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第二章 硫化物和硫酸矿物

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硫化物是金属元素或者半金属元素与硫元素化合而成的天然化合物,假如以硒、碲、砷、锑、铋替换硫,那么便会生成硒化物、碲化物、砷化物、锑化物、铋化物。硫化物是很重要的铅、锌、铁、铜等矿石,但由于很容易氧化为硫酸盐,因此一般形成于水位比较低的炙热矿脉中。

硫酸矿物是指硫与金属元素或者非金属元素结合在一起形成的天然化合物,它们的性质与硫化物的性质类似。

第一节 方铅矿和辰砂

方铅矿主要形成于中温热液矿床中,常与闪锌矿结合形成铅锌硫化物矿床,也可形成于接触交代矿床中,与萤石、石英、方解石和黄铁矿一起共生。方铅矿的晶体是立方体,有时为八面体与立方体的聚形,其聚合体常常呈粒状和致密块状,不透明;颜色呈铅灰色,条痕呈灰黑色,有金属光泽。

方铅矿实际上就是硫化铅,其中硫和锌的含量比是1:1,这是一种常见矿物。方铅矿是提取铅的重要原料,古代的航海家常常利用提炼出来的铅,对船底附生的藤壶生物做清理。铅也是制造兵器必不可少的原料,而且是制作屏蔽放射性核辐射的原料。但是,对人类而言,铅有害的一面也很明显。有研究表明,古罗马并非因女色而覆灭,铅中毒可能才是祸端,因为他们在生活中常常使用铅制品。目前,微量元素分析数据显示,过量的铅尘和大量铅化物的废尘会严重威胁人体的健康。

方锌矿的主要产地是美国的新密苏里、澳大利亚的布罗肯希尔等。

辰砂是汞的硫化物,是提炼汞的重要原料。又被称为丹砂、朱砂,颜色呈棕红色或者猩红色,晶体表面具有光泽,条痕呈红色,半透明,晶形为板状或者柱状,常常见到的是双晶。辰砂晶体可作为激光技术中的重要原料,并且有药用价值,具有镇静安神、杀菌的作用。此外,由于辰砂晶体有着独特的造型,加上绚烂多彩、含蓄质朴,成为天然的观赏石,受到人们的喜爱,这也是大自然赐予我们的精美礼物。

辰砂的主要成分是硫化汞,汞含量高达85.4%。辰砂也不是纯净的,常混有一些杂质,比如沥青、雄黄、磷灰石等。辰砂常常与雄黄、黄铁矿一起形成于火山道或者温泉的周围,还会出现在火山周围的矿脉和沉积岩中,与白铁矿、蛋白石、石英及方解石等结合共生。西班牙的阿尔马登、意大利的尤得里奥、美国的加利福尼亚沿岸山脉等地都是辰砂的著名产地。

第二节 闪锌矿、硫镉矿和辉锑矿

闪锌矿的主要成分是锌、铁、硫,而且含有各种类质同象物质,主要存在于接触矽卡矿岩矿床中和中、低温热液成因矿床中。闪锌矿是分布最广的矿物,蕴含着丰富的锌,常常与白云石、石英、黄铁矿、方铅岩、重晶石、方解石等结合共生。闪锌矿的晶体通常是四面体或者菱形十二面体,晶面有一定弯曲度;颜色随含铁量的不同而呈现出不同,当铁的含量增多时,其颜色由浅变深,从淡黄色到黑色,从透明到半透明。

鉴定闪锌矿的方法是,加入稀盐酸后观察是否反应生成硫化氢,并散发出类似于臭鸡蛋的气味。质地纯净的闪锌矿不易熔化,是提炼锌的重要矿物原料,其中含有的镉、铟、镓等稀有元素,价值巨大。澳大利亚的布罗肯希尔、美国的密西西比河谷等地是世界全著名的闪锌矿主要产地。

硫镉矿属于表生矿物,经常与含镉闪锌矿或者纤锌矿一起存在于硫化物矿床的氧化带中。硫镉矿的晶体为柱状或者锥状,但最常见的是呈土状覆盖于其他矿物表面。硫镉矿的颜色是黄橙色、暗橙色或者红色;条痕则从橘黄色到砖红色;半透明到透明,有着一定的松脂般或金刚光泽;纹理清晰,断口处常呈现出贝壳状。硫镉矿主要用来提炼镉或者制造镉黄等镉化合物,是冶炼铅和锌后生成的副产物。美国、英国、捷克和斯洛伐克等地是硫镉矿的主要产地。

