1.5.6 黄铁矿

黄铁矿(见图1-6)因其浅黄铜的颜色和明亮的金属光泽,常被误认为是黄金,故又称为“愚人金”。黄铁矿是铁的二硫化物。纯黄铁矿中含有46.67%的铁和53.33%的硫。黄铁矿是生产硫磺和硫酸的原料,黄铁矿分布广泛,在很多矿石和岩石中包括煤中都可以见到它。黄铁矿风化后会变成褐铁矿或黄钾铁矾。黄铁矿化学成分是FeS2,具有NaCl型晶体结构。成分中通常含钴、镍和硒,常有完好的晶形,呈立方体、八面体、五角十二面体及其聚形。立方体晶面上有与晶棱平行的条纹,各晶面上的条纹相互垂直。集合体呈致密块状、粒状或结核状。浅黄(铜黄)色,条痕绿黑色,强金属光泽,不透明,无解理,参差状断口。莫氏硬度较大,达6~6.5,小刀刻不动,密度4.9~5.2g/cm3。

图1-6 黄铁矿(Pyrite)

黄铁矿是分布最广泛的硫化物矿物,在各类岩石中都可出现。黄铁矿是提取硫和制造硫酸的主要原料,它还是一种非常廉价的古宝石。在英国维多利亚女王时代(1837—1901年),人们都喜欢饰用这种具有特殊形态和观赏价值的宝石。它除了用于磨制宝石外,还可以做珠宝玉器和其他工艺品的底座。世界著名产地有西班牙里奥廷托、捷克、斯洛伐克和美国。中国黄铁矿的储量居世界前列,著名产地有广东英德和云浮、安徽马鞍山、甘肃白银厂等。

黄铁矿理论组成为Fe46.55%,S53.45%。常有Co、Ni类质同象代替Fe,形成FeS2-CoS2和FeS2-NiS2系列。随Co、Ni代替Fe的含量增加,晶胞增大,硬度降低,颜色变浅。As、Se、Te可代替S。常含Sb、Cu、Au、Ag等的细分散混入物。亦可有微量Ge、In等元素。Au常以显微金、超显微金赋存于黄铁矿的解理面或晶格中。

黄铁矿属等轴晶系,a0=0.5417nm,Z=4,黄铁矿型结构;Fe原子占据立方体晶胞的角顶和面心,S原子组成哑铃状的对硫[S2]2-,其中心位于晶胞棱的中心和体心,[S2]2-的轴向与相当晶胞1/8的小立方体的对角线方向相同,但彼此并不相交;S-S间距为0.210nm,共价键,小于两倍的硫离子半径之和0.35nm。

偏方复十二面体晶类,Th-m3(3L24L33PC);晶体完好,常呈立方体和五角十二面体,较少为八面体晶形;主要单形有立方体a,五角十二面体e,八面体o及偏方复十二面体。晶面上常见三组互相垂直的条纹,为立方体和五角十二面体的聚形纹;双晶主要依(110)和(111)形成,依(110)形成穿插双晶;集合体呈粒状、致密块状、浸染状或球状。隐晶质变胶体黄铁矿称胶黄铁矿。

黄铁矿呈浅黄铜黄色,表面常具黄褐色锖色;条痕绿黑或褐黑;强金属光泽;不透明;解理极不完全;莫氏硬度6~6.5;密度4.9~5.2g/cm3;可具检波性。

黄铁矿是半导体矿物。由于不等价杂质组分代替,如Co3+、Ni3+代替Fe2+或As3+、AsS3+代替S2-2时,产生电子心(n型)或空穴心(p型)而具导电性。在热的作用下,所捕获的电子易于流动,并有方向性,形成电子流,产生热电动势而具热电性。

在岩浆岩中,黄铁矿呈细小浸染状,为岩浆期后热液作用的产物。接触交代矿床中,黄铁矿常与其他硫化物共生,形成于热液作用后期阶段。在热液矿床中,黄铁矿与其他硫化物、氧化物、石英等共生;有时形成黄铁矿的巨大堆积。在沉积岩、煤系及沉积矿床中,黄铁矿呈团块、结核或透镜体产出。在变质岩中,黄铁矿往往是变质作用的新生产物。

黄铁矿在氧化带不稳定,易分解形成氢氧化铁如针铁矿等,经脱水作用,可形成稳定的褐铁矿,且往往依黄铁矿成假象。这种作用常在金属矿床氧化带的地表露头部分形成褐铁矿或针铁矿、纤铁矿等覆盖于矿体之上,故称铁帽。在氧化带酸度较强的条件下,可形成黄钾铁矾(Jarosite,KFe3[SO4]2(OH)6),其分布量仅次于褐铁矿。