Pyrit
| Pyrit | |
|---|---|
 Sammanväxt av glänsande, kubiska kristaller av pyrit, med vissa ytor som visar karakteristiska strior, från Huanzala-gruvan, Ancash, Peru. Provstorlek: 7,0 × 5,0 × 2,5 cm
| |
| Allmänt | |
| Kategori | Sulfidmineral |
|
Formel (upprepad enhet) |
FeS 2 |
| IMA-symbol | Py |
| Strunz klassificering | 2.EB.05a |
| Dana klassificering | 2.12.1.1 |
| Kristallsystem | Kubisk |
| Kristallklass |
Diploidal (m 3 ) HM-symbol : (2/m 3 ) |
| Rymdgrupp | P a 3 |
| Enhetscell | a = 5,417 Å , Z = 4 |
| Identifiering | |
| Formelmassa | 119,98 g/mol |
| Färg | Blek mässingsgul reflex; mattas mörkare och skimrande |
| Kristallvana | Kubiska ansikten kan vara tvärstrimmiga, men också ofta oktaedriska och pyritoedriska. Ofta sammanväxt, massiv, utstrålad, granulär, klotformig och stalaktitisk. |
| Twinning | Penetration och kontaktsamverkan |
| Klyvning | Otydligt på {001}; avsked på {011} och {111} |
| Fraktur | Mycket ojämn, ibland konkoidal |
| Envishet | Spröd |
| Mohs skala hårdhet | 6–6,5 |
| Lyster | Metallisk, glittrande |
| Strimma | Grönsvart till brunsvart |
| Genomskinlighet | Ogenomskinlig |
| Specifik gravitation | 4.95–5.10 |
| Densitet | 4,8–5 g/cm 3 |
| Smältbarhet | 2,5–3 till en magnetisk kula |
| Löslighet | Olösligt i vatten |
| Andra egenskaper | paramagnetisk |
| Referenser | |
Mineralet pyrit ( / ˈ p aɪ r aɪ t / ), eller järnkis , även känt som dårarnas guld , är en järnsulfid med den kemiska formeln Fe S 2 (järn (II) disulfid). Pyrit är det vanligaste sulfidmineralet .
Pyritens metalliska lyster och bleka mässingsgula nyans ger den en ytlig likhet med guld , därav det välkända smeknamnet dårguld . Färgen har också lett till smeknamnen mässing , brazzle och Brazil , som främst används för att hänvisa till pyrit som finns i kol .
Namnet pyrit kommer från grekiskan πυρίτης λίθος ( pyritēs lithos ), 'sten eller mineral som slår eld', i sin tur från πῦρ ( pyr ), 'eld'. I forntida romartid användes detta namn på flera typer av sten som skulle skapa gnistor när de slogs mot stål ; Plinius den äldre beskrev en av dem som mässing, nästan säkert en hänvisning till vad vi nu kallar pyrit.
På Georgius Agricolas tid, ca. 1550 hade termen blivit en generisk term för alla sulfidmineraler .
Pyrit finns vanligtvis associerat med andra sulfider eller oxider i kvartsådror , sedimentär sten och metamorfisk sten , såväl som i kolbäddar och som ersättningsmineral i fossiler , men har också identifierats i sclerites av fjällande snäckor . Trots smeknamnet "fool's gold" finns pyrit ibland i samband med små mängder guld. En betydande del av guldet är "osynligt guld" som ingår i pyriten (se guldfyndigheten av Carlin-typ) . Det har föreslagits att förekomsten av både guld och arsenik är ett fall av kopplad substitution men från och med 1997 förblev guldets kemiska tillstånd kontroversiellt.
Används
Pyrit hade en kort popularitet under 1500- och 1600-talen som en antändningskälla i tidiga skjutvapen , framför allt hjullåset , där ett prov av pyrit placerades mot en cirkulär fil för att slå gnistor som behövdes för att avfyra pistolen.
Pyrit används med flintsten och en form av tinder gjord av trådbark av Kaurna-folket , folket i södra Australien , som en traditionell metod för att starta eld.
