Немецкий геолог Эрнст Фридрих Глокер открыл сфалерит в 1847 году, назвав его на основе греческого слова sphaleros , что означает «обманчивый», из-за трудности идентификации минерала. [7]
В дополнение к цинку, сфалерит является рудой кадмия , галлия , германия и индия . Известно, что шахтеры называют сфалерит цинковой обманкой , блэкджеком и рубиновой обманкой . [8] Марматит — непрозрачная черная разновидность с высоким содержанием железа. [9]
Форма и структура кристаллов
Сфалерит кристаллизуется в гранецентрированной кубической кристаллической структуре цинковой обманки , [10] которая названа в честь минерала. Эта структура является членом класса гекстетраэдрических кристаллов ( пространственная группа F 4 3m). В кристаллической структуре ионы серы, и ионы цинка или железа занимают точки гранецентрированной кубической решетки, причем две решетки смещены относительно друг друга таким образом, что цинк и железо тетраэдрически координируются с ионами серы, и наоборот . [11] Минералы, похожие на сфалерит, включают те, что входят в группу сфалерита, состоящую из сфалерита, коларадоита , хаулиита , метациннабарита , стиллеита и тиманнита . [12] Структура тесно связана со структурой алмаза . [10] Гексагональная полиморфная модификация сфалерита — вюрцит , а тригональная полиморфная модификация — матраит. [12] Вюрцит — это более высокотемпературный полиморф, стабильный при температурах выше 1020 °C (1870 °F). [13] Постоянная решетки сульфида цинка в кристаллической структуре цинковой обманки составляет 0,541 нм . [14] Сфалерит был обнаружен как псевдоморф , принимающий кристаллическую структуру галенита , тетраэдрита , барита и кальцита . [13] [15] Сфалерит может иметь двойники по шпинелевому закону, где ось двойникования равна [111].
Химическая формула сфалерита — (Zn,Fe)S ; содержание железа обычно увеличивается с ростом температуры образования и может достигать 40%. [6] Материал можно рассматривать как тройное соединение между бинарными конечными точками ZnS и FeS с составом Zn x Fe (x-1) S, где x может варьироваться от 1 (чистый ZnS) до 0,6. [ требуется ссылка ]
Весь природный сфалерит содержит концентрации различных примесей, которые обычно замещают цинк в катионной позиции в решетке; наиболее распространенными катионными примесями являются кадмий , ртуть и марганец , но галлий , германий и индий также могут присутствовать в относительно высоких концентрациях (сотни-тысячи ppm). [16] [17] Кадмий может замещать до 1% цинка, а марганец обычно встречается в сфалерите с высоким содержанием железа. [12] Сера в анионной позиции может быть замещена селеном и теллуром . [12] Содержание этих примесей контролируется условиями, при которых образовался сфалерит; температура образования, давление, доступность элементов и состав флюида являются важными факторами контроля. [17]
Характеристики
Физические свойства
Сфалерит обладает идеальной додекаэдрической спайностью , имеющей шесть плоскостей спайности. [10] [18] В чистом виде он является полупроводником, но переходит в проводник по мере увеличения содержания железа. [19] Он имеет твердость от 3,5 до 4 по шкале твердости минералов Мооса . [20]
Его можно отличить от подобных минералов по идеальной спайности, характерному смолистому блеску и красновато-коричневой полосе у более темных разновидностей. [21]
Оптические свойства
Чистый сульфид цинка является широкозонным полупроводником с шириной запрещенной зоны около 3,54 электрон-вольт, что делает чистый материал прозрачным в видимом спектре. Увеличение содержания железа сделает материал непрозрачным, в то время как различные примеси могут придать кристаллу различные цвета. [20] В тонком сечении сфалерит демонстрирует очень высокий положительный рельеф и выглядит бесцветным или бледно-желтым или коричневым, без плеохроизма . [6]
