2 Лабораторная работа класс «сернистые

СОЕДИНЕНИЯ – СУЛЬФИДЫ»

Цель работы: изучение сернистых соединений по образцам минералов, пользуясь определителем минералов, научить студентов определять название минералов, их происхождение, кристаллические структуры, сингонии и элементы симметрии.

Задание по работе: с помощью определителя минералов, визуальному изучению физических свойств дать характеристику сульфидам, заполнить таблицу по описанию контрольных образцов минералов и ответить для закрепления полученных знаний на контрольные вопросы.

2.1 Краткие сведения о сернистых минералах

Минералы этой группы являются производными главным образом сероводорода. К этому типу относится около 500 минеральных видов сернистых соединений металлов и полуметаллов как, например: пирит-FeS₂ халькопирит-CuFeS₂, сфалерит-ZnS. По количеству минералов (после силикатов), сернистые соединения занимают второе место. По подсчетам В.И. Вернадского, они составляют 0,15% по весу от земной коры. Для минералов, относящихся к сульфидам, характерно изоморфное замещение одних элементов другими. В сульфидах часто наблюдаются примеси ряда редких элементов: кадмия, галлия, таллия, рения и др. Характерные физические свойства минералов данной группы – большинство сульфидов характеризуются металлическим блеском, отличается электро – и теплопроводностью, большим удельным весом и невысокой твердостью.

В природе сульфиды кристаллизуются чаще всего из водных растворов при температуре при температурах от 600⁰ и ниже. В основном это разные по металлоносности гидротермальные месторождения. Так же из гидротермальных растворов кристаллизуются сульфиды в скарнах, грейзенах и метаморфических горных породах, а из водных растворов образуются сульфиды в осадочных горных породах.

Минералы этого класса отличаются металлическим блеском, большим удельным весом, твёрдость чаще всего не превышает 5. За счёт интенсивной окраски минералов и малой или относительно невысокой твёрдости сульфиды дают на бисквите хорошую черту. Цвет черты является одним из диагностических признаков. Наиболее распространены сульфиды железа, меди, цинка, свинца, которые часто образуют изоморфные смеси. Основная масса сульфидов образуется гидротермальным путём. В условиях восстановительной среды они могут возникать и в осадочных породах. Ниже уровня грунтовых вод сульфиды легко разлагаются и переходят в сульфаты, карбонаты, окислы и силикаты.

Сульфиды и их аналоги имеют большое промышленное значение. Они являются главной рудой на медь, цинк, свинец, ртуть, висмут, кобальт, никель и другие цветные металлы. Из них извлекают мышьяк, сурьму, а пирит FeS₂ служит сырьём для получения серного ангидрида и производства серной кислоты. Следует обратить внимание на то, что чёрные металлы (железо, хром, марганец) из руд, где они представлены сульфидами, не извлекаются, (избыток серы мешает этому).

2.2 Простые сульфиды

Галенит (свинцовый блеск) – РbS. Название происходит от латинского слова «гелена» - свинцовая руда. Химический состав: Рb-86,6%, S-13,4% . Сера может изоморфно замещаться селеном. Часто содержит примеси Аg (от 0,1 до 1%) Си, Zn, Sе, Вi, Sb, Со, Мо.

Сингония кубическая (ЗL⁴ 4L³ 6L² 9РС). Морфология и облик кристаллов. Зернистые агрегаты, плотные массы, кристаллы, друзы. Нередко наблюдаются крупные кристаллы (до несколько см). Облик кристаллов кубический, комбинации куба и октаэдра и октаэдрический (рисунок 2). Твёрдость 2,5 (мягче кальцита). Плотность 7,6 (очень тяжёлый). Цвет свинцово-серый. Черта серовато-чёрная. Блеск металлический (от сильного до слабого). Спайность весьма совершенная по кубу, легко колется ступеньками по трём взаимно перпендикулярным плоскостям. Излом ступенчатый. Разновидности. Свинчак (тонкозернистые плотные разности), селенистый галенит (содержание селена от 0,5 до 1,2%). Диагностические признаки. Легко узнаётся по цвету, спайности, тяжести, низкой твёрдости, легкоплавкости, а при добавлении соды даёт королёк свинца, реагирует с РbS0₄, растворяется в НNОз. Происхождение: образуется в гидротермальных месторождениях, скарнах и стратиформных месторождениях, а так же осадочным путём в карбонатных породах. Парагенезис: сфалерит, пирит, халькопирит, блеклые руды, арсенопирит, сульфасоли серебра, свинца, меди и другие сульфиды. Из нерудных кварц, кальцит, барит, флюорит и др. Месторождения. В Приморском крае (Тетюхе), в Средней Азии, на Алтае (месторождения Восточного Казахстана), в Забайкалье. За рубежом в Канаде, США (Миссури, Ледвия, в Колорадо), Германии. Практическое значение: является главной рудой на свинец, попутно извлекается серебро, висмут, таллий.