辉锑矿主要存在于中低温的热液矿床中,主要富集于辉锑矿构成的石英脉或碳酸盐矿层中。辉锑矿的颜色和条痕都是铅灰色,晶体呈柱状,柱面上有纵向条纹分布,而且大部分晶体呈弯曲状,甚至有一些是卷曲反射状的集合体,还有一些是针状、纤维状、粒状和致密状的集合体。由于辉锑矿的晶体集合体姿态万千,因此不仅具有观赏价值,其收藏价值也极高。辉锑矿是提炼锑的重要原料,天然产出辉锑矿可以制成安全火柴和胶皮。我们常用的铅笔,在制作中除了石墨和黏土外,也需要加入20% 的辉锑矿。此外,辉锑矿还被应用到制作耐摩擦的合金中,如铜锌锡合金。

第三节 斑铜矿、黄铜矿和辉铜矿

斑铜矿是铜和铁的硫化物矿物,铜的含量大约是63.3%,是提炼铜的重要原料矿物之一。斑铜矿存在于热液成因的斑岩铜矿中,与黄铜矿、石英、方铅矿等矿物一起共生;也会出现在矽卡岩矿床中和铜矿床的次生富集带,但因稳定性差,常常被次生辉铜矿或者铜蓝置换。斑铜矿的晶体是立方体、八面体、菱形十二面体,晶面常有弯曲、不平坦,一般呈密块状或者规则的粒状。斑铜矿的颜色是暗铜红色,表面风化之后常被一层蓝紫斑状锖色覆盖,呈蓝色或紫色,因而又被称为“孔雀石”。条痕为灰黑色,不透明,具有金属光泽。美国蒙大拿州的比尤特、墨西哥的卡纳内阿、智利的丘基卡马塔等地是斑铜矿的代表性产地。

黄铜矿的化学成分是cufes2,存在于硫化物矿床中。黄铜矿的晶体是四方体,一般是双晶,晶体表面有许多条纹。集合体常为不规则的粒状或者致密的块状,颜色呈黄铜色,表面有斑驳的蓝紫色晕彩,条痕为绿黑色,具有金属光泽且不透明。黄铜矿看起来和黄铁矿、自然金相似,但其硬度偏低,没有黄铁矿的硬度高;黄铜矿中的绿黑色条痕能够溶解在硝酸中,而自然金不能溶于硝酸。黄铜矿是铜矿石中很重要的一种,也是常见的硫化物,几乎可在不同的环境下形成。但主要生成于热液作用和接触交代作用,常可形成于具有一定规模的矿床中。黄铜矿在工业上的应用主要是炼钢。主要产地是西班牙的里奥廷托、德国的曼斯菲尔德、瑞典的法赫伦、美国的亚利桑那州和田纳西州、智利的丘基卡马塔等地。

辉铜矿的主要成分是cu2s,常与石英、方解石等矿物共同存在于炙热的矿脉中,最常见的晶体为块状集合体。颜色为暗深灰色,不透明,带金属光泽;可溶于硝酸,燃烧时的火焰呈绿色,同时释放出二氧化硫气体。辉铜矿是所有铜的硫化物中含铜量最高的,达到了79.86%,因此是提炼铜的重要原料。辉铜矿主要分布在美国阿拉斯加州的肯纳科特、内华达州的伊利、亚利桑那州的莫伦西以及纳米比亚的楚梅布等地。

第四节 黄铁矿、磁黄铁矿和白铁矿

黄铁矿常存在于岩浆岩、沉积岩、变质岩的副矿物中,含有钴、镍、锌等物质。黄铁矿的晶体为立方体、八面体、五角十二面体,表面布满条纹,由致密的块状、粒状、结核状聚集在一起形成集合体;颜色呈淡黄色,条痕呈绿色、黑色,具有强金属光泽,不透明。由于黄铁矿的颜色呈浅黄棕色,又有着强金属光泽,因此常被误认为是黄金,故得名“愚人金”。黄铁矿是分布范围最广泛的硫化物,也是提取硫和制造硫酸的重要原料。西班牙、捷克、斯洛伐克、美国等是黄铁矿的著名产地。

