福大结晶学与矿物学教案03矿物学各论-2硫化物及其类似化合物.docx

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1、第二章 硫化物及其类似化合物概述硫化物及其类似化合物包括一系列金属元素与硫、硒、蹄、碑等相化 合的化合物。矿物种数有350种左右，而其中硫化物就占2/3以上, 它们只占地壳总重量的0. 15%0化学成分 与硫组成化合物的最主要元素为Fe、Co、Ni、Mo、Cu、 Pb、Zn、Ag Hg、Cd、Bi、Sb、As 等。晶体化学特征硫化物及其类似化合物中原子间的键性不仅表现共 价键性，还显示一定的离子键性，甚至还有金属键性。可以看作硫离 子作最紧密堆积，阳离子位于四面体或八面体空隙。类质同像替代广 泛，同质多像普遍。物理性质 多呈金属色、金属光泽、条痕色深而不透明。仅少数硫化 物如雄黄、雌黄、辰砂、

2、闪锌矿等具金刚光泽，半透明。单硫化物和 硫盐矿物硬度低，大多具有明显解理；双硫化物，其硬度增高至5-6. 5 左右，同时缺乏解理或解理不完全，熔点低，比重一般在4以上。形态 大多数晶形较好，硫盐矿物自形性较差。硫化物主要呈粒状或 块状集合体出现。成因产状 绝大部分硫化物是热液作用的产物。高温热液阶段主要形 成辉锢矿、辉然矿、磁黄铁矿、毒砂等；中温热液阶段形成黄铜矿、 闪锌矿、方铅矿、黄铁矿等；低温热液阶段形成雄黄、雌黄、辉锦矿、 辰砂等；在内生的岩浆作用的晚期，可形成Fe, Ni, Cu的硫化物， 如基性超基性岩中的磁黄铁矿、锲黄铁矿和黄铜矿组成的铜锲硫化物 泽。硬度5-6；性脆；不完全解理；

3、比重4. 9。鉴定特征：晶形和色调与黄铁矿相区别。硫盐矿物半金属元素As、S属Bi与硫组成较复杂的络阴离子AsSj，SbSj， BiS33 AsSj”和SbS41等,具有这些络阴离子的硫化物通常称为 硫盐。与硫盐中络阴离子相结合的阳离子主要是Cu、Ag、Pb等。硫 盐矿物中络阴离子可构成多种复杂形式的配位。黝铜矿 Cu12sb4s13 (cl inohedrite)化学组成：Cih2sb4s 与碑黝铜矿Cu12As4s13呈完全类质同象，含类质 同象混入物Ag、Fe、Zn、Hg, Co. Ni等结构特点：等轴晶系。单胞的大小随着Sb置换As而有所改变。晶体形态：单晶体呈四面体形，依(111)为

4、接合面成双晶。物理性质：钢灰-铁黑色；条痕与颜色相同；硬度3-4;性脆；无解 理。比重4. 6-5,具弱导电性。鉴定特征：四面体晶形，断口呈黝黑色，明显的脆性。矿床。简单硫化物及其类似化合物辉铜矿 Cu2S (Cha I coc i te)化学组成：Cu 79. 86%, S 20.14%。一般常含 Ag。结构特点：斜方晶系。晶体形态：单晶体少见，呈假六方形的短柱状或厚板状。通常致密块 状、粉末状。物理性质：暗铅灰色；条痕暗灰色；金属光泽。硬度2-3;略具延展 性，小刀刻画时不成粉末，留下光亮刻痕。比重5. 5-5. 8。鉴定特征：暗铅灰色，低硬度和弱延展性。兰辉铜矿 Cu+2Cu+8S5 (

5、D i gen i te)化学组成:Cu 78. 85%, S 21. 15%o结构特点：有高温、低温、准稳态三个同质多相变体。等轴，结构复杂，S立方最密堆，Cu占据T空隙。晶体形态：通常致密块状、粉末状。物理性质：深蓝或黑色；条痕黑色；半金属光泽。硬度2. 5-3;性脆，比重 5. 6-5. 7O成因产状：通常为表生作用产物，不排除中低温热液作用形成的可能。方铅矿 PbS (Galena)化学组成：PbS,成分中常含Ag、Bi、Sb、Se等。结构特点：等轴晶系，NaCI型结构，S离子按立方最紧密堆积，Pb离子充填于八面体空隙，阴阳离子的配位数均为6。晶体形态：常呈立方体晶形，有时以八面体与立

