El mineral pirita ( / p aɪ r aɪ t / ), [1] o pirita de hierro , también conocido como el oro del tonto , es un sulfuro de hierro con la fórmula química Fe S 2 (hierro (II) disulfuro). La pirita es el mineral de sulfuro más abundante .
Pirita | |
---|---|
General | |
Categoría | Mineral de sulfuro |
Fórmula (unidad de repetición) | FeS 2 |
Clasificación de Strunz | 2.EB.05a |
Clasificación de Dana | 2.12.1.1 |
Sistema de cristal | Isometrico |
Clase de cristal | Diploidal (m 3 ) Símbolo HM : (2 / m 3 ) |
Grupo espacial | P a 3 |
Celda unitaria | a = 5,417 Å , Z = 4 |
Identificación | |
Masa de fórmula | 119,98 g / mol |
Color | Reflectante amarillo latón pálido; empaña más oscuro e iridiscente |
Hábito de cristal | Las caras cúbicas pueden ser estriadas, pero también frecuentemente octaédricas y piritoédricas. A menudo intercalados, masivos, radiados, granulares, globulares y estalactíticos. |
Hermanamiento | Penetración y hermanamiento de contactos |
Escote | Indistinto en {001}; despedidas en {011} y {111} |
Fractura | Muy desigual, a veces concoidal |
Tenacidad | Frágil |
Escala de Mohs de dureza | 6–6,5 |
Lustre | Metálico, reluciente |
Racha | Negro verdoso a negro pardusco |
Diafanidad | Opaco |
Gravedad específica | 4,95–5,10 |
Densidad | 4,8–5 g / cm 3 |
Fusibilidad | 2.5-3 a un glóbulo magnético |
Solubilidad | Insoluble en agua |
Otras características | paramagnético |
Referencias | [2] [3] [4] [5] |
El brillo metálico de la pirita y el tono amarillo pálido de latón le dan un parecido superficial con el oro , de ahí el conocido apodo de oro de los tontos . El color también ha dado lugar a los apodos latón , brazzle y Brasil , que se utilizan principalmente para referirse a la pirita que se encuentra en el carbón . [6] [7]
El nombre pirita se deriva del griego πυρίτης λίθος ( pyritēs lithos ), "piedra o mineral que enciende el fuego", [8] a su vez de πῦρ ( pyr ), "fuego". [9] En la época romana antigua, este nombre se aplicó a varios tipos de piedra que creaban chispas cuando se golpeaban contra el acero ; Plinio el Viejo describió a uno de ellos como descarado, casi con certeza una referencia a lo que ahora llamamos pirita. [10]
Por la época de Georgius Agricola , c. 1550 , el término se había convertido en un término genérico para todos los minerales de sulfuro . [11]
La pirita generalmente se encuentra asociada con otros sulfuros u óxidos en vetas de cuarzo , roca sedimentaria y roca metamórfica , así como en lechos de carbón y como mineral de reemplazo en fósiles , pero también se ha identificado en los escleritos de gasterópodos de patas escamosas . [12] A pesar de ser apodado el oro de los tontos, la pirita a veces se encuentra asociada con pequeñas cantidades de oro. Una proporción sustancial del oro es "oro invisible" incorporado a la pirita (ver depósito de oro tipo Carlin ). Se ha sugerido que la presencia tanto de oro como de arsénico es un caso de sustitución acoplada, pero a partir de 1997 el estado químico del oro seguía siendo controvertido. [13]
Usos
La pirita disfrutó de una breve popularidad en los siglos XVI y XVII como fuente de ignición en las primeras armas de fuego , sobre todo en la cerradura de rueda , donde se colocaba una muestra de pirita contra una lima circular para producir las chispas necesarias para disparar el arma. [14]
La pirita se usó con los picapiedra y una forma de yesca hecha de corteza fibrosa por el pueblo Kaurna , un pueblo aborigen australiano de Australia del Sur , como un método tradicional para iniciar incendios. [15]
La pirita se ha utilizado desde la época clásica para fabricar copperas ( sulfato ferroso ). La pirita de hierro se amontonó y se dejó envejecer (un ejemplo de una forma temprana de lixiviación en pilas ). La escorrentía ácida del montón se hirvió luego con hierro para producir sulfato de hierro. En el siglo XV, nuevos métodos de lixiviación comenzaron a reemplazar la quema de azufre como fuente de ácido sulfúrico . En el siglo XIX, se había convertido en el método dominante. [dieciséis]
La pirita sigue siendo de uso comercial para la producción de dióxido de azufre , para su uso en aplicaciones tales como la industria del papel y en la fabricación de ácido sulfúrico. La descomposición térmica de la pirita en FeS ( sulfuro de hierro (II) ) y azufre elemental comienza a 540 ° C (1,004 ° F); a alrededor de 700 ° C (1292 ° F), p S 2 es aproximadamente 1 atm . [17]
Un uso comercial más reciente de la pirita es como material de cátodo en las baterías de litio no recargables de la marca Energizer . [18]