Сфалерит (цинковая обманка) – ZnS. Название происходит от греческого слова «сфалерос» - обманчивый.

Химический состав. Zn-67,06, S-32,94%. Содержит изоморфную примесь железа (до 26%), кадмия (до 0,8%), иногда марганца (до 5,8%) и других элементов. Известно несколько полиморфных модификаций: клейофан - светлоокрашенная бесцветная разновидность, марматит - черная, железистая разновидность, пршибрамит - богатая кадмием (Cd до 5%) разновидность. Сингония кубическая (3L⁴4L³ 6L²9РС). Кристаллическая структура. Характеризуется трехслойной (кубической) плотнейшей упаковкой анионов серы. Катионы цинка занимают половину тетраэдрических пустот между анионами. Морфология и облик кристаллов: часто образует правильные кристаллы в друзовых пустотах в виде тетраэдров и додекаэдров. Агрегаты. Сплошные массы, характеризуются явнозернистой структурой, легко распознается благодаря резко проявленной спайности в отдельных зернах. Иногда почковидные образования. Твёрдость: 3-4. Плотность 4. Цвет: безжелезистые разновидности: бесцветные, зеленоватые или медово-жёлтые; маложелезистые красновато-коричневые; сильно железистые коричнево-чёрные и чёрные. Черта: коричневая. Блеск: алмазный. Спайность: весьма совершенная. Излом неровный, ступенчатый. Особые свойства. Электричества не проводит, обладает полярным термоэлектричеством.

Диагностические признаки: легко узнаётся по цвету черты, блеску, спайности, а при температуре плавления растрескивается, но не плавится, растворяется в НNОз с выделением серы. В окисленном пламене на угле дает белый налет окиси цинка. Происхождение: образуется обычно вместе с галенитом, пиритом и халькопиритом в гидротермальных месторождениях, скарнах и стратиформных рудах, встречается в месторождениях угля. При процессах окисления сфалерит быстро разлагается с образованием сульфата цинка.

Парагенезис. Встречается в ассоциации с галенитом, пиритом, халькопиритом в полиметаллических месторождениях. Характерны ассоциации с арсенопиритом, кубанитом, магнетитом, касситеритом. Из жильных минералдов с ним выделяются кварц, кальцит, барит. Месторождения: Казахстан (ВКО), Украина (Нагольный Кряж). Практическое значение: является главной рудой на цинк, попутно извлекают кадмий, индий, галлий. Применяется при оцинковке металла.

Киноварь (циннабарит, ртутная обманка) – НgS). Название произошло от индийского слова, обозначающего красную смолу, «кровь дракона».

Химический состав: Нg-86,2%, S-13,8%. Иногда отмечаются примеси селена и теллура. Сингония тригональная (L³3L⁴3РС). Морфология и облик кристаллов: ромбоэдры и их двойники прорастания. Твёрдость: 2-2,5. . Плотность:8-8,2. Цвет: тёмно-красный, ало-красный и карминово-красный. Черта: красная. Блеск: алмазный. Спайность: совершенная. Излом неровный. Диагностические признаки: узнаётся по цвету минерала и черты. Происхождение: образуется в низкотемпературных гидротермальных месторождениях. Парагенезис: флюорит, антимонит, кварц. Месторождения: Киргизия, Донбасс (Никитовка), Алтай, Чукотка, Испания, Италия, Югославия, Китай. Практическое значение: единственная руда на ртуть, так же применяется в качестве минеральной краски.

Пирротин FeS. Название происходит от греческого слова «пирротес»-красноватый (по оттенку окраски).

Химический состав: Fе-63,53%, S-36,47% , содержит примеси Ni, Со, Zn, Сu, иногда Mn. Сингония гексагональная (L⁶6L²7РС). Морфология и облик кристаллов: кристаллы имеют таблитчатый псевдогексагональный облик. Твёрдость: 4. Плотность: 4,7. Цвет: бурый, а в свежих сколах бронзовый. Черта: серо-чёрная. Блеск: металлический. Спайность: не совершенная. Излом неровный. Диагностические признаки: узнаётся по бронзовому цвету в свежих сколах, слабой магнитности, бесформенности выделений; хорошо проводит электрический ток, имеет бурую побежалость.

Происхождение: образуется в магматических месторождениях, генетически связан с основными породами, контактово-метаморфическим (в скарнах) и гидротермальным путями. Парагенезис: встречается с магнетитом, халькопиритом, пиритом, пентландитом, арсенопиртитом, карбонатами, кварцем в свинцово-цинковых, сульфидно-касситеритовых и золоторудных месторождениях.