6、方体聚形出现。物理性质：铅灰色；条痕灰黑色；金属光泽。硬度2-3;解理平行(100完全；比重7. 4-7. 6。鉴定特征：铅灰色，金属光泽，立方体完全解理，比重大。闪锌矿 ZnS (Sphalerite)化学组成：ZnS,成分中通常含有Fe等各种类质同象混入物。结构特点：等轴晶系；S离子成立方最紧密堆积，Zn离子充填于半数的四面体空隙，阴阳离子的配位数均为4。晶体形态：晶形常呈四面体，有时呈菱形十二面体，偶见以(111)为 接合面的双晶。物理性质：当含铁量增多时，颜色由浅变深，从浅黄-黑色，条痕白 色-褐色；光泽由树脂光泽至半金属光泽；从透明至半透明。硬度3. 5-4;解理平行110完全。比重

7、3.9-4. 1,随含Fe量增加而降低。鉴定特征：菱形十二面体完全解理、条痕、光泽以及经常与方铅矿密 切共生。辰砂 HgS (Cinnabar)包括HgS三个同质多象变体：三方晶系的辰砂、等轴晶系的黑辰砂以 及六方晶系的六方辰砂。后两者在自然界分布稀少。化学组成：HgS,有时含Se、Sb、Cu、Teo结构特点：三方晶系，属变形NaCI型结构。晶体形态：双晶常见，常呈以c轴为双晶轴的贯穿双晶(矛状双晶)。 物理性质：猩红色；条痕红色；金刚光泽。硬度2-2. 5;解理平行(1010 完全；比重8.05。鉴定特征：猩红色条痕，比重大，硬度低。黄铜矿 CuFe2+S2 (chalcopyrite)两种

8、同质多象变体：低温四方晶系和高温等轴晶系变体。二者转变温 度是550;高温变体的阳离子呈无序分布，低温有序。化学组成：CuFeS2,混入物有Mn、Sb、Ag、Zn、In、Bi等。结构特点：四方晶系。晶体结构类似闪锌矿，其单胞好似由两个闪锌 矿晶胞叠加而成O晶体形态：单晶体不常见，晶形呈四方四面体、四方偏三角面体、四 方双锥，多呈块状集合体出现。物理性质：黄铜色，条痕绿黑色；金属光泽；硬度3-4;性脆。比重4. 1-4. 30鉴定特征：黄铁矿相似，但颜色更黄且硬度较低。磁黄铁矿 Fe.xS (x=0-0.17) (Pyrrhotite)有两个同质多象变体：在320以上稳定的为高温六方晶系变体和在

9、 320以下稳定的为低温单斜晶系变体。化学组成：一般用FeS表示，混入物以Ni和Co为最常见。结构特点：晶体结构属红镶矿NiAs型结构(阴离子按六方最紧密堆 积，阳离子充填所有的八面体空隙)。晶体形态：晶形呈六方板状、柱状或桶状，但很少见。物理性质：暗青铜黄色，条痕灰黑色；金属光泽；硬度4,性脆；解 理平行1010不完全；比重4. 6-4. 7,具磁性。鉴定特征：暗青铜黄色，具磁性。工业用途：化工原料。辉镖矿 Sb2s3 (St i bn i te)化学组成：Sb2s3,含少量As、Pb、Ag、Cu、Fe等混入物。结构特点：斜方晶系。晶体结构中，S紧密衔接和Sb离子组成平行c 轴链，链内硫与锌

10、离子的距离仅为2. 5A;而链间则为3. 2A左右，键 力较弱，因而沿着这一方向010表现出解理性。晶体形态：单晶体呈柱状或针状，柱面具有明显的纵纹。物理性质：铅灰色；条痕黑色；金属光泽。硬度2；性脆；解理平行 010完全，解理面上常有横的聚片双晶纹，比重4. 6。鉴定特征：铅灰色，柱状晶形，柱面有纵纹，解理面有横纹。辉秋矿 Bi2s3 (Bismuthinite)化学组成：Bi2s3,含Pb、Cu、Sb、Se等混入物，其中，Pb?+置换Bi?+ 时，CiT同时进入晶格，使电价得到补偿。结构特点：斜方晶系。晶体结构相似于辉锦矿。晶体形态：晶形相似于辉锦矿，柱面具有明显的纵纹。物理性质：略带铅灰

11、的锡白色，表面常现黄色或斑状色，条痕铅灰色；金属光泽。硬度22. 5;解理平行010完全，比重6. 8。鉴定特征：与辉锦矿相似，但颜色稍浅，光泽较强，比重较大，熔点 稍鬲O铜蓝CuS(Cove I I i te)化学组成:CuS (Cu2S. CuS2),混入物有Fe、Ag、Se等。结构特点：六方晶系。晶体结构具复杂层状；Cu2+位于由三个S?一所 组成的等边三角形之中，各个三角形的角顶彼此相连成层。晶体形态：单晶体极为少见，呈细薄六方板状或片状。物理性质：靛青蓝色；条痕灰黑；金属光泽。硬度1.5-2;性脆；解理平行0001完全。比重4. 67。鉴定特征：铅灰色，金属光泽，硬度低，底面解理极完

