Пирротин ( Pyrhos по -гречески означает «пламенный» ) — минерал сульфид железа с формулой Fe (1-x) S (x = от 0 до 0,125). Это нестехиометрический вариант FeS, минерала, известного как троилит . Пирротин еще называют магнитным пиритом , потому что он по цвету похож на пирит и слабо магнитен. Магнетизм уменьшается с увеличением содержания железа, а троилит немагнитен. [5] Пирротин обычно таблитчатый, латунного/бронзового цвета с металлическим блеском . Минерал встречается в основных магматических породах, таких как нориты , и может образовываться из пирита в ходе метаморфических процессов . [6] Пирротин связан и добывается с другими сульфидными минералами, такими как пентландит , пирит, халькопирит и магнетит , и был обнаружен по всему миру.
Пирротин существует в виде ряда политипов гексагональной или моноклинной кристаллической симметрии ; В пределах одного экземпляра часто встречается несколько политипов. Их структура основана на элементарной ячейке NiAs . Таким образом, Fe занимает октаэдрическую позицию , а сульфидные центры занимают тригонально-призматические позиции . [7] [ нужна страница ]
Материалы со структурой NiAs часто являются нестехиометрическими, поскольку в них отсутствует до 1/8 доли ионов металлов, что приводит к образованию вакансий . Одной из таких структур является пирротин-4С (Fe 7 S 8 ). Здесь «4» означает, что вакансии железа определяют сверхрешетку , которая в 4 раза больше элементарной ячейки в направлении «C». Направление C традиционно выбирается параллельно главной оси симметрии кристалла; это направление обычно соответствует наибольшему шагу решетки. Другие политипы включают: пирротин-5С (Fe 9 S 10 ), 6С (Fe 11 S 12 ), 7С (Fe 9 S 10 ) и 11С (Fe 10 S 11 ). Каждый политип может иметь моноклинную (М) или гексагональную (Н) симметрию, поэтому в некоторых источниках их обозначают, например, не как 6С, а как 6Н или 6М в зависимости от симметрии. [2] [8] Моноклинные формы стабильны при температуре ниже 254 ° C, тогда как гексагональные формы стабильны выше этой температуры. Исключением являются те, которые имеют высокое содержание железа, близкое к составу троилита (от 47 до 50 атомных процентов железа), которые обладают гексагональной симметрией. [9]
Идеальная решетка FeS, такая как решетка троилита, немагнитна. Магнитные свойства изменяются в зависимости от содержания Fe. Более богатые железом гексагональные пирротины являются антиферромагнитными . Однако моноклинный Fe 7 S 8 с дефицитом железа является ферримагнитным . [10] Таким образом, ферромагнетизм , широко наблюдаемый в пирротине, объясняется наличием относительно больших концентраций вакансий железа (до 20%) в кристаллической структуре . Вакансии понижают симметрию кристалла. Следовательно, моноклинные формы пирротина, как правило, более богаты дефектами, чем более симметричные гексагональные формы, и, следовательно, более магнитны. [11] Моноклинный пирротин претерпевает магнитный переход, известный как переход Беснуса, при 30 К, который приводит к потере магнитной остаточной намагниченности. [12] Намагниченность насыщения пирротина составляет 0,12 Тл . [13]
Пирротин латунного, бронзового или темно-коричневого цвета с металлическим блеском и неровным или субраковидным изломом. [14] Пирротин можно спутать с другими латунными сульфидными минералами, такими как пирит , халькопирит или пентландит . Определенные диагностические характеристики могут использоваться для идентификации в образцах рук. В отличие от других распространенных сульфидных минералов медного цвета , пирротин обычно магнитен (изменяется обратно пропорционально содержанию железа). [14] По шкале твердости Мооса пирротин колеблется от 3,5 до 4, [15] по сравнению с 6-6,5 для пирита. [16] Полоса может использоваться, когда свойства пирротина и других сульфидных минералов схожи. Пирротин имеет полосу от темно-серого до черного цвета. [15] Пирит будет иметь зеленовато-черную или коричневато-черную полосу, [16] халькопирит будет иметь зеленовато-черную полосу, [17] а пентландит оставляет бледную бронзово-коричневую полосу. [18] Пирротин обычно имеет массивный или зернистый кристаллический облик и может иметь таблитчатые/призматические или шестиугольные кристаллы, которые иногда переливаются . [14]
Диагностические характеристики ручного образца включают: латунный/бронзовый цвет с серой/черной полосой, таблитчатые или шестиугольные кристаллы с радужным переливом, субраковидный излом , металлический блеск и магнитные свойства.
