سولفیدها، مواد معدنی: خواص فیزیکی، نمونه های کاربردی

2024 نویسنده: Angel Austin | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-17 05:24

سولفید هیدروژن یکی از اجزای اصلی فرار ماگما است. در تعامل فعال با فلزات، ترکیبات زیادی را تشکیل می دهد. مشتقات سولفید هیدروژن در پوسته زمین توسط بیش از 200 ماده معدنی - سولفیدها نشان داده شده است که به دلیل اینکه سنگ تشکیل نیستند، معمولاً سنگ های خاصی را همراهی می کنند و منبع مواد خام با ارزش هستند. در زیر به بررسی خواص اصلی سولفیدها و ترکیبات نزدیک به آنها و همچنین توجه به مناطق استفاده از آنها می پردازیم.

ویژگی های کلی ترکیب و ساختار

بیش از ۴۰ عنصر جدول تناوبی (معمولاً فلزات) با گوگرد ترکیباتی را تشکیل می دهند. گاهی به جای آن آرسنیک، آنتیموان، سلنیوم، بیسموت یا تلوریم در چنین ترکیباتی وجود دارد. بر این اساس، این گونه مواد معدنی آرسنید، آنتیمونید، سلنید، بیسموتید و تلورید نامیده می شود. همراه با مشتقات سولفید هیدروژن، همه آنها به دلیل شباهت خواص در کلاس سولفیدها قرار می گیرند.

مشخصه برای کانی های این کلاس پیوند شیمیایی کووالانسی است، باجزء فلزی رایج ترین ساختارها هماهنگی، جزیره ای (خوشه ای)، گاهی لایه ای یا زنجیره ای هستند.

خواص فیزیکی سولفیدها

عملاً همه سولفیدها با وزن مخصوص بالا مشخص می شوند. مقدار سختی در مقیاس Mohs برای اعضای مختلف گروه بسیار متفاوت است و می تواند از 1 (مولیبدنیت) تا 6.5 (پیریت) متغیر باشد. با این حال، بیشتر سولفیدها کاملاً نرم هستند.

با چند استثنا، کلوفان نوعی مخلوط روی یا اسفالریت است، کانی های این کلاس مات، اغلب تیره، گاهی روشن هستند که به عنوان یک ویژگی تشخیصی مهم (و همچنین درخشش) عمل می کند. بازتاب می تواند از متوسط تا زیاد متغیر باشد.

بیشتر سولفیدها کانی هایی با رسانایی الکتریکی نیمه هادی هستند.

طبقه بندی سنتی

سولفیدها علیرغم اشتراک خواص فیزیکی اولیه، البته دارای تفاوت های تشخیصی خارجی هستند که بر اساس آن به سه نوع تقسیم می شوند.

1. پیریت. این نام جمعی برای مواد معدنی از گروه سولفیدها است که دارای درخشندگی فلزی و رنگی است که سایه هایی از رنگ زرد یا زرد دارد. معروف ترین نماینده پیریت پیریت FeS₂ است که به عنوان گوگرد یا پیریت آهن نیز شناخته می شود. آنها همچنین شامل کالکوپیریت CuFeS₂ (پیریت مس)، آرسنوپیریت FeAsS (آرسنیک پیریت، با نام مستعار تالهیمیت یا میسپیکل)، پیروتیت Fe₇S8 _{(پیریت مغناطیسی، مگنتوپیریت) ودیگران.}
2. درخشش. این نامی است که به سولفیدهایی با درخشش فلزی و رنگ از خاکستری تا سیاه داده شده است. نمونه‌های معمولی از چنین کانی‌هایی عبارتند از گالن PbS (درخشش سرب)، کالکوسیت Cu₂S (درخشش مس)، مولیبدنیت MoS₂، آنتیمونیت Sb.2_S3 _{(درخشش آنتیموان).}
3. جعلی. این نام کانی هایی از گروه سولفیدها است که با درخشش غیرفلزی مشخص می شود. نمونه‌های معمولی از این سولفیدها اسفالریت ZnS (مخلوط روی) یا سینابار HgS (ترکیب جیوه) است. همچنین Realgar As₄S₄ - مخلوط آرسنیک قرمز، و orpiment As₂S نیز شناخته شده است.3 _{- مخلوط آرسنیک زرد.}

تفاوت در خصوصیات شیمیایی

طبقه بندی مدرن تر بر اساس ویژگی های ترکیب شیمیایی است و شامل زیر کلاس های زیر است:

• سولفیدهای ساده ترکیباتی از یک یون فلزی (کاتیون) و گوگرد (آنیون) هستند. نمونه هایی از این کانی ها عبارتند از گالن، اسفالریت و سینابار. همه آنها مشتقات ساده سولفید هیدروژن هستند.
• سولفیدهای مضاعف از این نظر متفاوت هستند که چندین (دو یا چند) کاتیون فلزی با آنیون گوگرد متصل می شوند. اینها کالکوپیریت، بورنیت ("سنگ مس متنوع") Cu₅FeS₄، استنین (قلع پیریت) مس _FeSnS4 _{و سایر ترکیبات مشابه.}
• دی سولفیدها ترکیباتی هستند که در آنها کاتیونها به گروه آنیونی S₂ یا AsS پیوند می خورند. اینها شامل مواد معدنی از گروه سولفیدها و آرسنیدها (سولفوآرسنیدها) مانند پیریت،رایج ترین یا آرسنوپیریت پیریت آرسنیک است. همچنین در این زیر کلاس کبالتین CoAsS گنجانده شده است.
• سولفیدهای پیچیده یا سولفوسالتها. این نام کانی هایی است از گروه سولفیدها، آرسنیدها و ترکیبات نزدیک به آنها از نظر ترکیب و خواص که نمک های تیواسیدها هستند، مانند تیومارسنیک H₃AsS ₃، تیوبیسموت H₃BiS₃ یا تیوآنتیمون H₃SbS 3. بنابراین، زیرگروه سولفوسالت ها (تیوسالت ها) شامل لیلیانیت معدنی سرب₃Bi₂S₆ یا به اصطلاح Fahlore Cu₃(Sb, As)S₃.