Показатель преломления сфалерита (измеренный с помощью натриевого света, средняя длина волны 589,3 нм) варьируется от 2,37, когда это чистый ZnS, до 2,50, когда в нем содержится 40% железа. [6] Сфалерит изотропен в кросс-поляризованном свете, однако сфалерит может испытывать двойное лучепреломление, если срастается со своим полиморфным вюрцитом; двойное лучепреломление может увеличиваться от 0 (0% вюрцита) до 0,022 (100% вюрцита). [6] [13]
В зависимости от примесей сфалерит будет флуоресцировать под ультрафиолетовым светом. Сфалерит может быть триболюминесцентным . [22] Сфалерит имеет характерную триболюминесценцию желто-оранжевого цвета. Обычно образцы, разрезанные на торцевые плиты, идеально подходят для демонстрации этого свойства. [ необходима цитата ]
Разновидности
Драгоценный, бесцветный или бледно-зеленый сфалерит из Франклина, штат Нью-Джерси (см. Franklin Furnace ), ярко флуоресцирует оранжевым и/или синим цветом под длинноволновым ультрафиолетовым светом и известен как клеофан , почти чистая разновидность ZnS. [23] Клеофан содержит менее 0,1% железа в кристаллической структуре сфалерита. [12] Марматит или христофит — это непрозрачная черная разновидность сфалерита, и ее окраска обусловлена высоким содержанием железа, которое может достигать 25%; марматит назван в честь горнодобывающего района Мармато в Колумбии , а христофит — в честь шахты Св. Кристофа в Брайтенбрунне , Саксония . [23] И марматит, и клеофан не признаются Международной минералогической ассоциацией (IMA). [24] Красный, оранжевый или коричневато-красный сфалерит называется рубиновой обманкой или рубиновым цинком, тогда как темноокрашенный сфалерит называется черным джек. [23]
Примерно 50% цинка (из сфалерита) и свинца поступает из осадочных эксгалятивных (SEDEX) месторождений, которые представляют собой стратиформные сульфиды Pb-Zn, образующиеся в жерлах морского дна. [32] Металлы осаждаются из гидротермальных жидкостей и содержатся в сланцах, карбонатах и богатых органикой алевритах в задуговых бассейнах и провалившихся континентальных рифтах. [33] Основными рудными минералами в месторождениях SEDEX являются сфалерит, галенит, пирит, пирротин и марказит , с небольшими сульфосолями, такими как тетраэдрит - фрейбергит и буланжерит ; содержание цинка и свинца обычно колеблется от 10 до 20%. [33] Важными рудниками SEDEX являются Red Dog на Аляске , Sullivan Mine в Британской Колумбии , Mount Isa и Broken Hill в Австралии и Mehdiabad в Иране . [34]
Тип Миссисипи-Вэлли
Подобно SEDEX, месторождения типа Миссисипи-Вэлли (MVT) также являются месторождениями Pb-Zn, содержащими сфалерит. [35] Однако они содержат только 15–20% цинка и свинца, на 25% меньше по тоннажу, чем месторождения SEDEX, и имеют более низкие содержания 5–10% Pb + Zn. [33] Месторождения MVT образуются в результате замещения карбонатных вмещающих пород, таких как доломит и известняк, рудными минералами; они расположены на платформах и в поясах надвигов форланда. [33] Кроме того, они являются стратиграфическими, как правило, фанерозойскими по возрасту и эпигенетическими (образуются после литификации карбонатных вмещающих пород). [36] Рудные минералы такие же, как на месторождениях SEDEX: сфалерит, галенит, пирит, пирротин и марказит с небольшим количеством сульфосолей. [36] Шахты, содержащие месторождения MVT, включают Polaris в канадской Арктике, реку Миссисипи в Соединенных Штатах , Pine Point в Северо-Западных территориях и Admiral Bay в Австралии. [37]
Вулканогенный массивный сульфид
