Chalcopyrite
Самый распространенный медный рудный минерал, используемый с бронзового века.
Халькопирит — это сульфидный минерал, состоящий из меди и железа, с химической формулой CuFeS₂. Это самый распространенный медный рудный минерал, который был важнейшей рудой меди с бронзового века. Этот минерал кристаллизуется в тетрагональной сингонии и обычно имеет латунно-золотисто-желтый цвет. Его твердость по шкале Мооса составляет от 3,5 до 4, что делает его мягче пирита, но тверже чистого золота; его можно поцарапать ножом, в то время как пирит — нет. Ключевым диагностическим признаком является его черта, которая имеет черный цвет с зелеными вкраплениями. При воздействии воздуха халькопирит тускнеет, образуя различные оксиды, гидроксиды и сульфаты. Сопутствующие медные минералы включают сульфиды: борнит, халькозин, ковеллин и дигенит; карбонаты: малахит и азурит; и редко оксиды, такие как куприт. Самородная медь редко встречается вместе с ним. Халькопирит является проводником электричества. Его название происходит от греческих слов, означающих «медь» и «высекающий огонь», и исторически он назывался «желтая медь». Минерал часто путают с пиритом и золотом из-за его желтоватого цвета и металлического блеска, но его отличают более низкая твердость, хрупкость (золото ковкое) и черта черного цвета с зеленым оттенком. Химически природный халькопирит не образует рядов твердых растворов с другими сульфидами, хотя незначительные количества таких элементов, как серебро, золото, кадмий, кобальт, никель, свинец, олово и цинк, могут замещать медь и железо, в то время как селен, висмут, теллур и мышьяк могут замещать серу. Его кристаллическая структура родственна сфалериту, при этом каждый ион металла тетраэдрически координирован четырьмя анионами серы. Халькопирит встречается в различных типах рудных месторождений, включая колчеданные месторождения в вулканогенно-осадочных толщах, осадочно-экcгаляционные месторождения, медно-порфировые месторождения и коматиитовые никелевые месторождения. Он встречается во многих местах по всему миру, от огромных масс в Тимминсе, Онтарио, до неправильных жил в Американской Кордильере и Андах, а также присутствует в угольных пластах и карбонатных осадочных породах. Медь извлекается в основном пирометаллургическим способом, который включает дробление, измельчение, флотацию, плавку, рафинирование и электрорафинирование, или гидрометаллургическим способом с использованием автоклавного окислительного выщелачивания.
Quick Facts
- Category
- Sulfide mineral
- Formula
- CuFeS; 2
- Imasymbol
- Ccp
- Molweight
- 183.54 g/mol
- Strunz
- 2.CB.10a
- System
- Tetragonal
- Cleavage
- Indistinct on {011}
- Fracture
- Irregular to uneven
Facts from the source article.
Контекст
Халькопирит кристаллизуется в тетрагональной сингонии и имеет структуру, тесно связанную со сфалеритом (ZnS), причем элементарная ячейка вдвое больше из-за чередования ионов Cu⁺ и Fe³⁺, замещающих ионы Zn²⁺. Каждый ион металла тетраэдрически координирован четырьмя анионами серы, а каждый анион серы связан с двумя атомами меди и двумя атомами железа. При воздействии воздуха халькопирит тускнеет до различных оксидов, гидроксидов и сульфатов. Халькопирит часто путают с пиритом и золотом из-за его желтоватого цвета и металлического блеска, но его можно отличить по твердости (мягче пирита, тверже золота) и характерной черте черного цвета с зеленым оттенком. Он хрупкий, в отличие от ковкого золота. Название происходит от греческих слов 'chalkos' (медь) и 'pyrites' (высекающий огонь), и исторически он назывался 'желтая медь'. Халькопирит встречается во многих рудоносных средах, включая колчеданные месторождения в вулканогенно-осадочных толщах, осадочно-экcгаляционные месторождения, медно-порфировые месторождения и коматиитовые никелевые рудные месторождения камбалдинского типа. Известные проявления включают Тимминс, Онтарио; Темагаминский зеленокаменный пояс в Канаде; осадочные свинцово-цинково-серебряные месторождения Брокен-Хилла; Американскую Кордильеру и Анды; а также сверхгигантское месторождение Cu-Au-U Олимпик-Дам в Южной Австралии.
Путеводитель
Значение халькопирита заключается в его роли как основного источника меди, металла, необходимого для электрической проводки, строительства и бесчисленных промышленных применений. Несмотря на то, что он не содержит самого высокого содержания меди среди медных минералов, его широкое распространение в крупных экономически выгодных месторождениях делает его важнейшей медной рудой. Извлечение меди из халькопирита осуществляется в основном пирометаллургическим способом, коммерчески выгодным методом, включающим дробление, измельчение, флотацию, плавку, конвертирование и рафинирование. Этот процесс необходим, потому что халькопирит является тугоплавким и трудно растворяется в водных растворах. Гидрометаллургия с использованием автоклавного окислительного выщелачивания является альтернативным, но менее распространенным методом. Наследие халькопирита связано с историей использования меди, которая восходит к бронзовому веку, и его продолжающейся важностью в современных технологиях и инфраструктуре. Проблемы его идентификации с пиритом и золотом подчеркивают необходимость тщательного минералогического анализа в горном деле и разведке.