Месторождения: ВКО (Байбура), Норильское, Монче-тундра (Мурманская область), Урал (Турьинское), Дальнегорск (Приморский край). За рубежом: Сэдбени (Канада), Бушвельд (Ю.Африка), Норвегия. Практическое значение: сырьё для сернокислотного производства.

Аурипигмент (желтая мышьяковая обманка)-Аs₂S_з. Название происходит от золотисто-желтого. Химический состав: Аs-60,91%, -30,09% Иногда содержит примеси ртути Нg, германия Gе и др. Сингония моноклинная (L² РС) Морфология и облик кристаллов: короткопризматические кристаллы, столбчатые, волокнистые и почковидные массы, зернистые, порошковатые, чешуйчатые агрегаты и слюдоподобные образования. Твёрдость: 1,5-2. Плотность: 3,5. Цвет: золотисто-жёлтый, грязно-зелёный. Черта: светло-жёлтая. Блеск: алмазный, перламутровый (на плоскостях спайности), жирный, смоляной на изломе. Просвечивающийся. Спайность: весьма совершенная. Диагностические признаки. Диамагнитен, не проводит электричества, листочки гибки, но не упруги. Легко узнаётся по цвету и запаху чеснока. Под действием лучей ртутно-кварцевой лампы золотисто-желтый аурипигмент приобретает зеленовато-желтый цвет. Происхождение: встречается в низкотемпературных гидротермальных месторождениях. Парагенезис: реальгар, кальцит, кварц, киноварь, антимонит. Месторождения: Грузия, Греция, Якутия. Практическое значение: руда на мышьяк, используется в медицине и сельском хозяйстве.

Реальгар (красная мышьяковая руда)- (Аs₄S₄) Химический состав: Аs 0,1%, 8-29,9%.

Сингония моноклинная (L²РС). Облик кристаллов: призматические кристаллы. Твёрдость: 1-1,5. Плотность: 3,5 Цвет: оранжево-красный. Черта: оранжевая. Блеск: алмазный. Спайность: весьма совершенная.. Диагностические признаки: узнаётся по запаху чеснока, по цвету, по оранжевой черте, разрушается на свету, превращаясь в порошок оранжевого цвета. Штриховка вдоль вытянутости кристаллов, по ассоциации с аурипигментом. Не проводит электричества. Происхождение: образуется в низкотемпературных гидротермальных месторождениях. Парагенезис: аурипигмент, пиритом, марказитом, кальцит, кварц, киноварь, антимонит. Месторождения: Грузия, Греция, Якутия, Венгрия. Практическое значение: руда на мышьяк.

Антимонит (сурьмяный блеск, стибнит)-(Sb₂Sз) Химический состав: Sb-71, 38%, S-28, 62%. Содержит примеси Аs, Вi, Рb, Fе, Сu, редко Аg, Аu.

Сингония ромбическая (ЗL2 ЗРС). Морфология и облик кристаллов: встречается всегда в виде шестоватых или игольчатых кристаллов, исштрихованных вдоль удлинения. Твёрдость: 4. Плотность: 4,6. Цвет: тёмно-серый. Черта: тёмно-серая. Блеск: металлический. Спайность: совершенная. Излом занозистый. Диагностические признаки: радужная и синеватая побежалость, в тонких сколах просвечивает жёлто-красным цветом, капля едкого калия оставляет на антимоните буровато-коричневое пятно, спичка легко зажигается, если ей чиркнуть по антимониту. Происхождение и парагенезис: образуется в гидротермальных месторождениях при низких температурах. Сопутствующие минералы: киноварь, кварц, флюорит, кальцит, пирит, аурипигмент, реальгар. Месторождения: Киргизия, Грузия (Никитовка). Практическое значение: является рудой на сурьму, используется в медицине и сельском хозяйстве, антимонитовый порошок входит в состав спичек.

Молибденит (молибденовый блеск) - МоS₂. Название происходит от греческого слова «молибдос»-свинец, за сходство со свинцом. Химический состав: Мо 59,94%, S-40,06%. Обычно химически чистый. Наблюдается изоморфная примесь рения (до 0,3%). Сингония гексагональная (L⁶ 6L² 7PC). Морфология и облик кристаллов: характерны пластинчатые (пинакоидальные) таблитчатые, иногда бочонковидные кристаллы. Морфологи и облик кристаллов. Листоватые, чешуйчатые агрегаты, сферолиты, оторочки и рассеянная вкрапленность в кварцевых жилах. Твёрдость 1 Плотность 4,7. Цвет: голубовато-серый. Черта: голубовато-серая. Блеск: металлический или жирный. Спайность: весьма совершенная. Диагностические признаки: гибок, но не упруг, легко чертится и сминается ногтем, пишет на бумаге, жирный на ощупь, растворяется в горячей серной кислоте, при выпаривании сернокислого раствора молибденита появляется синее пятно, легко узнается по цвету и блеску. Происхождение и парагенезис: образуется в грейзенах, высокотемпературных гидротермальных месторождениях совместно с кварцем и небольшим количеством пирита, иногда с вольфрамитом, бериллом, турмалином, касситеритом, рутилом и скарнах – с шеелитом, кварцем. Генетически связан с кислыми изверженными породами (гранитами, гранодиоритами и др.) Пегматитовое – в ассоциации с вольфрамитом, касситеритом, висмутином..

