自然史 · 第二章 硫化物和硫酸礦物

硫化物是金屬元素或者半金屬元素與硫元素化合而成的天然化合物，假如以硒、碲、砷、銻、鉍替換硫，那麼便會生成硒化物、碲化物、砷化物、銻化物、鉍化物。硫化物是很重要的鉛、鋅、鐵、銅等礦石，但由於很容易氧化為硫酸鹽，因此一般形成於水位比較低的炙熱礦脈中。 硫酸礦物是指硫與金屬元素或者非金屬元素結合在一起形成的天然化合物，它們的性質與硫化物的性質類似。 第一節 方鉛礦和辰砂 方鉛礦主要形成於中溫熱液礦床中，常與閃鋅礦結合形成鉛鋅硫化物礦床，也可形成於接觸交代礦床中，與螢石、石英、方解石和黃鐵礦一起共生。方鉛礦的晶體是立方體，有時為八面體與立方體的聚形，其聚合體常常呈粒狀和緻密塊狀，不透明；顏色呈鉛灰色，條痕呈灰黑色，有金屬光澤。 方鉛礦實際上就是硫化鉛，其中硫和鋅的含量比是1：1，這是一種常見礦物。方鉛礦是提取鉛的重要原料，古代的航海家常常利用提煉出來的鉛，對船底附生的藤壺生物做清理。鉛也是製造兵器必不可少的原料，而且是製作屏蔽放射性核輻射的原料。但是，對人類而言，鉛有害的一面也很明顯。有研究表明，古羅馬並非因女色而覆滅，鉛中毒可能才是禍端，因為他們在生活中常常使用鉛製品。目前，微量元素分析數據顯示，過量的鉛塵和大量鉛化物的廢塵會嚴重威脅人體的健康。 方鋅礦的主要產地是美國的新密蘇里、澳大利亞的布羅肯希爾等。 辰砂是汞的硫化物，是提鍊汞的重要原料。又被稱為丹砂、硃砂，顏色呈棕紅色或者猩紅色，晶體表面具有光澤，條痕呈紅色，半透明，晶形為板狀或者柱狀，常常見到的是雙晶。辰砂晶體可作為雷射技術中的重要原料，並且有藥用價值，具有鎮靜安神、殺菌的作用。此外，由於辰砂晶體有著獨特的造型，加上絢爛多彩、含蓄質樸，成為天然的觀賞石，受到人們的喜愛，這也是大自然賜予我們的精美禮物。 辰砂的主要成分是硫化汞，汞含量高達85.4%。辰砂也不是純淨的，常混有一些雜質，比如瀝青、雄黃、磷灰石等。辰砂常常與雄黃、黃鐵礦一起形成於火山道或者溫泉的周圍，還會出現在火山周圍的礦脈和沉積岩中，與白鐵礦、蛋白石、石英及方解石等結合共生。西班牙的阿爾馬登、義大利的尤得里奧、美國的加利福尼亞沿岸山脈等地都是辰砂的著名產地。 第二節 閃鋅礦、硫鎘礦和輝銻礦 閃鋅礦的主要成分是鋅、鐵、硫，而且含有各種類質同象物質，主要存在於接觸矽卡礦岩礦床中和中、低溫熱液成因礦床中。閃鋅礦是分布最廣的礦物，蘊含著豐富的鋅，常常與白雲石、石英、黃鐵礦、方鉛岩、重晶石、方解石等結合共生。閃鋅礦的晶體通常是四面體或者菱形十二面體，晶面有一定彎曲度；顏色隨含鐵量的不同而呈現出不同，當鐵的含量增多時，其顏色由淺變深，從淡黃色到黑色，從透明到半透明。 鑑定閃鋅礦的方法是，加入稀鹽酸後觀察是否反應生成硫化氫，並散發出類似於臭雞蛋的氣味。質地純淨的閃鋅礦不易熔化，是提煉鋅的重要礦物原料，其中含有的鎘、銦、鎵等稀有元素，價值巨大。澳大利亞的布羅肯希爾、美國的密西西比河谷等地是世界全著名的閃鋅礦主要產地。 硫鎘礦屬於表生礦物，經常與含鎘閃鋅礦或者纖鋅礦一起存在於硫化物礦床的氧化帶中。硫鎘礦的晶體為柱狀或者錐狀，但最常見的是呈土狀覆蓋於其他礦物表面。硫鎘礦的顏色是黃橙色、暗橙色或者紅色；條痕則從橘黃色到磚紅色；半透明到透明，有著一定的松脂般或金剛光澤；紋理清晰，斷口處常呈現出貝殼狀。硫鎘礦主要用來提煉鎘或者製造鎘黃等鎘化合物，是冶煉鉛和鋅後生成的副產物。