Pyrit har använts sedan klassisk tid för att tillverka koppar ( järnsulfat) . Järnkis hopades upp och fick vittras (ett exempel på en tidig form av höglakning ). Det sura avrinnandet från högen kokades sedan med järn för att producera järnsulfat. På 1400-talet började nya metoder för sådan urlakning att ersätta svavelbränning som en källa till svavelsyra . På 1800-talet hade det blivit den dominerande metoden.
Pyrit förblir i kommersiellt bruk för produktion av svaveldioxid , för användning i sådana applikationer som pappersindustrin och vid tillverkning av svavelsyra. Termisk nedbrytning av pyrit till FeS ( järn(II)sulfid ) och elementärt svavel börjar vid 540 °C (1 004 °F); vid cirka 700 °C (1 292 °F), är . pS2 cirka 1 atm
En nyare kommersiell användning för pyrit är som katodmaterial i Energizers icke-uppladdningsbara litiummetallbatterier .
Pyrit är ett halvledarmaterial med ett bandgap på 0,95 eV . Ren pyrit är naturligt av n-typ, i både kristall- och tunnfilmsform, potentiellt på grund av svavelvakanser i pyritkristallstrukturen som fungerar som n-dopanter.
Under de första åren av 1900-talet användes pyrit som mineraldetektor i radiomottagare och används fortfarande av kristallradiohobbyister . Tills vakuumröret mognade var kristalldetektorn den mest känsliga och pålitliga detektorn som fanns tillgänglig - med avsevärd variation mellan mineraltyper och till och med enskilda prover inom en viss typ av mineral. Pyritdetektorer upptog en mittpunkt mellan galenadetektorer och de mer mekaniskt komplicerade perikonmineralparen . Pyritdetektorer kan vara lika känsliga som en modern 1N34A germaniumdioddetektor .
Pyrit har föreslagits som ett rikligt, giftfritt, billigt material i billiga solcellspaneler . Syntetisk järnsulfid användes tillsammans med kopparsulfid för att skapa fotovoltaiskt material. Nyare ansträngningar arbetar mot tunnfilmssolceller gjorda helt av pyrit.
Pyrit används för att göra markasitsmycken . Marcasite smycken, gjorda av små facetterade bitar av pyrit, ofta infattade i silver , var kända sedan urminnes tider och var populära under den viktorianska eran . Vid den tidpunkt då termen blev vanlig inom smyckestillverkning, syftade "markasit" på alla järnsulfider inklusive pyrit, och inte till det ortorombiska FeS 2 -mineralet markasit som är ljusare i färgen, skört och kemiskt instabilt och därför inte lämpar sig för smyckestillverkning . Markasitsmycken innehåller faktiskt inte mineralet markasit. Proverna av pyrit, när det ser ut som kristaller av god kvalitet, används i dekoration. De är också mycket populära inom mineralinsamling. Bland de platser som ger de bästa exemplaren är provinserna Soria och La Rioja (Spanien).
Värdemässigt utgör Kina (47 miljoner USD) den största marknaden för importerad orostad järnkis över hela världen, och utgör 65 % av den globala importen. Kina är också den snabbast växande när det gäller import av orostad järnkis, med en CAGR på +27,8 % från 2007 till 2016.
Forskning
I juli 2020 rapporterade forskare att de har observerat en spänningsinducerad omvandling av normalt diamagnetisk pyrit till ett ferromagnetiskt material, vilket kan leda till tillämpningar i enheter som solceller eller magnetisk datalagring. Forskare vid Trinity College Dublin, Irland har visat att FeS 2 kan exfolieras till få lager precis som andra tvådimensionella skiktade material som grafen med en enkel exfolieringsväg i vätskefas. Detta är den första studien som visar produktionen av icke-skiktade 2D-blodplättar från 3D-bulk FeS 2 . Dessutom har de använt dessa 2D-blodplättar med 20 % enkelväggigt kol-nanorör som anodmaterial i litiumjonbatterier, och nått en kapacitet på 1000 mAh/g nära den teoretiska kapaciteten för FeS 2 . År 2021 har en naturlig pyritsten krossats och förbehandlats följt av vätskefasexfoliering till tvådimensionella nanoskivor, som har visat en kapacitet på 1200 mAh/g som anod i litiumjonbatterier.