Как отличить халькопирит от его двойников
Латунно-золотистый оттенок и металлический блеск халькопирита делают его частым самозванцем в мире минералов. И пирит, и самородное золото имеют такой же теплый желтый блеск, что на протяжении веков сбивало с толку коллекционеров и старателей. Ключ к различению этих трех минералов лежит в простых физических тестах. Стальной нож поцарапает халькопирит, твердость которого по Моосу составляет от 3,5 до 4, но не сможет оставить вмятину на пирите. И наоборот, чистое золото достаточно мягкое, чтобы его можно было отметить медной монетой, в то время как халькопирит выдерживает такое воздействие и скорее раскалывается, чем деформируется, обнаруживая свою хрупкую природу. Однако наиболее надежным диагностическим признаком является черта: халькопирит оставляет черную черту с зелеными вкраплениями, пирит дает просто черную черту, а золото — желтую. Со временем под воздействием воздуха халькопирит тускнеет, превращаясь в мозаику из оксидов, гидроксидов и сульфатов, что еще больше изменяет его внешний вид.
Кристаллическая архитектура и примесная химия
Халькопирит кристаллизуется в тетрагональной сингонии, и его внутренняя архитектура имеет поразительное сходство со сфалеритом. Элементарная ячейка ровно в два раза больше, чем у сфалерита, что является следствием чередования ионов Cu⁺ и Fe³⁺, занимающих позиции, которые Zn²⁺ занимал бы в соседних ячейках. В отличие от пирита, который содержит парные дисульфидные анионы, халькопирит использует одинарные сульфидные анионы S²⁻, и его катион железа не является диамагнитным низкоспиновым Fe(II), как в пирите. В решетке каждый ион металла находится в центре тетраэдра из четырех анионов серы, в то время как каждый атом серы связан с двумя атомами меди и двумя атомами железа. Минерал не образует рядов твердых растворов ни с одним другим сульфидом, хотя ограниченное замещение цинком меди все же происходит. Следовые количества серебра, золота, кадмия, кобальта, никеля, свинца, олова и цинка присутствуют на уровне частей на миллион, а селен, висмут, теллур и мышьяк иногда могут замещать серу. При окислении халькопирит может давать малахит, азурит или куприт.
Где образуется и встречается халькопирит
Халькопирит служит основной медной рудой с бронзового века, и это так не потому, что он содержит самое высокое содержание меди среди всех минералов, а потому что он встречается в чрезвычайно широком диапазоне геологических обстановок. В колчеданных месторождениях в вулканогенно-осадочных толщах и осадочно-экcгаляционных месторождениях гидротермальные флюиды переносят и концентрируют медь, осаждая халькопирит в процессе. Медно-порфировые месторождения образуются, когда медь концентрируется внутри гранитного штока во время подъема и кристаллизации магмы, создавая крупные вкрапленные тела, наблюдаемые в Брокен-Хилле, Американской Кордильере и Андах. В коматиитовых никелевых месторождениях камбалдинского типа несмешивающийся сульфидный расплав извлекает медь из ультраосновных лав, образуя минерал. Огромные массы встречаются в Тимминсе, Онтарио, в то время как самое крупное почти чистое тело халькопирита, когда-либо найденное в Канаде, находится на южной оконечности Темагаминского зеленокаменного пояса, где рудник Copperfields когда-то добывал богатую руду. Сверхгигантское месторождение Олимпик-Дам в Южной Австралии также содержит значительный халькопирит наряду с золотом и ураном. Минерал может даже появляться в угольных пластах вместе с конкрециями пирита или в виде тонкой вкрапленности в карбонатных отложениях.
От руды к металлу: извлечение меди из халькопирита
Само название халькопирит намекает на его промышленное назначение: греческое chalkos означает медь, а pyrites означает «высекающий огонь», что является отсылкой к историческому прозвищу минерала «желтая медь». Сегодня два основных семейства методов извлекают медь из руды. Пирометаллургия остается наиболее коммерчески выгодным способом, особенно для крупномасштабных операций с высококачественным сырьем, поскольку минералы Cu-Fe-S, такие как халькопирит, устойчивы к растворению в воде. Процесс проходит четыре стадии: во-первых, пенная флотация использует реагенты для придания меди водоотталкивающих свойств, концентрируя ее в пригодный для использования концентрат; во-вторых, плавка этого концентрата дает высокомедный сульфидный штейн; в-третьих, окисление и конвертирование штейна дают неочищенную расплавленную медь; и, в-четвертых, огневое рафинирование в сочетании с электроэкстракцией доводит металл до высокой чистоты. Сырая руда никогда не плавится напрямую, поскольку основная ее часть — это пустая порода, для плавления которой потребовалось бы огромное количество углеводородного топлива. Гидрометаллургия предлагает альтернативный путь, включающий дробление, выщелачивание, экстракцию растворителем и электроэкстракцию, причем автоклавное окислительное выщелачивание является конкретным методом, применяемым к халькопириту.
More in Minerals & Crystals
Заметили ошибку?
Исправления от читателей сразу попадают в нашу очередь на проверку. Предложить правку · Как собираются источники для этого сайта