odzwierciedla to fakt, że wiązanie kowalencyjne w parze siarki jest niewystarczająco uwzględnione przez obróbkę ściśle jonową.
Arsenopiryt ma pokrewną strukturę z heteroatomowymi parami As – S, a nie z parami SS. Markasyt posiada również homoatomowe pary anionów, ale układ anionów metalu i dwuatomowych różni się od pirytu. Wbrew swojej nazwie chalkopiryt ( CuFeS
2 ) nie zawiera par dianionowych, lecz pojedyncze aniony siarczkowe S 2− .
Kryształowy zwyczaj
Piryt zwykle tworzy prostopadłościenne kryształy, czasami tworzące się w ścisłym związku, tworząc masy w kształcie malin, zwane framboidami . Jednak w pewnych okolicznościach może tworzyć anastomozujące 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. [ wymagane wyjaśnienie ]
Odmiany
Kattieryt ( Co S 2 ), waezyt ( Ni S 2 ) i haueryt ( Mn S 2 ) oraz sperrylit ( Pt As 2 ) mają podobną budowę i również należą do grupy pirytów.
Brawoit jest odmianą pirytu zawierającą nikiel i kobalt, z > 50% podstawieniem Ni 2+ na Fe 2+ w pirycie. Brawoit nie jest formalnie uznanym minerałem i został nazwany na cześć peruwiańskiego naukowca Jose J. Bravo (1874–1928).
Rozróżnianie podobnych minerałów
Piryt różni się od rodzimego złota swoją twardością, kruchością i formą krystaliczną. Pęknięcia pirytu są bardzo nierówne , czasami muszlowe , ponieważ nie rozszczepia się on wzdłuż preferencyjnej płaszczyzny. Samorodkowe bryłki złota , czyli brokaty, nie pękają, ale odkształcają się w plastyczny sposób. Piryt jest kruchy, złoto plastyczne.
Naturalne złoto ma tendencję do anhedralności (nieregularny kształt bez dobrze zdefiniowanych twarzy), podczas gdy piryt występuje w postaci kostek lub wielopłaszczyznowych kryształów z dobrze rozwiniętymi i ostrymi twarzami, łatwymi do rozpoznania. Dobrze skrystalizowane kryształy pirytu są euhedralne ( tj . o ładnych ściankach). Piryt często można rozpoznać po prążkach, które w wielu przypadkach można zobaczyć na jego powierzchni. Chalkopiryt ( CuFeS 2 ) jest bardziej żółty z zielonkawym odcieniem, gdy jest mokry i bardziej miękki (3,5–4 w skali Mohsa). Arsenopiryt (FeAsS) jest srebrzystobiały i nie żółknie po zamoczeniu.
Zagrożenia
Piryt żelaza jest niestabilny w warunkach utleniających panujących na powierzchni Ziemi: piryt żelaza w kontakcie z tlenem atmosferycznym i wodą lub wilgocią ostatecznie rozkłada się na tlenowodorotlenki żelaza ( ferrihydryt , FeO(OH)) i kwas siarkowy ( H
2 SO
4 ). Proces ten jest przyspieszany przez działanie Acidithiobacillus , które utleniając piryt wytwarzają najpierw jony żelaza ( Fe 2+
), siarczany jony ( SO
2− 4 ) i uwalniają protony ( H + , czyli H 3 O + ). W drugim etapie jony żelazawe ( Fe 2+
) są utleniane przez O 2 do jonów żelazowych ( Fe 3+
), które hydrolizują również uwalniając jony H + i wytwarzając FeO(OH). Te reakcje utleniania zachodzą szybciej, gdy piryt jest drobno zdyspergowany (kryształy framboidalne początkowo utworzone przez bakterie redukujące siarczany (SRB) w osadach ilastych lub pyle z prac górniczych).
Utlenianie pirytu i kwaśne odwadnianie kopalń
Utlenianie pirytu przez atmosferyczny O 2 w obecności wilgoci ( H 2 O ) początkowo prowadzi do powstania jonów żelazawych ( Fe 2+
) i kwasu siarkowego , który dysocjuje na jony siarczanowe i protony , prowadząc do kwaśnego drenażu kopalni (AMD). Przykładem kwaśnego drenażu skał spowodowanego przez piryt jest wyciek ścieków z kopalni Gold King w 2015 roku .
- .
Wybuchy pyłu
Utlenianie pirytu jest na tyle egzotermiczne , że podziemne kopalnie węgla w pokładach węgla o wysokiej zawartości siarki czasami miały poważne problemy z samozapłonem . Rozwiązaniem jest zastosowanie piaskowania buforowego i różnych środków uszczelniających lub okładzinowych w celu hermetycznego uszczelnienia wyeksploatowanych obszarów w celu wykluczenia tlenu.
