Лекция 4 Сернистые соединения и их аналоги Морфология кристаллов и физические свойства

Некоторые сульфиды служат яркими примерами зависимости внешнего облика кристалла от структуры минерала. Сульфиды с координационными структурами кристаллизуются в кубической сингонии (сфалерит, галенит и др.), образуют кристаллы в виде простейших тетраэдров, кубов, октаэдров, иногда усложняемых другими гранями. Они могут кристаллизоваться и в других сингониях, но все равно их облик часто будет изометричным (псевдокубическая внешняя симметрия). Например, кристаллы халькопирита – тетрагонального минерала координационной структуры. Их тетрагональный тетраэдр внешне не отличим от кубического тетраэдра. Также изометрична форма пирита (кубическая сингония), хотя его структура не координационная, но очень близкая к ней и отличается лишь заменой одиночных атомов серы на сдвоенные.

Ярко проявлена связь внешней формы и структуры у цепочечных (ленточных) и слоистых сульфидов. Например, антимонит и молибденит. Первые имеют длиннопризматический облик, кристаллы удлинены вдоль цепочек (Sb₂S₃)⁰в пространственной решетке минерала. Структура молибденита слоистая с шестичленными кольцевыми группировками атомов внутри слоев. Соответственно этому кристаллы молибденита имеют вид шестиугольных пластинок (пинакоидов) с тончайшими, порой невидимыми гранями других простых форм.

Физические свойства сульфидов и их аналогов очень специфичны. Внешне они подобны металлам: непрозрачны, имеют металлический или металловидный блеск, цвета, как и у металлов, в большинстве случаев серо-черные и желтые (реже – красные и синие) разной интенсивности и оттенков, электропроводны. Все эти особенности обусловлены преобладанием металлических связей в сульфидах. Так же характерна сравнительно низкая твердость (от 1 до 5 – ниже, чем у стекла), которая также обусловлена металлическим типом связи. Твердость персульфидов (пирита, кобальтина, марказита, арсенопирита, скуттерудита) равна или более 5, что обусловлено преобладанием в этих минералах преимущественно ковалентных, сильных связей внутри островных группировок (S₂)^2-, (AsS₃)^3-и т.п. В то же время свойства реальгара, в структуре которого можно выделить островные группировки (As₄S₄)⁰, иные: он мягкий (тв. 1,5–2), имеет спайность, легко плавится (310º С). Это объясняется тем, что связи между комплексами слабые, остаточные.

Сульфиды обладают способностью одновременно к электронной и ионной проводимости электричества. В результате два смоченных контактирующих зерна двух разных сульфидов, образуют гальванический элемент. В результате электрохимических реакций (как на аноде и катоде) часть ионов переходит в водный раствор и выносится за пределы рудного тела. Таким образом, появляются ореолы рассеяния, по которым можно искать эти руды.

За счет интенсивной окраски, сульфиды дают на бисквите хорошую черту. Цвет черты является одним из диагностических признаков сульфидов.

Особенности условий образования сульфидов

В природе сульфиды кристаллизуются чаще всего из водных растворов при температурах около 600 ºС и ниже. Так образуются гидротермальные месторождения. Сульфиды в них образуют жилы и чаще всего находятся совместно друг с другом. Так же из гидротермальных растворов кристаллизуются сульфиды в скарнах, грейзенах и метаморфических породах. Из водных растворов образуются сульфиды в осадочных породах.

Рассмотрим три типа сульфидных месторождений – стратиформные, ликвационные и конкреции в придонных осадках.

Стратиформные(пластовые) месторождения образуются в различных по составу осадочных породах и представляют главный источник для добычи меди, свинца, цинка и некоторых других металлов. Для них характерен простой набор минералов: пирит, халькопирит, борнит, халькозин, галенит, сфалерит, которые встречаются в различных пропорциях. Они располагаются в виде вкрапленности, мелких зерен, прожилков во вмещающих их осадочных породах, реже образуют цемент песчаников или создают массивные руды. Существует две альтернативы образования сульфидов в осадочных породах. Руды образуются либо непосредственно из вещества, отложенного в процессе осадконакопления путем его преобразования, либо при переносе его гидротермальными растворами, которые просачивались через осадочные породы как через фильтр. Такие месторождения характеризуются большими размерами и даже при малом содержании рудных компонентов, являются крупными концентраторами руд.

Несколько особняком среди стратиформных стоят колчеданные месторождения. Они представляют собой пласты осадочных или вулканогенно-осадочных пород, насыщенных сульфидами (до 70–90 % объема пород). Сульфиды представлены в основном притом и халькопиритом с примесью других сульфидов. Они образуются в областях вулканической деятельности в придонных морских отложениях при пропитывании их металлоносными эксгаляциями.

Ликвационныеместорождения образуются в платформенных интрузивных массивах, сложенных габброидами и ультраосновными породами (перидотитами). Образуются в результате разделения первично однородного расплава на две несмешивающиеся части – сульфидную и силикатную. Непонятно, правда, откуда берется сера, либо из вмещающих пород (гипса, ангидрита), либо магма была обогащена ей изначально. Сульфиды образуют каплеобразные выделения, слагают пласты, при деформациях отжимаются в трещины и образуют жилки, гнезда, линзы. Сульфиды в таких месторождениях обогащены тонкорассеянной платиной и окислами железа и титана (магнетитом, титаномагнетитом).

В придонных осадкахв водных бассейнах в ходе диагенеза образуется пирит, марказит, галенит, сфалерит. Сначала они образуют рассеянную вкрапленность за счет коагуляции и раскристаллизации коллоидов. Затем в ходе уплотнения осадков образуются конкреции пиритового, марказитового или смешанного состава.