ویژگی های مورفولوژیکی

سولفیدها و دی سولفیدها می توانند بلورهای بزرگی را تشکیل دهند: مکعبی (گالن)، منشوری (آنتیمونیت)، به شکل چهار وجهی (اسفالریت) و پیکربندی های دیگر. آنها همچنین دانه های بلوری متراکم و یا بلورهای بلوری را تشکیل می دهند. سولفیدها با ساختار لایه‌ای دارای بلورهای تخته‌ای یا برگ‌دار مانند ارپیمنت یا مولیبدنیت هستند.

برش سولفیدها می تواند متفاوت باشد. از بسیار ناقص در پیریت و ناقص در کالکوپیریت تا بسیار کامل در یک جهت (orpiment) یا چندین (اسفالریت، گالن) متغیر است. نوع شکست نیز برای کانی های مختلف یکسان نیست.

پیدایش کانی های سولفیدی

بیشتر سولفیدها از تبلور از محلول های گرمابی تشکیل می شوند. گاهی کانی های این گروه دارای ماگمایی هستندیا منشاء اسکارن (متازوماتیک)، و همچنین می تواند در طی فرآیندهای برون زا - تحت شرایط کاهشی در مناطق غنی سازی ثانویه، در برخی موارد در سنگ های رسوبی، مانند پیریت یا اسفالریت، تشکیل شود.

در شرایط سطحی، همه سولفیدها به جز سینابار، لوریت (سولفید روتنیوم) و اسپریلیت (آرسنید پلاتین)، بسیار ناپایدار و در معرض اکسیداسیون هستند که منجر به تشکیل سولفات می شود. نتیجه فرآیندهای تغییر سولفیدها انواع مواد معدنی مانند اکسیدها، هالیدها، کربناتها است. علاوه بر این، به دلیل تجزیه آنها، تشکیل فلزات بومی - نقره یا مس امکان پذیر است.

ویژگی‌های وقوع

سولفیدها کانی‌هایی هستند که بسته به نسبت آنها با سایر کانی‌ها، انباشته‌های سنگی با ماهیت متفاوتی را تشکیل می‌دهند. اگر سولفیدها بر آنها غالب باشد، مرسوم است که از سنگ معدن سولفیدی عظیم یا پیوسته صحبت شود. در غیر این صورت، سنگ‌های معدنی منتشر شده یا رگه‌ای نامیده می‌شوند.

اغلب سولفیدها با هم ته نشین می شوند و رسوباتی از سنگ معدنی چند فلزی را تشکیل می دهند. برای مثال، سنگ‌های معدنی سولفید مس-روی-سرب از این قبیل هستند. علاوه بر این، سولفیدهای مختلف یک فلز اغلب رسوبات پیچیده آن را تشکیل می دهند. به عنوان مثال، کالکوپیریت، کوپریت، بورنیت کانی های حاوی مس هستند که با هم وجود دارند.

اغلب، بدنه های سنگ معدنی ذخایر سولفیدی به صورت رگه ای هستند. اما اشکال عدسی شکل، انباری و مخزنی نیز وجود دارد.

استفاده از سولفیدها

سنگ معدن سولفید به عنوان منبع بسیار مهم استفلزات کمیاب، گرانبها و غیر آهنی. مس، نقره، روی، سرب، مولیبدن از سولفیدها به دست می آید. بیسموت، کبالت، نیکل، و همچنین جیوه، کادمیوم، رنیم و سایر عناصر کمیاب نیز از این سنگ‌ها استخراج می‌شوند.

علاوه بر این، برخی از سولفیدها در تولید رنگ (سینه، اورپیمان) و در صنایع شیمیایی (پیریت، مارکازیت، پیروتیت - برای تولید اسید سولفوریک) استفاده می شود. مولیبدنیت علاوه بر استفاده به عنوان سنگ معدن، به عنوان روان کننده مخصوص خشک و مقاوم در برابر حرارت استفاده می شود.

سولفیدها به دلیل خواص الکتروفیزیکی، کانی های مورد علاقه هستند. با این حال، برای نیازهای فناوری نیمه هادی، الکترواپتیکی، مادون قرمز-اپتیکی، از ترکیبات طبیعی استفاده نمی شود، بلکه از آنالوگ های مصنوعی آنها به شکل تک کریستال استفاده می شود.

منطقه دیگری که در آن سولفیدها کاربرد پیدا می کنند، قدمت گذاری زمین شناسی ایزوتوپی رادیویی سنگ های معدنی خاص با استفاده از روش ساماریوم-نئودیمیم است. در چنین مطالعاتی از کالکوپیریت، پنتلاندیت و سایر مواد معدنی حاوی عناصر خاکی کمیاب - نئودیمیم و ساماریم استفاده می شود.

این مثالها نشان می دهد که دامنه سولفیدها بسیار گسترده است. آنها نقش اساسی در فناوری های مختلف هم به عنوان مواد اولیه و هم به عنوان مواد مستقل دارند.