Вулканогенные массивные сульфидные месторождения (VMS) могут быть богаты Cu-Zn или Zn-Pb-Cu и составляют 25% Zn в запасах. [33] Существуют различные типы месторождений VMS с различными региональными контекстами и составами вмещающих пород; общей характеристикой является то, что все они размещены в подводных вулканических породах. [32] Они образуются из металлов, таких как медь и цинк, переносимых гидротермальными жидкостями (модифицированная морская вода), которые выщелачивают их из вулканических пород в океанической коре; насыщенная металлами жидкость поднимается через трещины и разломы на поверхность, где она охлаждается и откладывает металлы в виде месторождения VMS. [38] Наиболее распространенными рудными минералами являются пирит, халькопирит, сфалерит и пирротин. [33] Шахты, содержащие месторождения VMS, включают Кидд-Крик в Онтарио, Урал в России , Троодос на Кипре и Бесши в Японии . [39]
Источники высококачественных кристаллов включают в себя:
Использует
Металлическая руда
Сфалерит является важной рудой цинка; около 95% всего первичного цинка извлекается из сфалеритовой руды. [42] Однако из-за переменного содержания микроэлементов сфалерит также является важным источником нескольких других металлов, таких как кадмий, [43] галлий, [44] германий, [45] и индий [46] , которые заменяют цинк. Первоначально шахтеры называли эту руду обманкой (от немецкого blind или обманывающий ), потому что она напоминает галенит, но не дает свинца. [21]
Латунь и бронза
Цинк в сфалерите используется для производства латуни , сплава меди с 3–45% цинка. [18] Состав основных элементов сплава латунных предметов свидетельствует о том, что сфалерит использовался для производства латуни исламскими людьми еще в средние века между 7 и 16 веками н. э. [47] Сфалерит также мог использоваться в процессе цементации латуни в Северном Китае в 12–13 веках н. э. ( династия Цзинь ). [48] Помимо латуни, цинк в сфалерите также может использоваться для производства определенных видов бронзы; бронза в основном состоит из меди, которая сплавлена с другими металлами, такими как олово, цинк, свинец, никель, железо и мышьяк. [49]
Оцинкованное железо – цинк из сфалерита используется в качестве защитного покрытия для предотвращения коррозии и ржавления; его используют на опорах линий электропередач, гвоздях и автомобилях. [41]
Сфалерит и барит из рудника Камберленд, Теннесси, США.
Сфалерит на доломите из карьера Миллерсвилл, Огайо, США.
Коричневый кристалл кальцита, прикрепленный к скоплению черных кристаллов сфалерита.
Острые тетраэдрические кристаллы сфалерита с небольшим количеством сопутствующего халькопирита из рудника Айдарадо, Теллурайд, округ Орей, Колорадо, США.
Сдвоенный кристалл сфалерита вишнево-красного цвета ювелирного качества (1,8 см) из провинции Хунань, Китай
Кристаллы сфалерита из Аливы, Камаленьо, Кантабрии (Испания).
Фиолетовый флюорит и сфалерит из шахты Элмвуд, округ Смит, Теннесси, США.
^ Энтони, Джон В.; Бидо, Ричард А.; Блад, Кеннет В.; Николс, Монте К. (2005). "Сфалерит" (PDF) . Справочник по минералогии . Mineral Data Publishing . Получено 14 марта 2022 г. .
^ Мунтян, Барбара Л. (1999). «Колорадский сфалерит». Rocks & Minerals . 74 (4): 220–235. Bibcode : 1999RoMin..74..220M. doi : 10.1080/00357529909602545. ISSN 0035-7529 – через Scholars Portal Journals.
^ abcde Nesse, William D. (2013). Введение в оптическую минералогию (4-е изд.). Нью-Йорк: Oxford University Press. стр. 121. ISBN978-0-19-984627-6. OCLC 817795500.
^ Глокер, Эрнст Фридрих . Generum et specierum Mineralium, secundum ordines naturales digistorum синопсис, omnium, quotquot adhuc reperta sunt Mineralium Nomina Complectens. : Adjectis синонимы и ветеринары и недавние события ac novissimarum analysium chemicarum summis. Systematis Mineralium Naturalis Prodromus. ОСЛК 995480390.
^ ab Ричард Ренни и Джонатан Лоу (2016). Словарь химии (7-е изд.). Оксфорд: Oxford University Press. ISBN978-0-19-178954-0. OCLC 936373100.
^ Чжоу, Цзяхуэй; Цзян, Фэн; Ли, Сицзе; Чжао, Вэньцин; Сан, Вэй; Цзи, Сяобо; Ян, Юэ (2019). «Природный марматит с низкой разрядной платформой и превосходной цикличностью как потенциальный анодный материал для литий-ионных аккумуляторов». Electrochimica Acta . 321 : 134676. doi :10.1016/j.electacta.2019.134676. S2CID 202080193 – через Elsevier SD Freedom Collection.