美國、英國、捷克和斯洛伐克等地是硫鎘礦的主要產地。 輝銻礦主要存在於中低溫的熱液礦床中，主要富集於輝銻礦構成的石英脈或碳酸鹽礦層中。輝銻礦的顏色和條痕都是鉛灰色，晶體呈柱狀，柱面上有縱向條紋分布，而且大部分晶體呈彎曲狀，甚至有一些是捲曲反射狀的集合體，還有一些是針狀、纖維狀、粒狀和緻密狀的集合體。由於輝銻礦的晶體集合體姿態萬千，因此不僅具有觀賞價值，其收藏價值也極高。輝銻礦是提煉銻的重要原料，天然產出輝銻礦可以製成安全火柴和膠皮。我們常用的鉛筆，在製作中除了石墨和黏土外，也需要加入20% 的輝銻礦。此外，輝銻礦還被應用到製作耐摩擦的合金中，如銅鋅錫合金。 第三節 斑銅礦、黃銅礦和輝銅礦 斑銅礦是銅和鐵的硫化物礦物，銅的含量大約是63.3%，是提煉銅的重要原料礦物之一。斑銅礦存在於熱液成因的斑岩銅礦中，與黃銅礦、石英、方鉛礦等礦物一起共生；也會出現在矽卡岩礦床中和銅礦床的次生富集帶，但因穩定性差，常常被次生輝銅礦或者銅藍置換。斑銅礦的晶體是立方體、八面體、菱形十二面體，晶面常有彎曲、不平坦，一般呈密塊狀或者規則的粒狀。斑銅礦的顏色是暗銅紅色，表面風化之後常被一層藍紫斑狀錆色覆蓋，呈藍色或紫色，因而又被稱為「孔雀石」。條痕為灰黑色，不透明，具有金屬光澤。美國蒙大拿州的比尤特、墨西哥的卡納內阿、智利的丘基卡馬塔等地是斑銅礦的代表性產地。 黃銅礦的化學成分是CuFeS2，存在於硫化物礦床中。黃銅礦的晶體是四方體，一般是雙晶，晶體表面有許多條紋。集合體常為不規則的粒狀或者緻密的塊狀，顏色呈黃銅色，表面有斑駁的藍紫色暈彩，條痕為綠黑色，具有金屬光澤且不透明。黃銅礦看起來和黃鐵礦、自然金相似，但其硬度偏低，沒有黃鐵礦的硬度高；黃銅礦中的綠黑色條痕能夠溶解在硝酸中，而自然金不能溶於硝酸。黃銅礦是銅礦石中很重要的一種，也是常見的硫化物，幾乎可在不同的環境下形成。但主要生成於熱液作用和接觸交代作用，常可形成於具有一定規模的礦床中。黃銅礦在工業上的應用主要是煉鋼。主要產地是西班牙的里奧廷托、德國的曼斯菲爾德、瑞典的法赫倫、美國的亞利桑那州和田納西州、智利的丘基卡馬塔等地。 輝銅礦的主要成分是Cu2S，常與石英、方解石等礦物共同存在於炙熱的礦脈中，最常見的晶體為塊狀集合體。顏色為暗深灰色，不透明，帶金屬光澤；可溶於硝酸，燃燒時的火焰呈綠色，同時釋放出二氧化硫氣體。輝銅礦是所有銅的硫化物中含銅量最高的，達到了79.86%，因此是提煉銅的重要原料。輝銅礦主要分布在美國阿拉斯加州的肯納科特、內華達州的伊利、亞利桑那州的莫倫西以及納米比亞的楚梅布等地。 第四節 黃鐵礦、磁黃鐵礦和白鐵礦 黃鐵礦常存在於岩漿岩、沉積岩、變質岩的副礦物中，含有鈷、鎳、鋅等物質。黃鐵礦的晶體為立方體、八面體、五角十二面體，表面布滿條紋，由緻密的塊狀、粒狀、結核狀聚集在一起形成集合體；顏色呈淡黃色，條痕呈綠色、黑色，具有強金屬光澤，不透明。由於黃鐵礦的顏色呈淺黃棕色，又有著強金屬光澤，因此常被誤認為是黃金，故得名「愚人金」。黃鐵礦是分布範圍最廣泛的硫化物，也是提取硫和製造硫酸的重要原料。西班牙、捷克、斯洛伐克、美國等是黃鐵礦的著名產地。 磁黃鐵礦分布於各種磁性岩漿礦床中，常與黃銅礦、黃鐵礦、磁鐵礦、毒砂等物質一起共生。磁黃鐵礦的晶體為板狀或者片狀，顏色從黃色到紅色，氧化之後呈棕色；條痕從灰色到黑色，具有金屬光澤，而且不透明。