12、全。雌黄 As2s3 (Orpiment)化学组成：As2s3,类质同象混入物Sb,可达3% o结构特点：单斜晶系。晶体结构表现为神、硫离子连接成层，层中每 一碑离子被三个硫离子所包围，而每个硫离子与两个碑离子相连接。 晶体形态：单晶体呈板状或短柱状，集合体成片状、梳状、土状等。 物理性质：柠檬黄色；条痕鲜黄色；油脂光泽至金刚光泽。硬度1 . 5-2 ； 解理平行010极完全,薄片具挠性。比重3. 5。鉴定特征：柠檬黄色；条痕鲜黄色，具一组完全解理，比重较自然硫 大。雄黄 AsS (Realgar)化学组成：As4s4结构特点：单斜晶系。晶体结构系由As4s4分子所构成，分子中的四 个硫原子与

13、四个碑原子之间以共价键相维系，而分子与分子间则以分 子键相连接。晶体形态：单晶体通常细小，呈柱状。物理性质：桔红色；条痕淡桔红色；晶面上具金刚光泽，断面上现树 脂光泽。硬度1.5-2;性脆；解理平行010完全。比重3. 6。鉴定特征：桔红色，条痕淡桔红色，硬度低。辉锢矿 MoS2 (Mo I ybden i te)二种多型：2H型(六方晶系)和3R型(三方晶系)，其物理性质彼此间 极为相似。化学组成：MoS2,类质同象混入物有Re等(0. n-1.88%)、Se等。结构特点：锢离子组成的面网，夹在上下由硫离子组成的面网之间, 共同构成一个结构层。Mo为六次配位，与S构成三方柱形配位多面 体。而

14、结构层可视为以Mo为中心的三方柱彼此共棱构成。晶体形态：单晶体呈六方板状，但往往不完全。底面上常有条纹。物理性质：铅灰色；条痕为亮铅灰色；金属光泽；硬度1;解理平行 0001极完全；薄片具槌性；有滑腻感；比重5.0鉴定特征：铅灰色，金属光泽，硬度低，底面解理极完全。对硫化物及其类似化合物阴离子为S22 Se22 Te2” As2r等对阴离子；阳离子主要 是Fe、Co、Ni等过渡型离子。结构中往往是由哑铃状对阴离子近似 于按立方密堆积而成。但由于对阴离子的存在，对称性有所降低。对 阴离子本身之间具有强烈的共价键，其键长很短，如对硫离子中S-S 之距离(2. 05A)小于二倍硫离子半径之和(3.

15、5A),因而相应地使金属 阳离子与这些对阴离子之间的距离缩短，使晶体结构趋向于紧密；缺 乏解理或解理不完全，这些对阴离子成哑铃状在结构中交错配置，使 各方向键力比较相近所造成。黄铁矿 FeS2 (Pyrite)化学组成：FeS2,混入物有C。、Ni、As、Sb、Cu、Au、Ag等。结构特点：等轴晶系。晶体结构与方铅矿相似，即哑铃状对硫离子代 替了方铅矿结构中简单硫离子的位置，铁离子代替了铅离子的位置。 晶体形态：晶形常呈立方体、五角十二面体，八面体或其聚形，在立 方体晶面上常能见到晶面条纹。物理性质：浅黄铜色，条痕绿黑色；金属光泽。硬度6-6. 5;性脆；断口参差状。比重5。鉴定特征：浅黄铜色

16、，条痕，高硬度。工业用途：化工原料。白铁矿 FeS2 (Marcasite)化学组成：成分同黄铁矿。结构特点：斜方晶系，配位同于黄铁矿，但对硫离子之轴与C轴斜交，对称程度降低。晶体形态：单晶体呈板状，有时呈矛头状，鸡冠状反复双晶。通常结 核状、皮壳状产出。物理性质：淡黄铜色而稍带浅灰或浅绿色调，条痕暗灰绿色；金属光 泽。硬度5-6;性脆；不完全解理；比重4. 9。鉴定特征：晶形和色调与黄铁矿相区别。毒砂 FeAsS (Arsenopyrite)结构特点：斜方晶系，配位同于黄铁矿，但对硫离子之轴与C轴斜交，对称程度降低。晶体形态：单晶体呈板状，有时呈矛头状，鸡冠状反复双晶。通常结 核状、皮壳状产出。物理性质：淡黄铜色而稍带浅灰或浅绿色调，条痕暗灰绿色；金属光