Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат на тему:

Сульфиды железа (FeS, FeS₂) и кальция (CaS)

Выполнил Иванов И.И.

Оглавление

• Введение
• Свойства
• Происхождение (генезис)
• Сульфиды в природе
• Пирит
• Свойства
• Происхождение (генезис)
• Распространение
• Применение
• Пирротин
• Свойства
• Происхождение (генезис)
• Применение
• Марказит
• Свойства
• Происхождение (генезис)
• Месторождения
• Применение
• Ольдгамит
• Получение
• Физические свойства
• Химические свойства
• Применение
• Химическое выветривание
• Термический анализ
• Термогравиметрия
• Дериватография
• Дериватографический анализ пирита

Сульфиды

Сульфиды -- природные сернистые соединения металлов и некоторых неметаллов. В химическом отношении рассматриваются как соли сероводородной кислоты H₂S. Ряд элементов образует с серой полисульфиды, являющиеся солями полисернистой кислоты H₂S_x. Главнейшие элементы, образующие сульфиды -- Fe, Zn, Cu, Mo, Ag, Hg, Pb, Bi, Ni, Co, Mn, V, Ga, Ge, As, Sb.

Свойства

Кристаллическая структура сульфидов обусловлена плотнейшей кубической и гексагональной упаковкой ионов S^2-, между которыми располагаются ионы металлов. основные структуры представлены координационными (галенит, сфалерит), островными (пирит), цепочечными (антимонит) и слоистыми (молибденит) типами.

Характерны следующие общие физические свойства: металлический блеск, высокая и средняя отражающая способность, сравнительно низкая твёрдость и большой удельный вес.

Происхождение (генезис)

Сульфиды в природе

В природных условиях сера встречается в двух валентных состояниях аниона S², образующего сульфиды S^2-, и катиона S⁶⁺, который входит в сульфатный радикал S0₄.

Вследствие этого миграция серы в земной коре определяется степенью её окисленности: восстановительная среда способствует образованию сульфидных минералов, окислительные условия -- возникновению сульфатных минералов. Нейтральные атомы самородной серы представляют переходное звено между двумя типами соединений, зависящими от степени окисления или восстановления.

Пирит

Пирит - минерал, дисульфид железа FeS₂, самый распространенный в земной коре сульфид. Другие названия минерала и его разновидностей: кошачье золото, золото дурака, железный колчедан, марказит, бравоит. Содержание серы обычно близко к теоретическому (54,3%). Часто присутствуют примеси Ni, Со (непрерывный изоморфный ряд с CoS; обычно кобальт-пирит содержит от десятых долей % до нескольких % Со), Cu (от десятых долей % до 10%), Au (чаще в виде мельчайших включений самородного золота), As (до нескольких %), Se, Tl (~ 10-2 %) и др.

Свойства

Твердость по минералогической шкале 6 - 6,5, плотность 4900-5200 кг/м3. На поверхности Земли пирит неустойчив, легко окисляется кислородом воздуха и грунтовыми водами, переходя в гетит или лимонит. Блеск сильный, металлический.

Происхождение (генезис)

Распространение

Применение

Пирротин

Свойства

Пирротин огненно-красный или тёмно-оранжевый цвет, магнитный колчедан, минерал из класса сульфидов состава Fe_1-xS. В виде примеси входят Ni, Со. Кристаллическая структура имеет плотнейшую гексагональную упаковку из атомов S.

Структура дефектна, т.к. не все октаэдрические пустоты заняты Fe, в силу чего часть Fe²⁺ перешла в Fe³⁺. Структурный дефицит Fe в пирротине различен: даёт составы от Fe_0,875S (Fe₇S₈) до FeS (стехиометрический состав FeS -- троилит). В зависимости от дефицита Fe меняются параметры и симметрия кристаллической ячейки, и при x~0,11 и ниже (до 0,2) пиротин из гексагональной модификации переходит в моноклинную. Цвет пирротина бронзово-жёлтый с бурой побежалостью; блеск металлический. В природе обычны сплошные массы, зернистые выделения, состоящие из прорастаний обеих модификаций.

Твёрдость по минералогической шкале 3,5--4,5; плотность 4580--4700 кг/м3. Магнитные свойства меняются в зависимости от состава: гексагональные (бедные S) пирротины -- парамагнитны, моноклинные (богатые S) -- ферромагнитны. Отдельные минералы пиротина обладают особой магнитной анизотропией -- парамагнетизмом в одном направлении и ферромагнетизмом в другом, перпендикулярном первому.

Происхождение (генезис)

Пирротин образуется из горячих растворов при понижении концентрации диссоциированных ионов S^2-.

Имеет широкое распространение в гипогенных месторождениях медно-никелевых руд, связанных с ультраосновными породами; также в контактно-метасоматических месторождениях и гидротермальных телах с медно-полиметаллическим, сульфидно-касситеритовым и др. оруденением. В зоне окисления переходит в пирит, марказит и бурые железняки.