磁黃鐵礦是製造硫酸的主要原料，通常呈緻密塊狀，產於多種金屬礦床中，但主要富集於銅鎳硫化物礦床中。磁黃鐵礦導電性高，略有磁性，在經濟價值方面雖然比黃鐵礦低一些，但因其含鎳較多，可作為鎳礦石使用，也可用於含重金屬廢水的淨化處理。此外，磁黃鐵礦還被廣泛應用到石油化工、冶金、橡膠、造紙、軍事、食品等行業中。 白鐵礦和黃鐵礦一樣都屬於硫化物礦物，但晶體結構不一樣，外觀也就大不一樣。白鐵礦主要存在於頁岩、黏土岩、石灰岩中，在自然界的分布範圍要比黃鐵礦少一些，而且不會有大量聚積；白鐵礦是FeS2 的不穩定變體，當溫度超過350 ℃時，便會轉化成黃鐵礦。白鐵礦的晶體形態多樣，最常見的是板狀和椎體狀，由於是雙晶，因此晶體表面通常彎曲，形成雞冠狀晶體；晶體顏色為淡白色，風化之後會變成黑色；條痕呈黑綠色，具有金屬光澤，不透明。白鐵礦在全世界分布範圍廣泛，主要產地是美國、英國、德國等國家。 第五節 脆銀礦、深紅銀礦和車輪礦 脆銀礦主要存在於銀脈礦的礦床中，常與自然銀、硫化物及其他鹽酸類如輝銀礦等物質共生。晶體為板狀或柱狀，晶面上分布著斜線條紋，有時是雙晶，也有以塊狀的集合體產出；顏色鐵黑，條痕呈黑色；具有金屬光澤，而且不透明。脆銀礦易於熔化，能溶於硝酸。脆銀礦在世界的主要產地是挪威的康格斯伯格、智利的占那爾西諾。 深紅銀礦又叫作濃紅銀礦或硫銻銀礦，與其他硫鹽類及礦物，如黃鐵礦、方鉛礦、石英、白雲石等一起共生於炙熱的礦脈中。深紅銀礦的晶體為柱狀或者三角面體，有時呈雙晶，晶體兩端不對稱，所以也會呈塊狀、緻密狀的集合體。深紅銀礦的顏色是暗櫻紅色，條痕呈絳紅色，具有金屬光澤。深紅銀礦主要產於墨西哥、玻利維亞、德國、美國等地的一些銀礦床中。 車輪礦主要分布於中低溫的熱液礦床中，但數量不多，而且常常出現在鉛鋅和多金屬礦床中，與晚期矽化階段有著緊密的聯繫。在低溫銻礦中，為早期分析出的礦物，在氧化帶中，則易分解為孔雀石、白鉛礦及氧化銻。車輪礦與方鉛礦、銀、黃銅礦、石英等物質共生，晶體為短柱狀或者板狀，常為雙晶，晶體表面有條紋，也以塊狀、粒狀、緻密狀的集合體出現；車輪礦的顏色從灰色到黑色，條痕呈灰色，具有金屬光澤，而且不透明。俄羅斯的烏拉爾、捷克的普爾西布藍、智利的華斯科愛爾多、英國康威爾的惠爾博愛斯等地是車輪礦的主要產地。 第六節 黝銅礦和砷黝銅礦 黝銅礦是一種銅和銻的硫化物礦物，常常產於礦脈中，與銅、銀、鉛和鋅等物質共生，黝銅礦的晶體為四面體，雙晶，晶面為三角形，也以塊狀、粒狀、緻密狀的集合體出現。黝銅礦的顏色從灰色到黑色，條痕的顏色從棕色到紅色，具有金屬光澤，而且不透明。某些變種的黝銅礦中含有銀，含量可達18%，因此這是提煉銀的重要原料，也令其成為價值很高的銀礦物。世界大多數多金屬礦床中都含有或多或少的黝銅礦。 砷黝銅礦主要產於銅、鉛、鋅、銀等硫化物的礦床中，而且與其他含銅礦物共生。砷黝銅礦的分布範圍雖然很廣泛，但比較少出現富集的情況；常見於各種成因的炙熱礦床和多種硫化物的共生組合中，主要分布於中溫熱液礦床中，與黃錫礦、黃銅礦、閃鋅礦、方鉛礦等物質共生。砷黝銅礦的晶體為四面體，雙晶，晶體表面為三角形，也以塊狀、粒狀、緻密狀的集合體出現；顏色呈深鋼灰色，條痕從棕色到紅色，具有金屬光澤，有些會異常明亮，不透明。砷黝銅礦可以用來提煉銅和砷，因此經濟價值很高，但數量非常少，僅僅在美國、俄羅斯等少數地區發現。