La pirita es un material semiconductor con una banda prohibida de 0,95 eV . [19] La pirita pura es naturalmente de tipo n, tanto en forma de cristal como de película delgada, potencialmente debido a las vacantes de azufre en la estructura del cristal de pirita que actúan como n-dopantes. [20]
Durante los primeros años del siglo XX, la pirita se utilizó como detector de minerales en receptores de radio , y todavía es utilizada por los aficionados a la radio de cristal . Hasta que el tubo de vacío maduró, el detector de cristal fue la más sensible y fiable detector disponible-con considerable variación entre los tipos de minerales y muestras incluso individuales dentro de un tipo particular de mineral. Los detectores de pirita ocupaban un punto intermedio entre los detectores de galena y los pares de minerales perikon, más mecánicamente complicados . Los detectores de pirita pueden ser tan sensibles como los modernos detectores de diodos de germanio 1N34A . [21] [22]
La pirita se ha propuesto como un material abundante, no tóxico y económico en paneles solares fotovoltaicos de bajo costo . [23] Se utilizó sulfuro de hierro sintético con sulfuro de cobre para crear el material fotovoltaico. [24] Los esfuerzos más recientes están trabajando hacia células solares de película delgada hechas completamente de pirita. [20]
La pirita se utiliza para hacer joyas de marcasita . Las joyas de marcasita, hechas de pequeñas piezas facetadas de pirita, a menudo engastadas en plata, se conocían desde la antigüedad y eran populares en la época victoriana . [25] En el momento en que el término se volvió común en la fabricación de joyas, "marcasita" se refería a todos los sulfuros de hierro, incluida la pirita, y no al mineral ortorrómbico FeS 2 marcasita, que es de color más claro, quebradizo y químicamente inestable, por lo que no es adecuado. para la fabricación de joyas. Las joyas de marcasita en realidad no contienen el mineral marcasita. Los ejemplares de pirita, cuando aparece como cristales de buena calidad, se utilizan en decoración. También son muy populares en la recolección de minerales. Entre los yacimientos que ofrecen mejores ejemplares se encuentran las provincias de Soria y La Rioja (España). [26]
En términos de valor, China ($ 47 millones) constituye el mercado más grande de piritas de hierro sin tostar importadas en todo el mundo, representando el 65% de las importaciones mundiales. China también es el país de crecimiento más rápido en términos de importaciones de pirita de hierro sin tostar, con una tasa compuesta anual de + 27,8 por ciento entre 2007 y 2016. [27]
Investigar
En julio de 2020, los científicos informaron que habían observado una transformación inducida por voltaje de pirita normalmente diamagnética en un material ferromagnético , lo que puede conducir a aplicaciones en dispositivos como células solares o almacenamiento de datos magnéticos. [28] [29] Investigadores del Trinity College de Dublín, Irlanda, han demostrado que el FeS 2 se puede exfoliar en pocas capas al igual que otros materiales en capas bidimensionales como el grafeno mediante una simple ruta de exfoliación en fase líquida. Este es el primer estudio que demuestra la producción de plaquetas 2D no estratificadas a partir de FeS 2 a granel 3D . Además, han utilizado estas plaquetas 2D con un 20% de nanotubos de carbono de pared simple como material de ánodo en baterías de iones de litio, alcanzando una capacidad de 1000 mAh / g cercana a la capacidad teórica del FeS 2 . [30]
Estados de oxidación formales para pirita, marcasita y arsenopirita
Desde la perspectiva de la química inorgánica clásica , que asigna estados formales de oxidación a cada átomo, es probable que la pirita se describa mejor como Fe 2+ S 2 2− . Este formalismo reconoce que los átomos de azufre en la pirita se encuentran en pares con enlaces claros S – S. Estas unidades de persulfuro pueden considerarse derivadas del disulfuro de hidrógeno , H 2 S 2 . Por lo tanto, la pirita se llamaría más descriptivamente persulfuro de hierro, no disulfuro de hierro. Por el contrario, la molibdenita , Mo S 2 , presenta centros de sulfuro (S 2− ) aislados y el estado de oxidación del molibdeno es Mo 4+ . El mineral arsenopirita tiene la fórmula Fe As S. Mientras que la pirita tiene subunidades S 2 , la arsenopirita tiene unidades [AsS], derivadas formalmente de la desprotonación del arsenotiol (H 2 AsSH). El análisis de los estados de oxidación clásicos recomendaría la descripción de la arsenopirita como Fe 3+ [AsS] 3− . [31]
Cristalografía