Formella oxidationstillstånd för pyrit, markasit, molybdenit och arsenopyrit
Ur perspektivet av klassisk oorganisk kemi , som tilldelar formella oxidationstillstånd till varje atom, är pyrit och markasit förmodligen bäst beskrivna som Fe 2+ [ S 2 ] 2− . Denna formalism erkänner att svavelatomerna i pyrit förekommer i par med tydliga S–S-bindningar. Dessa persulfid [ – S–S – ] enheter kan ses som härledda från vätedisulfid , H 2 S 2 . Sålunda skulle pyrit mer beskrivande kallas järnpersulfid, inte järndisulfid. Däremot har molybdenit , Mo S 2 , isolerade sulfid S 2−- centra och oxidationstillståndet för molybden är Mo 4+ . Mineralet arsenopyrit har formeln Fe As S. Medan pyrit har [S 2 ] 2– enheter, har arsenopyrit [AsS] 3– enheter, formellt härrörande från deprotonering av arsenotiol (H 2 AsSH). Analys av klassiska oxidationstillstånd skulle rekommendera en beskrivning av arsenopyrit som Fe 3+ [AsS] 3− .
Kristallografi
Järn-pyrit FeS2 representerar prototypföreningen av den kristallografiska pyritstrukturen. Strukturen är enkel kubisk och var bland de första kristallstrukturerna som löstes genom röntgendiffraktion . Den tillhör den kristallografiska rymdgruppen Pa 3 och betecknas med Strukturbericht- notationen C2. Under termodynamiska standardförhållanden uppgår gitterkonstanten för stökiometrisk järnkis FeS2 till 541,87 pm . Enhetscellen S2
sammansatt av ett Fe -ytcentrerat kubiskt subgitter i vilket - jonerna är inbäddade. (Observera dock att järnatomerna i ytorna inte är ekvivalenta med enbart translation till järnatomerna i hörnen.) Pyritstrukturen ses även i andra MX 2 - föreningar av övergångsmetaller M och kalkogener X = O , S , Se och Te . Vissa dipnictider där X står för P , As och Sb etc. är också kända för att anta pyritstrukturen.
Fe-atomerna är bundna till sex S-atomer, vilket ger en förvrängd oktaeder. Materialet är en halvledare . Fe-jonerna anses vanligtvis vara tvåvärda lågspinntillstånd (vilket visas av Mössbauer-spektroskopi såväl som XPS). Materialet som helhet beter sig som en Van Vleck -paramagnet , trots dess låga spinndivalens.
Svavelcentra förekommer i par, beskrivna som S 2 2− . Reduktion av pyrit med kalium ger kaliumditioferrat , KFeS 2 . Detta material har järn(III)joner och isolerade sulfid (S 2- ) centra.
S-atomerna är tetraedriska, bundna till tre Fe-centra och en annan S-atom. Platssymmetrin vid Fe- och S- positionerna redovisas av punktsymmetrigrupperna C3i respektive C3 . Det saknade inversionscentrumet vid S-gitterplatser har viktiga konsekvenser för de kristallografiska och fysikaliska egenskaperna hos järnkis. Dessa konsekvenser härrör från det elektriska kristallfältet som är aktivt vid svavelgitterplatsen, vilket orsakar en polarisering av S-joner i pyritgittret. Polarisationen kan beräknas på basis av högre ordningens Madelung-konstanter och måste inkluderas i beräkningen av gitterenergin genom att använda en generaliserad Born–Haber-cykel . Detta återspeglar det faktum att den kovalenta bindningen i svavelparet är otillräckligt redovisad av en strikt jonisk behandling.
Arsenopyrit har en relaterad struktur med heteroatomiska As–S-par snarare än SS-par. Marcasite har också homoatomiska anjonpar, men arrangemanget av metall och diatomiska anjoner skiljer sig från pyrit. CuFeS
2 ) innehåller trots sitt namn inte dianjonpar, utan enstaka S 2− sulfidanjoner.
Kristallvana
Pyrit bildar vanligtvis kubiska kristaller, ibland bildas i nära anslutning för att bilda hallonformade massor som kallas framboider . Men under vissa omständigheter kan det bilda anastomoserande filament eller T-formade kristaller. Pyrit kan också bilda former nästan likadana som en vanlig dodekaeder , känd som pyritohedra, och detta antyder en förklaring till de konstgjorda geometriska modeller som hittades i Europa så tidigt som på 500-talet f.Kr. [ förtydligande behövs ]
Olika sorter
Cattierit ( Co S 2 ), vaesite ( Ni S 2 ) och hauerit ( Mn S 2 ), samt sperrylit ( Pt As 2 ) är lika till sin struktur och tillhör också pyritgruppen.
