简单硫化物矿物类

简单硫化物矿物类_结晶矿物学

二、简单硫化物矿物类

简单硫化物矿物类，即由S^2－、Se^2－、Te^2－等简单阴离子与金属阳离子构成的化合物矿物。它包括：

（一）A₂S族

这一族矿物主要包括辉银矿、辉铜矿。其主要特征见表14－2。其他特征如下：

1.化学成分

辉银矿：成分中常出现有Cu、Pb、Fe、Se、Te等呈类质同象替代关系的元素，其中Cu、Se特别常见，且替换Ag与S的数量比较大。

辉铜矿：成分中常有Ag、Co、Ni代替Cu。

2.晶体结构

辉银矿：晶体结构为赤铜矿型。如图14－1所示，S位于立方体的角顶与中心，Ag位于两个S之间呈直线型排列。

图14－1　辉银矿晶体结构（左图为立体结构，右图为俯视）

辉铜矿结构复杂。

3.成因产状与矿物共生组合

辉银矿主要产于含银硫化物的中、低温热液矿床中，常产于铅锌矿石、含金石英脉、石英方解石脉、铜矿石、钴镍矿石中，在石英方解石脉中与自然银、自然金、方铅矿、闪锌矿、角银矿、紫水晶等共生。

在地表，辉银矿很快变为自然银。强光照射下，辉银矿表面变暗。

辉铜矿其成因有内生与外生，内生常形成于富铜贫硫的热液矿床中，常与斑铜矿共生；外生辉铜矿形成于硫化物矿床氧化带的下部，为地表形成的CuSO₄溶液下渗与原生铜硫化物反应形成的次生矿物，常与铜蓝、斑铜矿共生。在外生条件下辉铜矿可在内陆湖泊相沉积形成。

辉铜矿在氧化条件下易分解为赤铜矿、孔雀石、蓝铜矿等，在不完全氧化条件下可形成自然铜。

表14－2　辉银矿、辉铜矿主要特征

4.鉴定特征

辉银矿：铅灰色，密度大，弱延展性，低硬度，抛光性差。

辉铜矿：暗铅灰色，密度大，弱延展性，酸中常呈绿色，表面常与孔雀石伴生。

5.用途

辉银矿为提取银的重要矿物。银具有导电性强，延展性好的特征，为电子工业、发电设备、仪器材料及医药、化工、摄影、首饰工艺品等行业中的重要材料。

辉铜矿是含铜最富的硫化物矿物，可作为提炼铜的重要矿石原料。

（二）方铅矿、辰砂、磁黄铁矿族

这三族矿物种主要包括方铅矿、辰砂、磁黄铁矿，它们的主要特征见表14－3。其他特征如下：

表14－3　方铅矿、辰砂、磁黄铁矿主要特征

1.化学成分

方铅矿：成分中常含Ag、Cu、Zn、Fe、As、Sb、Bi、Cd、In、Tl等元素，高温时常与Pb形成类质同象固溶体；低温时从方铅矿中溶离出来常以多种矿物微包体存在于方铅矿中，Se以类质同象形式代替S形成方铅矿－硒铅矿系列。

辰砂：成分比较纯净，常含有少量的Se、Sb、Cu、Te机械混入元素。

磁黄铁矿：非计量化合物。成分有Ni、Co、Mn、Cu等类质同象代替Fe；Ag、Zn、In、Bi、Ga、Pb及铂族元素等均以机械混入物形式存在于磁黄铁矿中。

2.晶体结构

方铅矿：晶体结构为典型的氯化钠型。即S^2－呈立方最紧密堆积，Pb²⁺充填于全部的八面体空隙中，S与Pb的配位数均为6，如图14－2所示。

辰砂：晶体结构为变形的氯化钠型。如图14－3所示，在平行c轴方向上出现有－S－Hg－S－Hg－S－螺旋状排列，这使其具有旋光性。

磁黄铁矿：晶体结构为红砷镍矿型。如图14－4所示，S离子作六方最紧密堆积，Fe离子充填于所有八面体空隙。在结构中由于Fe可呈二价或三价，导致一部分八面体空隙出现空位。

图14－2　方铅矿晶体结构（左为立体图，右为俯视图）

图14－3　辰砂晶体结构图（左为立体图，右为俯视图）

图14－4　磁黄铁矿晶体结构（左为立体图，右为俯视图）

3.成因产状和矿物共生组合

方铅矿为分布广泛的金属硫化物之一，主要形成于岩浆期后热液环境中。可产于接触交代的矽卡岩矿床中，与磁铁矿、黄铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿等矿物共生；也可产于中低温热液矿床中，与闪锌矿、黄铜矿、黄铁矿、石英、方解石、重晶石等矿物共生。在地表可形成沉积成因的方铅矿。在氧化带，方铅矿常可变为铅矾、白铅矿等含铅矿物。