Пирротин — непрозрачный минерал и поэтому не пропускает свет. В результате пирротин будет проявлять потухание при просмотре в плоскополяризованном и кроссполяризованном свете, что затрудняет идентификацию с помощью петрографических поляризационных световых микроскопов . Пирротин и другие непрозрачные минералы можно идентифицировать оптически с помощью рудного микроскопа в отраженном свете. [19] Следующие оптические свойства [20] характерны для полированных/шайбовых срезов, полученных с помощью микроскопии руды:
Пирротин обычно представляет собой ангедральные зернистые агрегаты и имеет цвет от кремово-розового до коричневатого. [20] Плеохроизм отражения от слабого до сильного , который можно увидеть по границам зерен. [20] Пирротин имеет такую же полирующую твердость, как и пентландит (средняя), мягче пирита и тверже халькопирита. [20] Пирротин не проявляет двойников или внутренних отражений, и характерна его сильная анизотропия от желтого до зеленовато-серого или серовато-синего цвета. [20]
Диагностические характеристики шлифов включают в себя: ангедральные агрегаты, цвет от кремово-розового до коричневого, сильную анизотропию.
Пирротин — довольно распространенный компонент основных магматических пород, особенно норитов . Встречается в виде сегрегационных отложений в слоистых интрузиях , связанных с пентландитом, халькопиритом и другими сульфидами. Это важная составляющая интрузии Садбери ( метеоритный ударный кратер возрастом 1,85 млрд лет в Онтарио , Канада), где он встречается в массах, связанных с минерализацией меди и никеля. [9] Он также встречается в пегматитах и контактных метаморфических зонах. Пирротин часто сопровождается пиритом, марказитом и магнетитом.
Для образования пирротина требуется как железо, так и сера. [6] Железо является четвертым по распространенности элементом в континентальной коре Земли (среднее содержание 5,63 % или 56 300 мг/кг в коре), [21] и поэтому большинство горных пород имеют достаточное содержание железа для образования пирротина. [6] Однако, поскольку сера менее распространена (среднее содержание 0,035 % или 350 мг/кг в коре), [21] образование пирротина обычно контролируется содержанием серы. [6] Кроме того, минерал пирит является наиболее распространенным и наиболее распространенным сульфидным минералом в земной коре. [6] Если породы, содержащие пирит, подвергаются метаморфизму , происходит постепенное высвобождение летучих компонентов, таких как вода и сера, из пирита. [6] Потеря серы приводит к рекристаллизации пирита в пирротин. [6]
Пирротин также может образовываться вблизи гидротермальных источников Черного курильщика . [6] Черные курильщики выбрасывают высокие концентрации серы на морское дно, и когда окружающие породы метаморфизируются, пирротин может кристаллизоваться. [6] Более поздние тектонические процессы поднимают метаморфические породы и выставляют пирротин на поверхность Земли. [6]
Пирротин встречается в различных местах США . [6] [22] [23] [24] На востоке Соединенных Штатов пирротин встречается в сильно метаморфизованной породе, которая образует пояс вдоль Аппалачей . [6] Пирротинсодержащие породы обычно не встречаются в центральной части Соединенных Штатов , поскольку эта территория не метаморфизована и подстилается осадочными породами , не содержащими пирротина. [6] Прерывистые пояса , содержащие пирротин, присутствуют на западе Соединенных Штатов вдоль горного хребта Сьерра-Невада и Каскадного хребта, простирающегося на северо-запад Соединенных Штатов . [6] Пирротин также может быть найден к западу и югу от озера Верхнее . [6]
Ниже приведены некоторые места по всему миру, где пирротин был обнаружен во время добычи : [15]
Назван в 1847 году Усом-Пьером-Арманом Пети-Дюфреной . [35] «Пирротин» происходит от греческого слова πνρρό, « пиррос» , что означает «цвет пламени». [2]
Если пирротинсодержащие породы измельчить и использовать в качестве заполнителя в бетоне, то пирротин создаст проблемы при производстве бетона . [36] Пирротин был связан с разрушением бетонных подвалов в Квебеке , Массачусетсе и Коннектикуте , когда местные карьеры включали его в свои бетонные смеси. [37] [38] [39] Многие дома в Ирландии, особенно в графстве Донегол, также пострадали от включения камней, содержащих пирротин, в бетонные блоки. [40] [41] Содержащийся в нем сульфид железа может естественным образом реагировать с кислородом и водой, и со временем пирротин распадается на серную кислоту и вторичные минералы, такие как эттрингит , таумазит и гипс . [36] [6] Эти вторичные продукты занимают больший объем, чем пирротин, который расширяется и растрескивает бетон, что приводит к разрушению фундамента дома или блока. [37] [38] [39] [36] [6]
Помимо источника серы , пирротин не имеет особого применения. [42] Обычно это не ценный минерал, если в нем не присутствует значительное количество никеля , меди или других металлов. [42] [43] Железо редко добывается из пирротина из-за сложного металлургического процесса. [42] Его добывают в первую очередь потому, что оно связано с пентландитом , сульфидным минералом, который может содержать значительные количества никеля и кобальта . [2] Пирротин , обнаруженный в основных и ультраосновных породах, может быть хорошим индикатором месторождений никеля . [42]