^ abc Klein, Cornelis (2017). Earth materials: introduction to mineralogy and petrology. Anthony R. Philpotts (2nd ed.). Кембридж, Великобритания. ISBN978-1-107-15540-4. OCLC 962853030.{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
^ Кляйн, Корнелис; Херлбат, Корнелиус С. младший (1993). Руководство по минералогии: (после Джеймса Д. Даны) (21-е изд.). Нью-Йорк: Wiley. С. 211–212. ISBN047157452X.
^ abcdef Кук, Роберт Б. (2003). «Выбор знатока: сфалерит, рудник Игл, Джилман, округ Игл, Колорадо». Rocks & Minerals . 78 (5): 330–334. Bibcode :2003RoMin..78..330C. doi :10.1080/00357529.2003.9926742. ISSN 0035-7529. S2CID 130762310.
^ abc Deer, WA (2013). Введение в породообразующие минералы. RA Howie, J. Zussman (3-е изд.). Лондон. ISBN978-0-903056-27-4. OCLC 858884283.{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
^ Международный центр дифракционных данных, ссылка 04-004-3804, ссылка ICCD 04-004-3804.
^ Kloprogge, J. Theo (2017). Фотоатлас псевдоморфизма минералов. Роберт М. Лавински. Амстердам, Нидерланды. ISBN978-0-12-803703-4. OCLC 999727666.{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
^ Кук, Найджел Дж.; Чобану, Кристиана Л.; Принг, Аллан; Скиннер, Уильям; Симидзу, Масааки; Данюшевский Леонид; Сайни-Эйдукат, Бернхардт; Мельчер, Фрэнк (2009). «Следы и второстепенные элементы в сфалерите: исследование LA-ICPMS». Geochimica et Cosmochimica Acta . 73 (16): 4761–4791. Бибкод : 2009GeCoA..73.4761C. дои : 10.1016/j.gca.2009.05.045.
^ ab Frenzel, Max; Hirsch, Tamino; Gutzmer, Jens (июль 2016 г.). «Галлий, германий, индий и другие следовые и второстепенные элементы в сфалерите как функция типа месторождения — метаанализ». Ore Geology Reviews . 76 : 52–78. Bibcode :2016OGRv...76...52F. doi :10.1016/j.oregeorev.2015.12.017.
^ ab Klein, Cornelis; Philpotts, Anthony (2017). Earth materials: introduction to mineralogy and petrology (2nd ed.). Кембридж: Cambridge University Press. ISBN978-1-107-15540-4. OCLC 975051556.
^ Дэн, Цзюшуай; Лай, Хао; Чен, Мяо; Глен, Мэтью; Вэнь, Шуминг; Чжао, Бяо; Лю, Цзилун; Ян, Хуа; Лю, Минши; Хуан, Линюнь; Гуань, Шилян; Ван, Пин (июнь 2019 г.). «Влияние концентрации железа на кристаллизацию и электронную структуру сфалерита/марматита: исследование DFT». Минеральное машиностроение . 136 : 168–174. Бибкод : 2019MiEng.136..168D. дои : 10.1016/j.mineng.2019.02.012. S2CID 182111130.
^ ab Hobart M. King, Sphalerite, geology.com. Получено 22 февраля 2022 г.
^ "Международная минералогическая ассоциация – Комиссия по новым минералам, номенклатуре и классификации". cnmnc.main.jp . Получено 25.02.2021 .
^ Да, Лин; Кук, Найджел Дж.; Чобану, Кристиана Л.; Юпин, Лю; Цянь, Чжан; Тигенг, Лю; Вэй, Гао; Юлун, Ян; Данюшевский, Леонид (2011). «Следы и второстепенные элементы в сфалерите из месторождений цветных металлов в Южном Китае: исследование LA-ICPMS». Обзоры рудной геологии . 39 (4): 188–217. Бибкод :2011ОГРв...39..188Г. doi :10.1016/j.oregeorev.2011.03.001.