我国方铅矿主要产地为云南金顶、广东凡口、甘肃厂坝、青海锡铁山、湖南水口山等。

辰砂为典型的低温热液的标型矿物，为碱质环境下沉积的矿物。常与辉锑矿、雄黄、雌黄、黄铁矿、石英（玉髓）、方解石等矿物共生。

外生条件下，也可形成于硫化物矿床氧化带的下部。

我国是世界上辰砂的主要产出国家，主要产地为湖南的辰州、晃县，贵州的婺源、铜仁等地区。

磁黄铁矿可形成于各种内生地质条件下，形成于基性岩体内的铜镍硫化物岩浆矿床中，与镍黄铁矿、黄铜矿共生。产于接触交代的矽卡岩矿床中，与黄铜矿、黄铁矿、磁铁矿、铁闪锌矿、毒砂等矿物共生。出现在高温热液矿床中，常与锡石、方铅矿、闪锌矿、黄铜矿、辉钼矿等矿物共生。在氧化带中可分解为褐铁矿等铁的氢氧化物矿物。

4.鉴定特征

方铅矿：铅灰色，强金属光泽，立方体完全解理，密度大。

辰砂：红色及猩红色条痕，密度大，硬度低，金刚光泽。

磁黄铁矿：暗青黄铜色，条痕黑色，金属光泽，有磁性。

5.用途

方铅矿为提取铅的最主要矿石原料。含Ag高时可回收进行资源综合利用。晶体可作为红外探测器和检波器材料。

辰砂为提取汞的主要矿石原料。单晶体可作为激光调制材料，为主要激光技术材料之一。

磁黄铁矿为制作工业硫酸的原料之一。含镍高时可综合回收利用。

（三）闪锌矿、黄铜矿、斑铜矿族

这三个族包括的矿物种主要为闪锌矿、黄铜矿、斑铜矿，次要的还有纤锌矿（ZnS）、硫镉矿（CdS）、硫锰矿（MnS）、黄锡矿（Cu₂FeSnS₄）等。主要矿物种的常见特征见表14－4。其他特征如下：

1.化学成分

闪锌矿：成分通常不纯净，常含有Fe、Mn、Cd、In、Tl、Ga、Ge等类质同象元素和Cu、Sn、Sb、Bi等呈机械混入物的元素。其替代元素的种类、含量与其形成环境条件密切有关。一般情况下，高温下形成的闪锌矿Fe的含量也高，最高时Fe可达阳离子的26％，形成了富含Fe的闪锌矿亚种，被称为铁闪锌矿（Fe＞8％）。当压力增大，S浓度增高，介质的pH值升高时，则不利于Fe置换Zn。

黄铜矿：成分中含有许多种呈机械混入物和固溶体形式存在的元素，如Ag、Au、Mn、As、Se、Te、Ge、Ga、In、Ni、Ti及铂族元素等，种类十分复杂，含量变化比较大。

斑铜矿：由于结构中常存在着缺席构造，成分变化比较大，常含有黄铜矿、辉铜矿、铜蓝等显微包体和固溶体。成分中常含有Ag、Bi、In、Ga、Pb、Sb、As、Co、Ni等元素的机械混入物。

表14－4　闪锌矿、黄铜矿、斑铜矿主要特征

2.晶体结构

闪锌矿：晶体结构为典型的闪锌矿型，如图14－5所示。结构中S离子作立方最紧密堆积，Zn离子间隔充填1/2的四面体空隙。每个Zn离子被四个S离子包围，形成四面体配位。Zn、S的配位数都为4。结构中所有四面体联结方向一致，整个结构具有四面体对称。在结构的（110）面上分布着数目相等的S、Zn离子，其面网密度大，因此闪锌矿具有｛110｝完全解理。

图14－5　闪锌矿晶体结构图及晶体形态图（引自潘兆橹，1993）

黄铜矿：晶体结构为衍生的闪锌矿型。如图14－6所示。结构中Cu、Fe离子可以有序或无序的代替Zn的位置。离子的配位特征、四面体联结方式均与闪锌矿相同。高温时离子无序替换则使晶体结构呈闪锌矿型；低温时离子有序替换则使原呈等轴的闪锌矿型降为四方的黄铜矿型，整个结构呈四方四面体对称，且｛110｝完全解理由6组降为2组。