Bravoite är en nickel-kobolthaltig variant av pyrit, med > 50 % substitution av Ni 2+ för Fe 2+ i pyrit. Bravoit är inte ett formellt erkänt mineral och är uppkallat efter den peruanske vetenskapsmannen Jose J. Bravo (1874–1928).
Att skilja liknande mineraler
Pyrit kan särskiljas från inhemskt guld genom sin hårdhet, sprödhet och kristallform. Pyritfrakturer är mycket ojämna , ibland konchoidala eftersom det inte klyver längs ett preferentiellt plan. Inhemska guldkorn , eller glitter, går inte sönder utan deformeras på ett formbart sätt. Pyrit är sprött, guld är formbart.
Naturligt guld tenderar att vara anhedriskt (oregelbundet format utan väldefinierade ytor), medan pyrit kommer som antingen kuber eller mångfacetterade kristaller med välutvecklade och vassa ytor som är lätta att känna igen. Väl kristalliserade pyritkristaller är euedriska ( dvs med fina ansikten). Pyrit kan ofta särskiljas genom de ränder som i många fall kan ses på dess yta. Kalkopirit ( CuFeS 2 ) är ljusare gul med en grönaktig nyans när den är våt och är mjukare (3,5–4 på Mohs skala). Arsenopyrit (FeAsS) är silvervit och blir inte gulare när den är blöt.
Faror
Järnkis är instabil när den utsätts för de oxiderande förhållanden som råder på jordens yta: järnkis i kontakt med atmosfäriskt syre och vatten, eller fuktigt, sönderdelas till slut till järnoxihydroxider ( ferrihydrit , FeO(OH)) och svavelsyra ( H
2 SO
4 ). Denna process påskyndas av verkan av Acidithiobacillus -bakterier som oxiderar pyrit för att först producera järnjoner H 3O + ( Fe 2+ )
, sulfatjoner ( SO
2− 4 ) och frigöra protoner ( H + eller ). I ett andra steg oxideras järnjonerna ( Fe 2+ ) av
O 2 till järn(II)joner ( Fe 3+
) som hydrolyserar även frigör H + -joner och producerar FeO(OH). Dessa oxidationsreaktioner sker snabbare när pyrit är fint dispergerat (framboidala kristaller som initialt bildas av sulfatreducerande bakterier (SRB) i argillacediment eller damm från gruvdrift).
Pyritoxidation och syragruvdränering
Pyritoxidation av atmosfärisk O 2 i närvaro av fukt ( H 2 O ) producerar initialt järnjoner ( Fe 2+
) och svavelsyra som dissocierar till sulfatjoner och protoner , vilket leder till sur mindränering (AMD). Ett exempel på dränering av sura stenar orsakade av pyrit är 2015 års avloppsvattenutsläpp från Gold King Mine .
- .
Dammexplosioner
Pyritoxidation är tillräckligt exoterm för att underjordiska kolgruvor i kollag med hög svavelhalt ibland har haft allvarliga problem med spontan förbränning . Lösningen är användningen av buffertblästring och användningen av olika tätnings- eller beklädnadsmedel för att hermetiskt täta de utminerade områdena för att utesluta syre.
I moderna kolgruvor sprutas kalkstensdamm på de exponerade kolytorna för att minska risken för dammexplosioner . Detta har den sekundära fördelen att den neutraliserar syran som frigörs genom pyritoxidation och därför saktar ner oxidationscykeln som beskrivs ovan, vilket minskar sannolikheten för spontan förbränning. På lång sikt fortsätter dock oxidationen och de hydratiserade sulfaterna kan utöva kristallisationstryck som kan expandera sprickor i berget och så småningom leda till takfall .