Применение

Играет важную роль в производстве железного купороса и крокуса; как руда для получения железа менее значима чем пирит. Используется в химической промышленности (производство серной кислоты). В пирротине обычно содержатся примеси различных металлов (никель, медь, кобальт и др.), что делает его интересным сточки зрения промышленного применения. Во-первых, этот минерал является важной железной рудой. А во-вторых, некоторые его разновидности используются в качестве руды никеля.. Ценится коллекционерами.

Марказит

Марказит, как и пирит, является сульфидом железа - FeS2, но отличается от него внутренним кристаллическим строением, большей хрупкостью и меньшей твёрдостью. Кристаллизуется в ромбической сингонии. Марказит непрозрачен, имеет латунно-жёлтый цвет, часто с зеленоватым или сероватым оттенком, встречается в виде таблитчатых, игольчатых и копьевидных кристаллов, которые могут образовывать красивые звёздообразные радиально-лучистые сростки; в виде шаровых конкреций (величиной от размеров ореха до размеров головы), иногда натёчных, почковидных и гроздевидных образований, корочек. Часто замещает органические останки, например, раковины аммонитов.

Свойства

Происхождение (генезис)

В природе марказит встречается гораздо реже, чем пирит. Наблюдается в гидротермальных, преимущественно жильных месторождениях, чаще всего в виде друз мелких кристаллов в пустотах, в виде присыпок на кварце и кальците, в виде корок и натёчных форм. В осадочных породах, в основном угленосных, песчаноглинистых отложениях, марказит встречается преимущественно в виде конкреций, псевдоморфоз по органическим останкам, а также тонкодисперсного сажистого вещества. По макроскопическим признакам марказит часто принимают за пирит. Кроме пирита в ассоциации с марказитом обычно находятся сфалерит, галенит, халькопирит, кварц, кальцит и другие.

Месторождения

Из гидротермальных сульфидных месторождений можно отметить Блявинское в Оренбургской области на Южном Урале. К числу осадочных относятся Боровичекие угленосные отложения песчаных глин (Новгородская область), содержащие различной формы конкреции. По разнообразию форм славятся также Курьи-Каменские и Троицко-Байновские месторождения глинистых отложений на восточном склоне Среднего Урала (к востоку от Свердловска). Следует отметить месторождения в Боливии, а также Клаусталь и Фрейберг (Вестфалия, Северный Рейн, Германия), где встречаются хорошо образованные кристаллы. В виде конкреций или особенно красивых, радиально-лучистых плоских линз в некогда илистых осадочных породах (глинах, мергелях и бурых углях) залежи марказита найдены в Богемии (Чехия), Парижском бассейне (Франция) и Штирии (Австрия, образцы до 7 см). Марказит разрабатывается в Фолькстоуне, Довере и Тевистоке в Великобритании, во Франции, в США отличные образцы получены из Джоплина и других мест горнодобывающего региона ТриСтейт (штатов Миссури, Оклахома и Канзас).

Применение

Ольдгамит

Кальция сульфид, сернистый кальций, CaS - бесцветные кристаллы, плотность 2,58 г/см3, температура плавления 2000 °С.

Получение

Белые кристаллы, кубическая гранецентрированная решётка типа NaCl (a=0.6008 нм). При плавлении разлагается. В кристалле каждый ион S^2- окружен октаэдром, состоящим из шести ионов Са²⁺, в то время как каждый ион Са²⁺ окружен шестью S^2- ионами.

Малорастворим в холодной воде, кристаллогидратов не образует. Как и многие другие сульфиды, сульфид кальция в присутствии воды подвергается гидролизу и имеет запах сероводорода.

Химические свойства

4FeS + 7O₂ > 2Fe₂O₃ + 4SO₂

Реакции, протекающей при обжиге дисульфида железа в кислороде:

4FeS₂ + 11O₂ > 2Fe₂O₃ + 8SO₂

При окислении пирита в стандартных условиях образуется серная кислота:

2FeS₂+7O₂+H₂O>2FeSO₄+H₂SO₄

При попадании сульфида кальция в топку могут происходить следующие реакции:

2CaS + 3O₂ > 2CaO + 2SO₂

CaO + SO₂ + 0,5O₂ > CaSO₄

с образованием в качестве конечного продукта сульфата кальция.

При взаимодействии сульфида кальция с углекислым газом и водой образуется карбонат кальция и сероводород:

CaS + CO₂ + H₂O > CaCO₃ + H₂S

Термический анализ

Метод исследования физико-химических и химических превращений, происходящих в минералах и горных породах в условиях заданного изменения температуры. Термический анализ позволяет идентифицировать отдельные минералы и определять их количественное содержание в смеси, исследовать механизм и скорость протекающих в веществе изменений: фазовые переходы или химические реакции дегидратации, диссоциации, окисления, восстановления. С помощью термического анализа регистрируется наличие процесса, его тепловой (эндо- или экзотермичность) характер и температурный интервал, в котором он протекает. С помощью термического анализа решается широкий круг геологических, минералогических, технологических задач. Наиболее эффективно использование термического анализа для изучения минералов, испытывающих фазовые превращения при нагревании и содержащих H₂O, CO₂ и другие летучие компоненты либо участвующих в окислительно-восстановительных реакциях (оксиды, гидроксиды, сульфиды, карбонаты, галогениды, природные углеродистые вещества, метамиктные минералы и др.).