图14－6　黄铜矿晶体结构图（左为立体图，右为俯视图）

斑铜矿：晶体结构随形成温度的高低而变化。高温时呈具有缺席结构的反萤石型，结构中S呈立方最紧密堆积，Cu、Fe分布于所有四面体空隙中。所有离子的配位数均为4。低温时晶体结构则为沿3次轴拉长的变形的反萤石型结构，即三方斑铜矿晶体结构。

3.成因产状与矿物共生组合

闪锌矿主要形成于热液作用的地质环境下，也可形成于接触交代的矽卡岩矿床中。形成于高温热液的闪锌矿，则富含铁（FeS＞12％），常与毒砂、磁黄铁矿、黄铜矿、黄铁矿、石英等矿物共生；产于中温热液的闪锌矿，则含FeS=4％～8％，常与方铅矿、黄铜矿、黄铁矿、石英、方解石等矿物共生；存在于低温热液的闪锌矿则含FeS＜2％，与方铅矿、车轮矿、方解石、重晶石、石英等矿物共生；形成于接触交代的矽卡岩型矿床中的闪锌矿常与钙质榴石、透辉石、磁铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿等矿物共生。在氧化环境下，闪锌矿易氧化溶于水而流失，当围岩为碳酸盐时可形成菱锌矿。

我国闪锌矿产地比较多，主要产地为云南金顶、广东凡口、甘肃厂坝、青海锡铁山、湖南水口山等。

黄铜矿为形成环境比较复杂的硫化物矿物之一。常产出于不同的地质环境下。在与基性、超基性岩浆有关的铜镍硫化物或钒钛磁铁矿矿床中，黄铜矿与磁黄铁矿、镍黄铁矿、钒钛磁铁矿等矿物共生；形成于接触交代的矽卡岩型矿床中的黄铜矿常与石榴石、透辉石、黄铁矿、磁铁矿、毒砂、磁黄铁矿、方铅矿、闪锌矿等矿物共生；高温热液环境下形成的黄铜矿与黑钨矿、锡石、辉铋矿、辉钼矿、黄铁矿、毒砂、方铅矿、闪锌矿、白钨矿等矿物共生；中温热液环境下形成的黄铜矿与方铅矿、闪锌矿、斑铜矿、黄铁矿、辉钼矿、黝铜矿等矿物共生；低温热液环境下形成的黄铜矿与方铅矿、闪锌矿、黄铁矿、辉银矿、方解石、重晶石等矿物共生；在外生条件下，也可形成沉积的黄铜矿。

在风化环境下，黄铜矿可蚀变为孔雀石、硅孔雀石、黑铜矿、水胆矾、蓝铜矿等矿物，也可在次生还原条件下转为斑铜矿和辉铜矿。

我国黄铜矿主要产于长江中下游地区，四川、云南、山西南部的中条山地区，甘肃的金川及西藏地区。

斑铜矿为分布比较广泛的铜的硫化物矿物，常可形成于不同地质环境中。产于与基性岩浆有关的铜镍硫化物矿床中的斑铜矿与黄铜矿、钛磁铁矿等矿物共生；产于热液环境下的斑铜矿常与黄铜矿、黄铁矿、闪锌矿、方铅矿、黝铜矿、辉铜矿等矿物共生；产于接触变质的矽卡岩型矿床中的斑铜矿与黄铜矿、辉铜矿、黝铜矿等矿物共生；形成于次生硫化物矿床氧化带的斑铜矿可与辉铜矿等矿物共生。