^ Кнорш, Мануэль; Надолл, Патрик; Клемд, Райнер (2020). «Мелкие элементы и текстуры гидротермального сфалерита и пирита в карбонатах верхней перми (цехштейн) Северо-Германского бассейна». Журнал геохимической разведки . 209 : 106416. Bibcode : 2020JCExp.20906416K. doi : 10.1016/j.gexplo.2019.106416. S2CID 210265207.
^ Чжу, Чуанвэй; Ляо, Шили; Ван, Вэй; Чжан, Юйсюй; Ян, Тао; Фань, Хайфэн; Вэнь, Ханцзе (2018). «Вариации изотопного химии Zn и S осадочного сфалерита, Zn-Pb месторождение Усихэ, провинция Сычуань, Китай». Обзоры рудной геологии . 95 : 639–648. Бибкод : 2018OGRv...95..639Z. doi :10.1016/j.oregeorev.2018.03.018.
^ Акбулут, Мехмет; Ойман, Толга; Чичек, Мустафа; Селби, Дэвид; Озгенч, Исмет; Токчаер, Мурат (2016). «Петрография, химия минералов, микротермометрия флюидных включений и геохронология Re – Os вулканогенного массивно-сульфидного месторождения Кюре (Центральный Понтид, Северная Турция)». Обзоры рудной геологии . 76 : 1–18. Бибкод : 2016ОГРв...76....1А. doi :10.1016/j.oregeorev.2016.01.002.
^ Накаи, Шуничи; Холлидей, Алекс Н; Кеслер, Стивен Э; Джонс, Генри Д.; Кайл, Дж. Ричард; Лейн, Томас Э. (1993). «Rb-Sr датирование сфалеритов из рудных месторождений типа долины Миссисипи (MVT)». Geochimica et Cosmochimica Acta . 57 (2): 417–427. Бибкод : 1993GeCoA..57..417N. дои : 10.1016/0016-7037(93)90440-8. hdl : 2027.42/31084 .
^ Вьетс, Джон Г.; Хопкинс, Рой Т.; Миллер, Брюс М. (1992). «Изменения в второстепенных и следовых металлах в сфалерите из месторождений типа долины Миссисипи в регионе Озарк; генетические последствия». Экономическая геология . 87 (7): 1897–1905. Bibcode :1992EcGeo..87.1897V. doi :10.2113/gsecongeo.87.7.1897. ISSN 1554-0774.
^ Hatch, JR; Gluskoter, HJ; Lindahl, PC (1976). «Сфалерит в углях Иллинойсского бассейна». Economic Geology . 71 (3): 613–624. Bibcode : 1976EcGeo..71..613H. doi : 10.2113/gsecongeo.71.3.613. ISSN 1554-0774.
^ ab Kropschot, SJ; Doebrich, Jeff L. (2011). «Цинк — ключ к предотвращению коррозии». Информационный лист : 13. Bibcode : 2011usgs.rept...13K. doi : 10.3133/fs20113016 . ISSN 2327-6932.
^ abcdef Арндт, NT (2015). Металлы и общество: введение в экономическую геологию. Стивен Э. Кеслер, Клеман Ганино (2-е изд.). Cham. ISBN978-3-319-17232-3. OCLC 914168910.{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
^ Эмсбо, Пол; Сил, Роберт Р.; Брейт, Джордж Н.; Диль, Шарон Ф.; Шах, Анджана К. (2016). «Модель осадочного эксгалятивного (SEDEX) месторождения цинка, свинца и серебра». Отчет о научных исследованиях : 11. Bibcode : 2016usgs.rept...11E. doi : 10.3133/sir20105070n . ISSN 2328-0328.