Метод термического анализа объединяет ряд экспериментальных методов: метод температурных кривых нагревания или охлаждения (термический анализ в первоначальном понимании), производный термический анализ (ПТА), дифференциальный термический анализ (ДТА). Наиболее распространён и точен ДТА, при котором изменяется температура среды по заданной программе в контролируемой атмосфере и регистрируется разность температур между исследуемым минералом и веществом сравнения как функция времени (скорость нагревания) или температуры. Результаты измерения изображают кривой ДТА, откладывая по оси ординат разность температур, по оси абсцисс - время или температуру. Метод ДТА часто объединяют с термогравиметрией, дифференциальной термогравиметрией, термодилатометрией, термохроматографией.

Термогравиметрия

Метод термического анализа, основанный на непрерывной регистрации изменения массы (взвешивании) образца в зависимости от его температуры в условиях программированного изменения температуры среды. Программы изменения температуры могут быть различны. Наиболее традиционным является нагревание образца с постоянной скоростью. Однако нередко используются методы в которых температура поддерживается постоянной (изотермические) или меняется в зависимости от скорости разложения образца (например метод постоянной скорости разложения).

Наиболее часто термогравиметрический метод используется при изучении реакций разложения или взаимодействия образца с газами, находящимися в печи прибора. Поэтому современный термогравиметрический анализ всегда включает в себя строгий контроль атмосферы образца с использованием встроенной в анализатор системы продува печи (контролируются как состав так и расход продувочного газа).

Метод термогравиметрии представляет собой один из немногих абсолютных (т.е. не требующих предварительной калибровки) методов анализа, что делает его одним из наиболее точных методов (наряду с классическим весовым анализом).

Дериватография

Комплексный метод исследования химических и физико-химических процессов, происходящих в образце в условиях программированного изменения температуры. Основан на сочетании дифференциального термического анализа (ДТА) с термогравиметрией. Во всех случаях наряду с превращениями в веществе, происходящими с тепловым эффектом, регистрируют изменение массы образца (жидкого или твердого). Это позволяет сразу однозначно определить характер процессов в веществе, что невозможно сделать по данным только ДТА или другого термического метода. В частности, показателем фазового превращения служит тепловой эффект, не сопровождающийся изменением массы образца. Прибор, регистрирующий одновременно термические и термогравиметрические изменения, называют дериватографом.

Объектами исследования могут быть сплавы, минералы, керамика, древесина, полимерные и другие материалы. Дериватография широко используется для изучения фазовых превращений, термического разложения, окисления, горения, внутримолекулярных перегруппировок и других процессов. По дериватографическим данным можно определять кинетические параметры дегидратации и диссоциации, изучать механизмы реакций. Дериватография позволяет исследовать поведение материалов в различной атмосфере, определять состав смесей, анализировать примеси в веществе и проч. сульфид пирит ольдгамит минерал

Использующиеся в дериватографии программы изменения температуры могут быть различны, однако при составлении таких программ необходимо учитывать, что скорость изменения температуры влияет на чувствительность установки по тепловым эффектам. Наиболее традиционным является нагревание образца с постоянной скоростью. Кроме того могут использоваться методы в которых температура поддерживается постоянной (изотермические) или меняется в зависимости от скорости разложения образца (например метод постоянной скорости разложения).

Наиболее часто дериваетография (как и термогравиметрия) используется при изучении реакций разложения или взаимодействия образца с газами, находящимися в печи прибора. Поэтому современный дериватограф всегда включает в себя строгий контроль атмосферы образца с использованием встроенной в анализатор системы продува печи (контролируются как состав, так и расход продувочного газа).

Дериватографический анализ пирита

5-секундная активация пирита приводит к заметному увеличению площади экзотермы, уменьшению температурного интервала окисления и большей потере массы при нагревании. Увеличение времени обработки в печи до 30 с вызывает более сильные превращения пирита. Конфигурация ДТА- и направление ТГ-кривых заметно изменяются, температурные интервалы окисления продолжают уменьшаться. На дифференциальной кривой нагревания появляется излом, соответствующий температуре 345^єС, что связано с окислением сульфатов железа и элементарной серы, являющихся продуктами окисления минерала. Вид ДТА- и ТГ-кривых пробы минерала, обработанной в течение 5 мин в печи, значительно отличается от предыдущих. Новый четко выраженный экзотермический эффект на дифференциальной кривой нагревания с температурой в примерно 305^єС следует отнести к окислению новообразований в интервале температур 255 - 350^єС. То, что фракция, полученная в результате 5-минутной активации, представляет собой смесь фаз.

Размещено на Allbest.ru