Försvagade byggmaterial
Byggsten som innehåller pyrit tenderar att färgas brunt när pyrit oxiderar. Detta problem verkar vara betydligt värre om någon markasit är närvarande. Närvaron av pyrit i ballasten som används för att tillverka betong kan leda till allvarlig försämring när pyrit oxiderar. I början av 2009 tillskrevs problem med kinesiska gipsskivor som importerades till USA efter orkanen Katrina till pyritoxidation, följt av mikrobiell sulfatreduktion som frigjorde vätesulfidgas ( H 2 S ). Dessa problem inkluderade en dålig lukt och korrosion av kopparledningar . I USA, i Kanada och på senare tid i Irland, där den användes som utfyllnad under golvet, har pyritföroreningar orsakat stora strukturella skador. Betong som utsätts för sulfatjoner, eller svavelsyra, bryts ned genom sulfatangrepp : bildandet av expansiva mineralfaser, såsom ettringit (små nålkristaller som utövar ett enormt kristallisationstryck inuti betongporerna) och gips skapar inre dragkrafter i betongmatrisen som förstöra den härdade cementpastan , bilda sprickor och sprickor i betongen och kan leda till den ultimata förstörelsen av strukturen. Normaliserade tester för byggmaterial intygar att sådana material är fria från pyrit eller markasit.
Förekomst
Pyrit är den vanligaste av sulfidmineraler och är utbredd i magmatiska, metamorfa och sedimentära bergarter. Det är ett vanligt tillbehörsmineral i magmatiska bergarter, där det också ibland förekommer som större massor som härrör från en oblandbar sulfidfas i den ursprungliga magman. Det finns i metamorfa bergarter som en produkt av kontaktmetamorfism . Det bildas också som ett hydrotermiskt mineral med hög temperatur , även om det ibland bildas vid lägre temperaturer.
Pyrit förekommer både som ett primärt mineral, närvarande i de ursprungliga sedimenten, och som ett sekundärt mineral, avsatt under diagenes . Pyrit och markasit förekommer vanligen som ersättningspseudomorfer efter fossiler i svart skiffer och andra sedimentära bergarter som bildats under reducerande miljöförhållanden. Pyrit är vanligt som ett tillbehörsmineral i skiffer, där det bildas genom utfällning från syrefritt havsvatten, och kolbäddar innehåller ofta betydande pyrit.
Anmärkningsvärda avlagringar finns som linsformade massor i Virginia, USA, och i mindre mängder på många andra platser. Stora fyndigheter bryts i Rio Tinto i Spanien och på andra håll på den iberiska halvön.
Kulturella övertygelser
I det thailändska folkets tro (särskilt sydlänningen) är pyrit känd under flera namn: Khao tok Phra Ruang , Khao khon bat Phra Ruang (ข้าวตอกพระร่วฉาฉ,ขาฉ,ขาฉ,ขาฉ,ขาฉ, ตรพระร่วง) eller Phet na tang , Hin na tang (เพชรหน้า ทั่ง, หินหน้าทั่ง). Det tros vara ett heligt föremål som har makten att förhindra ondska, svart magi eller demoner.
Bilder
Som ersättningsmineral i en ammonit från Frankrike
Pyrit från Ampliación a Victoria Mine, Navajún, La Rioja, Spanien
Pyrit från Sweet Home Mine, med gyllene strimmiga kuber sammanväxta med mindre tetrahedrit, på en bädd av genomskinliga kvartsnålar
Strålande form av pyrit
Paraspirifer bownockeri i pyrit
Rosa fluorit uppflugen mellan pyrit på ena sidan och metallisk galena på andra sidan
SEM-bild av sammanväxt av pyrit kuboktaedriska kristaller (gul) och pyrrhotite (rosagul)
Se även
Vidare läsning
- American Geological Institute, 2003, Dictionary of Mining, Mineral, and Related Terms , 2:a upplagan, Springer, New York, ISBN 978-3-540-01271-9 .
- David Rickard, Pyrite: A Natural History of Fool's Gold , Oxford, New York, 2015, ISBN 978-0-19-020367-2 .
externa länkar
- Pedagogisk artikel om de berömda pyritkristallerna från Navajungruvan
- Hur mineraler bildas och förändras "Pyritoxidation under rumsförhållanden".
- Poliakoff, Martyn (2009). "Fool's Gold" . Det periodiska systemet för videor . University of Nottingham .
| Myndighetskontroll : Nationella bibliotek |
|---|