^ Мисра, Кула С. (2000), «Месторождения цинка и свинца типа долины Миссисипи (MVT)», Understanding Mineral Deposits , Дордрехт: Springer Netherlands, стр. 573–612, doi :10.1007/978-94-011-3925-0_13, ISBN978-94-010-5752-3, получено 2021-03-26
^ ab Haldar, SK (2020), «Минеральные месторождения: вмещающие породы и генетическая модель», Введение в минералогию и петрологию , Elsevier, стр. 313–348, doi : 10.1016/b978-0-12-820585-3.00009-0, ISBN978-0-12-820585-3, S2CID 226572449 , получено 2021-03-26
^ Сангстер, ДФ (1995). "Свинцово-цинковый сплав долины Миссисипи". doi : 10.4095/207988 .{{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
^ Роланд., Шэнкс, Уэйн К. Терстон (2012). Модель залегания массивных вулканогенных сульфидов. Департамент внутренних дел США, Геологическая служба США. OCLC 809680409.{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ du Bray, Edward A. (1995). "Предварительная компиляция описательных геоэкологических моделей месторождений полезных ископаемых". Отчет в открытом файле : 61. Bibcode : 1995usgs.rept...61D. doi : 10.3133/ofr95831 . ISSN 2331-1258.
^ ab "Цинк". Ежегодник сельскохозяйственных и минеральных товаров (0-е изд.). Routledge. 2003-09-02. стр. 358–366. doi :10.4324/9780203403556-47. ISBN978-0-203-40355-6. Получено 25.02.2021 .
^ "Статистика и информация о цинке". www.usgs.gov . Получено 25.02.2021 .
^ Кадмий – В: Обзоры минеральных ресурсов USGS. Геологическая служба США. 2017.
^ Френцель, Макс; Кетрис, Марина П.; Зайферт, Томас; Гутцмер, Йенс (март 2016 г.). «О текущей и будущей доступности галлия». Политика ресурсов . 47 : 38–50. Bibcode :2016RePol..47...38F. doi :10.1016/j.resourpol.2015.11.005.
^ Френцель, Макс; Миколайчак, Клэр; Рейтер, Маркус А.; Гуцмер, Йенс (июнь 2017 г.). «Количественная оценка относительной доступности высокотехнологичных побочных металлов – случаи галлия, германия и индия». Политика ресурсов . 52 : 327–335. Bibcode : 2017RePol..52..327F. doi : 10.1016/j.resourpol.2017.04.008 .
^ Craddock, PT (1990). Латунь в средневековом исламском мире; 2000 лет цинка и латуни . British Museum Publications Ltd. стр. 73–101. ISBN0-86159-050-3.
^ Сяо, Хунъянь; Хуан, Синь; Цуй, Цзяньфэн (2020). «Местное производство цементированной латуни в XII–XIII вв. н. э., Северный Китай: свидетельства из летнего королевского дворца династии Цзинь». Журнал археологической науки: Отчеты . 34 : 102657. Bibcode : 2020JArSR..34j2657X. doi : 10.1016/j.jasrep.2020.102657. S2CID 229414402.
^ Тайлекот, РФ (2002). История металлургии. Институт материалов (2-е изд.). Лондон: Maney Pub., для Института материалов. ISBN1-902653-79-3. OCLC 705004248.
^ S., McGee, E. (1999). Колорадский юльский мрамор: строительный камень Мемориала Линкольна: исследование различий в долговечности колорадского юльского мрамора, широко используемого строительного камня. Министерство внутренних дел США, Геологическая служба США. ISBN0-607-91994-9. OCLC 1004947563.{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ Хай, Юнь; Ван, Шуонан; Лю, Хао; Лв, Гочэн; Мэй, Лефу; Ляо, Либинг (2020). «Наноразмерный композит сульфида цинка/восстановленного оксида графена, синтезированный из природного объемного сфалерита, как анод с хорошими характеристиками для литий-ионных аккумуляторов». JOM . 72 (12): 4505–4513. Bibcode :2020JOM....72.4505H. doi :10.1007/s11837-020-04372-5. ISSN 1047-4838. S2CID 224897123.
Вебстер, Р., Рид, П. Г. (ред.) (2000). Драгоценные камни: их источники, описания и идентификация (5-е изд.), стр. 386. Баттерворт-Хайнеманн, Великобритания. ISBN 0-7506-1674-1
Внешние ссылки
На Викискладе есть медиафайлы по теме «Сфалерит» .
Структура сфалерита
Возможная связь сфалерита с происхождением жизни и химическими веществами-предшественниками в «Первичном бульоне»