W nowoczesnych kopalniach pył wapienny jest rozpylany na odsłonięte powierzchnie węgla w celu zmniejszenia zagrożenia wybuchem pyłu . Ma to drugorzędną zaletę neutralizacji kwasu uwalnianego przez utlenianie pirytu, a tym samym spowolnienia cyklu utleniania opisanego powyżej, zmniejszając w ten sposób prawdopodobieństwo samozapłonu. Jednak w dłuższej perspektywie utlenianie postępuje, a uwodnione siarczany mogą wywierać ciśnienie krystalizacji, które może rozszerzyć pęknięcia w skale i ostatecznie doprowadzić do zapadnięcia się stropu .
Osłabione materiały budowlane
Kamień budowlany zawierający piryt ma tendencję do brązowienia w miarę utleniania się pirytu. Ten problem wydaje się być znacznie gorszy, jeśli obecny jest jakikolwiek markasyt . Obecność pirytu w kruszywie używanym do produkcji betonu może prowadzić do poważnego pogorszenia jakości, ponieważ piryt utlenia się. Na początku 2009 roku problemy z chińskimi płytami gipsowo-kartonowymi importowanymi do Stanów Zjednoczonych po huraganie Katrina przypisywano utlenianiu pirytu, a następnie redukcji siarczanów drobnoustrojów, która uwolniła gazowy siarkowodór ( H 2 S ). Problemy te obejmowały nieprzyjemny zapach i korozję przewodów miedzianych . W Stanach Zjednoczonych, Kanadzie, a ostatnio w Irlandii, gdzie był używany jako wypełnienie podłóg, zanieczyszczenie pirytem spowodowało poważne uszkodzenia konstrukcji. Beton wystawiony na działanie jonów siarczanowych lub kwasu siarkowego ulega degradacji w wyniku ataku siarczanów : tworzenie ekspansywnych faz mineralnych, takich jak ettringit (małe igiełkowe kryształy wywierające ogromne ciśnienie krystalizacji w porach betonu) i gips wytwarza wewnętrzne siły rozciągające w matrycy betonowej, które niszczą stwardniały zaczyn cementowy , tworzą pęknięcia i szczeliny w betonie i mogą doprowadzić do ostatecznej ruiny konstrukcji. Znormalizowane testy kruszyw budowlanych poświadczają, że materiały te są wolne od pirytu i markasytu.
Występowanie
Piryt jest najpowszechniejszym minerałem siarczkowym i jest szeroko rozpowszechniony w skałach magmowych, metamorficznych i osadowych. Jest to powszechny minerał akcesoryjny 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, obecny w osadach pierwotnych, jak i jako minerał wtórny, zdeponowany podczas diagenezy . Piryt i markasyt powszechnie występują jako zastępcze pseudomorfy po skamielinach w czarnych łupkach i innych skałach osadowych powstałych w redukujących warunkach środowiskowych. Piryt jest powszechnym minerałem pomocniczym w łupkach łupkowych, gdzie powstaje w wyniku wytrącania z beztlenowej wody morskiej, a pokłady węgla często zawierają znaczne ilości pirytu.
Godne uwagi złoża występują w postaci soczewkowatych mas w Wirginii w USA oraz w mniejszych ilościach w wielu innych miejscach. Duże złoża są wydobywane w Rio Tinto w Hiszpanii iw innych częściach Półwyspu Iberyjskiego.
Przekonania kulturowe
W wierzeniach Tajów (zwłaszcza południowców) piryt znany jest pod wieloma nazwami: Khao tok Phra Ruang , Khao khon bat Phra Ruang (ข้าวตอกพระร่วง, ข้าวก้นบาตร พระร่วง) lub Phet na tang , Hin na tang (เพชรหน้า ทั่ง, หินหน้าทั่ง). Uważa się, że jest to święty przedmiot , który ma moc zapobiegania złu, czarnej magii lub demonom.
Obrazy
Jako minerał zastępczy w amonicie z Francji
Piryt z Ampliación a Victoria Mine, Navajún, La Rioja, Hiszpania
Piryt z Sweet Home Mine, ze złotymi prążkowanymi sześcianami przerośniętymi mniejszymi tetraedrytami, na podłożu z przezroczystych igieł kwarcowych
Promieniująca postać pirytu
Paraspirifer bownockeri w pirycie
Różowy fluoryt osadzony pomiędzy pirytem z jednej strony a metaliczną galeną z drugiej
Obraz SEM przerostu kryształów pirytu sześcienno-oktaedrycznych (żółty) i pirotytu (różowo-żółty)
Zobacz też
Dalsza lektura
- Amerykański Instytut Geologiczny, 2003, Słownik górnictwa, minerałów i terminów pokrewnych , wyd. 2, Springer, Nowy Jork, ISBN 978-3-540-01271-9 .
- David Rickard, Piryt: Historia naturalna złota głupców , Oxford, Nowy Jork, 2015, ISBN 978-0-19-020367-2 .
Linki zewnętrzne
- Artykuł edukacyjny o słynnych kryształach pirytu z kopalni Navajun
- Jak tworzą się i zmieniają minerały „Utlenianie pirytu w warunkach pokojowych”.
- Poliakow, Martyn (2009). „Złoto głupców” . Układ okresowy filmów . Uniwersytet Nottingham .
| Kontrola władz : Biblioteki narodowe |
|---|