Hierro-pirita FeS 2 representa el compuesto prototipo de la estructura cristalográfica de pirita. La estructura es simple cúbico y fue de las primeras estructuras cristalinas resueltas por difracción de rayos X . [32] Pertenece al grupo espacial cristalográfico Pa 3 y se denota mediante la notación Strukturbericht C2. En condiciones termodinámicas estándar, la constante de celosía de pirita de hierro estequiométrica FeS 2 asciende a 541,87 µm . [33] La celda unitaria se compone de una subrejilla cúbica centrada en la cara de Fe en la que el S
2los iones están incrustados. (Sin embargo, tenga en cuenta que los átomos de hierro en las caras no son equivalentes por traslación a los átomos de hierro en las esquinas). La estructura de pirita también se ve en otros compuestos MX 2 de metales de transición M y calcógenos X = O , S , Se y Te . También se sabe que ciertas dipnictidas con X representando P , As y Sb, etc., adoptan la estructura de pirita. [34]
Los átomos de Fe están unidos a seis átomos de S, dando un octaedro distorsionado. El material es un semiconductor . Los iones Fe generalmente se consideran un estado divalente de espín bajo (como lo muestra la espectroscopía de Mössbauer y XPS). El material en su conjunto se comporta como un paramagnet Van Vleck , a pesar de su baja divalencia de giro. [35]
Los centros de azufre ocurren en pares, descritos como S 2 2− . [36] La reducción de pirita con potasio da ditioferrato de potasio , KFeS 2 . Este material presenta iones férricos y centros de sulfuro (S 2- ) aislados .
Los átomos de S son tetraédricos y están unidos a tres centros de Fe y a otro átomo de S. La simetría del sitio en las posiciones Fe y S se explica por los grupos de simetría de puntos C 3 i y C 3 , respectivamente. El centro de inversión faltante en los sitios de la red S tiene consecuencias importantes para las propiedades cristalográficas y físicas de la pirita de hierro. Estas consecuencias se derivan del campo eléctrico cristalino activo en el sitio de la red de azufre, que provoca una polarización de los iones S en la red de pirita. [37] La polarización puede calcularse sobre la base de constantes de Madelung de orden superior y debe incluirse en el cálculo de la energía de la red mediante el uso de un ciclo de Born-Haber generalizado . Esto refleja el hecho de que el enlace covalente en el par de azufre no se explica adecuadamente por un tratamiento estrictamente iónico. [38]
La arsenopirita tiene una estructura relacionada con pares heteroatómicos As-S en lugar de pares SS. La marcasita también posee pares de aniones homoatómicos, pero la disposición de los aniones diatómicos y metálicos difiere de la de la pirita. A pesar de su nombre, la calcopirita ( CuFeS
2) no contiene pares de dianiones , sino aniones de sulfuro S 2− simples .
Hábito de cristal
La pirita generalmente forma cristales cuboides, que a veces se forman en estrecha asociación para formar masas en forma de frambuesa llamadas framboides . Sin embargo, en determinadas circunstancias, puede formar filamentos anastomosis o cristales en forma de T. [39] La pirita también puede tener formas casi iguales a las de un dodecaedro regular , conocido como piritoedro, y esto sugiere una explicación para los modelos geométricos artificiales encontrados en Europa ya en el siglo V a. C. [40] [ aclaración necesaria ]
Variedades
Cattierita ( Co S 2 ) y vaesita ( Ni S 2 ) son similares en su estructura y pertenecen también al grupo de pirita.
Bravoite es una variedad de pirita que contiene níquel-cobalto, con> 50% de sustitución de Ni 2+ por Fe 2+ dentro de la pirita. La bravoita no es un mineral reconocido formalmente y lleva el nombre del científico peruano José J. Bravo (1874-1928). [41]
Distinguir minerales similares
La pirita se distingue del oro nativo por su dureza, fragilidad y forma cristalina. El oro natural tiende a ser anédrico (de forma irregular), mientras que la pirita se presenta en forma de cubos o cristales multifacéticos. La pirita a menudo se puede distinguir por las estrías que, en muchos casos, se pueden ver en su superficie. La calcopirita es de color amarillo más brillante con un tono verdoso cuando está húmeda y es más suave (3,5–4 en la escala de Mohs). [42] La arsenopirita es de color blanco plateado y no se vuelve más amarilla cuando está húmeda.
Peligros
La pirita de hierro es inestable en la superficie de la Tierra: la pirita de hierro expuesta al oxígeno atmosférico y el agua se descompone en óxidos de hierro y sulfato . Este proceso se acelera por la acción de la bacteria Acidithiobacillus que oxida la pirita para producir hierro ferroso, sulfato y protones ( H+
). Estas reacciones ocurren más rápidamente cuando la pirita se dispersa finamente (cristales framboidales inicialmente formados por bacterias reductoras de sulfato (SRB) en sedimentos arcillosos o polvo de operaciones mineras).