磁黄铁矿分布于各种磁性岩浆矿床中,常与黄铜矿、黄铁矿、磁铁矿、毒砂等物质一起共生。磁黄铁矿的晶体为板状或者片状,颜色从黄色到红色,氧化之后呈棕色;条痕从灰色到黑色,具有金属光泽,而且不透明。磁黄铁矿是制造硫酸的主要原料,通常呈致密块状,产于多种金属矿床中,但主要富集于铜镍硫化物矿床中。磁黄铁矿导电性高,略有磁性,在经济价值方面虽然比黄铁矿低一些,但因其含镍较多,可作为镍矿石使用,也可用于含重金属废水的净化处理。此外,磁黄铁矿还被广泛应用到石油化工、冶金、橡胶、造纸、军事、食品等行业中。

白铁矿和黄铁矿一样都属于硫化物矿物,但晶体结构不一样,外观也就大不一样。白铁矿主要存在于页岩、黏土岩、石灰岩中,在自然界的分布范围要比黄铁矿少一些,而且不会有大量聚积;白铁矿是fes2 的不稳定变体,当温度超过350 c时,便会转化成黄铁矿。白铁矿的晶体形态多样,最常见的是板状和椎体状,由于是双晶,因此晶体表面通常弯曲,形成鸡冠状晶体;晶体颜色为淡白色,风化之后会变成黑色;条痕呈黑绿色,具有金属光泽,不透明。白铁矿在全世界分布范围广泛,主要产地是美国、英国、德国等国家。

第五节 脆银矿、深红银矿和车轮矿

脆银矿主要存在于银脉矿的矿床中,常与自然银、硫化物及其他盐酸类如辉银矿等物质共生。晶体为板状或柱状,晶面上分布着斜线条纹,有时是双晶,也有以块状的集合体产出;颜色铁黑,条痕呈黑色;具有金属光泽,而且不透明。脆银矿易于熔化,能溶于硝酸。脆银矿在世界的主要产地是挪威的康格斯伯格、智利的占那尔西诺。

深红银矿又叫作浓红银矿或硫锑银矿,与其他硫盐类及矿物,如黄铁矿、方铅矿、石英、白云石等一起共生于炙热的矿脉中。深红银矿的晶体为柱状或者三角面体,有时呈双晶,晶体两端不对称,所以也会呈块状、致密状的集合体。深红银矿的颜色是暗樱红色,条痕呈绛红色,具有金属光泽。深红银矿主要产于墨西哥、玻利维亚、德国、美国等地的一些银矿床中。

车轮矿主要分布于中低温的热液矿床中,但数量不多,而且常常出现在铅锌和多金属矿床中,与晚期硅化阶段有着紧密的联系。在低温锑矿中,为早期分析出的矿物,在氧化带中,则易分解为孔雀石、白铅矿及氧化锑。车轮矿与方铅矿、银、黄铜矿、石英等物质共生,晶体为短柱状或者板状,常为双晶,晶体表面有条纹,也以块状、粒状、致密状的集合体出现;车轮矿的颜色从灰色到黑色,条痕呈灰色,具有金属光泽,而且不透明。俄罗斯的乌拉尔、捷克的普尔西布蓝、智利的华斯科爱尔多、英国康威尔的惠尔博爱斯等地是车轮矿的主要产地。

第六节 黝铜矿和砷黝铜矿

黝铜矿是一种铜和锑的硫化物矿物,常常产于矿脉中,与铜、银、铅和锌等物质共生,黝铜矿的晶体为四面体,双晶,晶面为三角形,也以块状、粒状、致密状的集合体出现。黝铜矿的颜色从灰色到黑色,条痕的颜色从棕色到红色,具有金属光泽,而且不透明。某些变种的黝铜矿中含有银,含量可达18%,因此这是提炼银的重要原料,也令其成为价值很高的银矿物。世界大多数多金属矿床中都含有或多或少的黝铜矿。

砷黝铜矿主要产于铜、铅、锌、银等硫化物的矿床中,而且与其他含铜矿物共生。砷黝铜矿的分布范围虽然很广泛,但比较少出现富集的情况;常见于各种成因的炙热矿床和多种硫化物的共生组合中,主要分布于中温热液矿床中,与黄锡矿、黄铜矿、闪锌矿、方铅矿等物质共生。砷黝铜矿的晶体为四面体,双晶,晶体表面为三角形,也以块状、粒状、致密状的集合体出现;颜色呈深钢灰色,条痕从棕色到红色,具有金属光泽,有些会异常明亮,不透明。砷黝铜矿可以用来提炼铜和砷,因此经济价值很高,但数量非常少,仅仅在美国、俄罗斯等少数地区发现。

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