Месторождения: Тырны-ауз (Кавказ), Забайкалье, Казахстан (Коунрад, Караоба) Удокан (Читинская область). За рубежом Клаймакс (США), Мексика, Норвегия, Марокко.

Практическое значение: это важнейшая руда на молибден, применяющейся для изготовления специальных сортов стали, в электротехнике, в химическом производстве.

Пирит- FeS₂. «Пирос» по-гречески – огонь. Синонимы: серный колчедан, железный колчедан.

Химический состав: Fe-46,6, S-53,4. В составе пирита железо изоморфно замещается кобальтом - Со и никелем – Ni, в состав пирита может входить мышьяк - Аs до 2,7%, часто встречаются Sb, Сu, Аu и Аg. Сингония кубическая (3L⁴4L36L2РС). Морфологи и облик кристаллов: В горных породах и рудах пирит встречается в виде вкрапленников или округлых зерен, конкреции с концентрическим и радиально-лучистым строением, наблюдаются почковидные агрегаты. Кристаллы кубического, пентагон-додекаэдрического, реже октаэдрического облика. Твёрдость: 6-6,5. Плотность:. 4,9-5,2. Цвет: светлый латунно-жёлтый, часто с побежалостями желтовато-бурого и пёстрых цветов. Черта: буровато - или зеленовато-чёрная. Блеск: сильный металлический. Спайность: весьма несовершенная. Излом ступенчатый, неровный. Диагностические признаки: легко узнаётся по цвету, формам кристаллов, штриховатости граней, высокой твёрдости. Перед паяльной трубкой, растрескиваясь, плавиться в магнитный шарик. Легко теряет часть серы, которая горит голубым пламенем. В НNO₃ разлагается с трудом, выделяя серу. В разбавленной НCl не растворяется. Происхождение и парагенезис. Пирит образуется в самых различных геологических условиях. Встречается в магматических горных породах в виде мельчайших вкраплений, в среднетемпературных гидротермальных месторождениях является золотоносным минералом, так же наблюдается в контактово-метасоматических месторождениях как спутник в скарнах и магнетитовых залежах. Ассоциирует с галенитом, сфалеритом, халькопиритом, марказитом, кварцем в гидротермальных месторождениях, в колчеданных месторождениях, где пирит слагает крупные залежи на 80-90% с подчиненным колическтвом халькопирита, сфалерита и кварца. Месторождения: на Урале (Карабаш, Блява), Башкирия (Сибай), Рудный Алтай (Змеиногорское, Белоусовское, Березовское), Закавказье (Чирагидзорское) За рубежом в Норвегии и Испании. Практическое значение: применяется главным образом для получения серной кислоты, а продукты обжига используются как железная руда. В пирите часто концентрируются Аu, Сu, Zn, которые могут извлекаться при переработке.

Ковеллин (медное индиго) – СиS.Назван в честь итальянского минералога Ковелли. Химический состав Сu 65,5%, S-33,5%, химическими анализами установлены примеси Fе, Sе, Аg, РЬ. Сингония гексагональная (L⁶ 6L² 7РС). Морфология и облик кристаллов: кристаллы встречаются чрезвычайно редко и имеют вид мелких тонких табличек. Твёрдость 1,5-2. Плотность 4,6. Цвет: индигово-синий. Черта серая до чёрной. Блеск металлический. Спайность средняя. Излом неровный. Диагностические признаки: легко узнаётся по ярко-синему цвету, низкой твёрдости. Перед паяльной трубкой легко плавится, загораясь голубым пламенем, выделяя SO_2..В отличие от халькозина, в запаянной трубке дает возгон серы. В горячей HNO₃ растворяется с выделением серы. Происхождение и парагенезис. Является продуктом окисления медно-сульфидных руд, в парагенезисе с халькопиритом, борнитом, халькозином и др. Ковеллин, гидротермального происхождения, встречается в парагенезисе с пиритом, но очень редко, (в Бьютт в Монтане, США). Месторождения. Самостоятельных месторождений не образует. В больших массах был встречен на о. Кавау (Новая Зеландия), США. Практическое значение: руда на медь, совместно с другими медными минералами.