斑铜矿稳定性比较差，在表生变化时可被辉铜矿和铜蓝交代；在氧化带易蚀变成孔雀石、蓝铜矿、赤铜矿、褐铁矿等。

4.鉴定特征

闪锌矿：树脂黄色，树脂光泽，平行｛110｝完全解理，常与方铅矿共生。

黄铜矿：黄铜金属色，条痕绿黑色，性脆，低硬度。

斑铜矿：新鲜面呈暗铜红色，风化面呈蓝紫斑杂的锖色，硬度低。

5.用途

闪锌矿为提取锌的最重要的矿石原料，矿物中的Cd、In、Ga、Tl等元素可以综合利用和回收。其单晶体可作为紫外半导体和激光材料。也可作最佳的红外窗口材料。

黄铜矿为提取铜的重要矿物原料。

斑铜矿为提取铜的矿石原料。

（四）辉锑矿族与辉钼矿族

这两个族包括的矿物种主要有辉锑矿、辉铋矿、辉钼矿，它们主要特征见表14－5。其他特征如下：

表14－5　辉锑矿、辉铋矿、辉钼矿主要特征

1.化学成分

辉锑矿：组分较纯净，含少量的呈机械包体出现的As、Bi、Pb、Fe、Cu、Au、Ag、Hg等元素。

辉铋矿：成分中常含有与Bi呈类质同象关系出现的Pb、Cu、Fe、Se、Te及As、Au、Ag等元素。

辉钼矿：组分比较纯净，可含有与Mo呈类质同象关系出现的Re、Se、Te和呈固溶体存在的铂族元素。

2.晶体结构

辉锑矿：晶体结构为链状型。即由S与Sb离子紧密联结组成三方锥状锯齿链，链平行c轴延伸。链内S与Sb距离为0.25nm，链间离子距为0.32nm。链内化学键为较强的离子－金属键，链间化学键为弱的分子键。所以晶体沿链的延伸方向c轴呈柱状，也沿链间产生｛010｝完全解理。

辉铋矿：晶体结构相似于辉锑矿结构。

辉钼矿：晶体结构如图14－7所示，为层状型。由S－Mo－S构成三方柱，Mo位于柱的中心，S位于柱的角顶。柱之间以共棱构成三方柱状层。该层与由S组成的八面体层沿c轴相间排列。三方柱状层内化学键为共价－金属键；八面体层内为余键－分子键。当构成每两层重复时则形成多型2H－辉钼矿；而构成每三层重复时则形成多型3R－辉钼矿。还可见到有混合的多型2H+3R。自然界产出辉钼矿大多数为2H型；少数为2H+3R型；3R型特别少见，且Re主要出现于3R型的辉钼矿中。

图14－7　辉钼矿晶体结构（左为立体图，右为俯视图）

3.成因产状与矿物共生组合

辉锑矿主要形成于热液环境条件下：在中温热液矿床中辉锑矿与方铅矿、闪锌矿、毒砂等矿物共生；在低温热液矿床中辉锑矿常与辰砂、石英、萤石、重晶石、方解石、铁白云石、雄黄、雌黄等矿物共生；也可形成于温泉的沉积物或火山的升华物中。在外生氧化条件下，易于分解形成各种锑的氧化物如锑华、方锑矿、黄锑华等矿物。

我国湖南新化锡矿山以产辉锑矿而闻名于世界。

辉铋矿主要形成于中、高温热液环境条件下，也可出现于接触交代变质的矽卡岩与花岗伟晶岩中，很少形成独立矿床。在接触交代矿床中，辉铋矿与闪锌矿、磁黄铁矿、磁铁矿、赤铁矿、黄铁矿、黄铜矿、绿帘石、符山石等矿物共生；在高温热液条件下，辉铋矿与黑钨矿、辉钼矿、锡石、黄玉、绿柱石、钾长石、毒砂、黄铁矿等矿物共生；在中温热液矿床中，辉铋矿与黄铜矿、方铅矿、闪锌矿等矿物共生；在花岗伟晶岩中，辉铋矿与白钨矿、电气石、磷灰石、绿柱石、钾长石等矿物共生。

在外生氧化带中，辉铋矿易氧化变成泡铋矿、铋华、氯铋矿等矿物，这些矿物常呈辉铋矿假象出现。

我国江西、广东的钨锡矿床中常产出辉铋矿。

辉钼矿为分布比较广泛的矿物，主要形成于接触交代的矽卡岩中和热液环境条件下，在云英岩化花岗岩、斑岩中也产出。在高、中温热液锡石、黑钨矿石英脉矿床中，辉钼矿常与黑钨矿、锡石、辉铋矿等矿物共生；在云英岩化花岗岩中，辉钼矿与绿柱石、黑钨矿、石英、白云母等矿物共生；在斑岩型钼矿中，辉钼矿呈网脉状、浸染状，与方解石、石英、黄铁矿等矿物共生；在接触交代的矽卡岩中，辉钼矿与石榴石、透辉石、白钨矿、黄铁矿等矿物共生。在表生还原环境下可形成非晶质胶体状的辉钼矿，呈黑色粉末，与辰砂、蓝钼矿共生。