Oxidación de pirita y drenaje ácido de minas.
El sulfato liberado de la pirita en descomposición se combina con el agua, produciendo ácido sulfúrico , lo que conduce al drenaje ácido de la mina . Un ejemplo de drenaje ácido de roca causado por pirita es el derrame de aguas residuales de la mina Gold King de 2015 .
- . [43]
Explosiones de polvo
La oxidación de la pirita es lo suficientemente exotérmica como para que las minas de carbón subterráneas en vetas de carbón con alto contenido de azufre ocasionalmente hayan tenido serios problemas de combustión espontánea . [44] La solución es el uso de granallado amortiguador y el uso de varios agentes de sellado o revestimiento para sellar herméticamente las áreas minadas para excluir el oxígeno. [45]
En las minas de carbón modernas, el polvo de piedra caliza se rocía sobre las superficies expuestas del carbón para reducir el riesgo de explosiones de polvo . Esto tiene el beneficio secundario de neutralizar el ácido liberado por la oxidación de la pirita y, por lo tanto, ralentizar el ciclo de oxidación descrito anteriormente, reduciendo así la probabilidad de combustión espontánea. Sin embargo, a largo plazo, la oxidación continúa y los sulfatos hidratados formados pueden ejercer una presión de cristalización que puede expandir las grietas en la roca y conducir eventualmente a la caída del techo . [46]
Materiales de construcción debilitados
La piedra de construcción que contiene pirita tiende a teñirse de marrón a medida que la pirita se oxida. Este problema parece ser significativamente peor si hay marcasita . [47] La presencia de pirita en el agregado utilizado para hacer hormigón puede provocar un deterioro severo a medida que la pirita se oxida. [48] A principios de 2009, los problemas con los paneles de yeso chinos importados a los Estados Unidos después del huracán Katrina se atribuyeron a la oxidación de la pirita, seguida de la reducción del sulfato microbiano que liberó gas sulfuro de hidrógeno. Estos problemas incluían un mal olor y corrosión del cableado de cobre. [49] En los Estados Unidos, Canadá, [50] y más recientemente en Irlanda, [51] [52] [53], donde se utilizó como relleno de suelo radiante, la contaminación por pirita ha causado importantes daños estructurales. Las pruebas normalizadas para materiales agregados [54] certifican que dichos materiales están libres de pirita.
Ocurrencia
La pirita es el mineral de sulfuro más común y está muy extendida en rocas ígneas, metamórficas y sedimentarias. Es un mineral accesorio común en rocas ígneas, donde también se presenta ocasionalmente como masas más grandes que surgen de una fase de sulfuro inmiscible en el magma original. Se encuentra en rocas metamórficas como producto del metamorfismo de contacto . También se forma como un mineral hidrotermal de alta temperatura , aunque ocasionalmente se forma a temperaturas más bajas. [2]
La pirita se presenta como mineral primario, presente en los sedimentos originales, y como mineral secundario, depositado durante la diagénesis . [2] La pirita y la marcasita ocurren comúnmente como pseudomorfos de reemplazo después de fósiles en lutitas negras y otras rocas sedimentarias formadas bajo condiciones ambientales reductoras . [55] La pirita es común como mineral accesorio en el esquisto, donde se forma por precipitación de agua de mar anóxica, y los lechos de carbón a menudo contienen pirita significativa. [56]
Se encuentran depósitos notables como masas lenticulares en Virginia, EE. UU., Y en cantidades más pequeñas en muchos otros lugares. Se extraen grandes depósitos en Rio Tinto en España y en otras partes de la Península Ibérica.
Imagenes
Como mineral de reemplazo en una amonita de Francia.
Pirita de Ampliación a Victoria, Navajún, La Rioja, España
Pirita de la mina Sweet Home, con cubos dorados estriados intercalados con tetraedrita menor, sobre un lecho de agujas de cuarzo transparentes
Forma radiante de pirita
Paraspirifer bownockeri en pirita
Fluorita rosa encaramada entre pirita por un lado y galena metálica por el otro.
Imagen SEM del intercrecimiento de cristales cuboctaédricos de pirita (amarillo) y pirrotita (amarillo rosado)
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Otras lecturas
- American Geological Institute, 2003, Dictionary of Mining, Mineral, and Related Terms , 2nd ed., Springer, Nueva York, ISBN 978-3-540-01271-9 .
- David Rickard, Pyrite: A Natural History of Fool's Gold , Oxford, Nueva York, 2015, ISBN 978-0-19-020367-2 .
enlaces externos
- Artículo educativo sobre los famosos cristales de pirita de la mina Navajun
- Cómo se forman y cambian los minerales "Oxidación de pirita en condiciones ambientales".
- Poliakoff, Martyn (2009). "Oro de los tontos" . La tabla periódica de videos . Universidad de Nottingham .