在外生氧化条件下，辉钼矿变为黄色粉末状的钼华或呈辉钼矿假象的钼钙矿。

我国是世界上的产钼大国，主要产地有辽宁、河南、山西、陕西的金堆城等地区。

4.鉴定特征

辉锑矿：铅灰色，金属光泽，柱状晶形，解理面上有横纹，易熔。

辉铋矿：浅铅灰色，条痕不易变黑，强金属光泽，密度较大，熔点高。

辉钼矿：铅灰色，强金属光泽，硬度极低，解理极为完全，呈片状。以其密度大、光泽强、条痕呈灰绿色而区别于石墨。

5.用途

辉锑矿为提取锑的主要矿物原料。锑主要用在冶金工业中作耐磨合金。高硬度锑铅作为印刷金属材料。也可制造成锑的化合物用于纺织工业、玻璃生产、橡胶工业中。

辉铋矿为提取铋的重要矿物原料。铋可作为制作易熔合金、特殊玻璃、化学试剂的材料。

辉钼矿为重要的钼矿石原料，也是提取铼的唯一矿石材料。钼常用于制作钼钢和其他多种合金材料，常应用在化工、染料工业中。

（五）雄黄、雌黄、铜蓝族

这三族主要包括的矿物种为雄黄、雌黄、铜蓝。它们的主要特征见表14－6。其他特征如下：

表14－6　雄黄、雌黄、铜蓝主要特征

续表

1.化学成分

雄黄：成分比较纯净，仅有微量的Tl、Pb呈类质同象或吸附态存在。

雌黄：成分中可含有Sb、V、Ge、Hg、Se等类质同象替换元素，其中Sb可达2.7％；Se可达0.04％。

铜蓝：成分较干净，可含有少量的混入元素Se、Ag、Pb等。

图14－8　雄黄晶体结构中的分子环（左为立体图，右为俯视图）

2.晶体结构

雄黄：晶体为分子型结构，如图14－8所示。由4个As和4个S组成As₄S₄环状分子，环内As与S间以共价键联结，环间以分子键联结。对于As₄S₄环状分子，4个S排列成正方形，4个As排列成四面体，二者中心重合。每一个S与2个As联结，每一个As与2个S和另一个As联结。

雌黄：晶体为层状结构，如图14－9所示。As、S离子联结成层，层平行（010），层内As被3个S包围，S被2个As联结，层内离子间为共价键联结，层间为分子键联结，因此会产生｛010｝完全解理。

图14－9　雌黄晶体结构（左为俯视图，右为前视图）

铜蓝：晶体为层状结构，如图14－20所示。结构中有两种类型的S离子（［S₂］^2－、S^2－）和Cu离子（Cu⁺、Cu²⁺）。Cu²⁺与3个S^2－组成等边三角形，相互间以角顶相联结成六方平面网，S^2－也一方面构成六方网上下两边四面体所共用的角顶。四面体中心为Cu⁺且彼此间相互以底面相对。以直立的［S₂］^2－联结。整个结构为三角形联结的层与四面体联结的层沿c轴堆积而成。

图14－9　铜蓝晶体结构（左为前视图，右为俯视图）

3.成因产状与矿物共生组合

雄黄为典型的低温热液标型矿物。主要形成于低温热液环境下，也可出现于温泉沉积物和硫质喷气沉积物中，在外生条件下可发现于煤层中，系有机物分解所产生的硫化氢与含砷溶液反应的产物。低温热液中雄黄与雌黄、辉锑矿、黄铁矿、方解石、白云石、文石、石英等矿物共生；温泉沉积物中雄黄与雌黄、辉锑矿等矿物伴生。在空气或阳光下，雄黄会变为红黄色粉末。

雌黄也是典型的低温热液标型矿物。主要形成于低温热液环境下，常与雄黄、辰砂、辉锑矿、白铁矿、文石、石英、石膏等矿物共生；也可产于火山升华物中，与自然硫、氯化物等矿物共生；外生条件下形成于煤层和褐铁矿中，系有机物分解所产生的硫化氢与含砷溶液反应的产物。在空气中易被氧化为As₂O₃，系溶于水的有毒化合物。

铜蓝主要形成于外生环境，为含铜硫化物矿床次生富集带常见矿物，为黄铜矿、斑铜矿交代蚀变的产物，与辉铜矿共生。热液形成的铜蓝比较少见。还可形成于火山升华物中，为硫质喷气的产物。

在氧化条件下铜蓝可分解形成孔雀石、蓝铜矿、硅孔雀石等矿物。

4.鉴定特征

雄黄：条痕浅橘红色，硬度低，有完全解理。以颜色、密度区别于辰砂。

雌黄：柠檬黄色，硬度低，有极完全解理。以解理发育与自然硫区别。

铜蓝：靛青蓝色，低硬度，块体哈气变紫色。

5.用途

雄黄与雌黄二者都可作为提取砷的主要矿石原料。砷主要用于杀虫剂、制革药剂及木材防腐剂。用于制造乳白色玻璃和消除玻璃中浅绿色色素的氧化剂。也可与其他金属结合形成合金，用于制造汽车、雷达部件。铅砷合金可作为子弹头。砷化镓可作为半导体材料。二者可以作为中药材料。

铜蓝为提取铜的矿物原料，一般与其他含铜矿物一起可作为铜矿石原料。