輝銅礦(Chalcocite)是一種含銅礦物,大部分是次生礦物,主要化學成分為Cu2S,常與石英、方解石等礦物共存,新鮮面呈暗鉛灰色,氧化后表面呈黑色或色,具金屬光澤,莫氏硬度為2.5-3.0,比重為5.5-5.8g/cm3,具延展性,以小刀刻畫留下光亮的刻痕,是電的良導體。其常見正交晶系、六方晶系和立方晶系3種同質多象變體,單晶體少見,晶形呈假六方形的短柱狀或厚板狀。
輝銅礦形成原因主要分為內生成因和表生成因,內生成因型輝銅礦主要產于富銅貧硫的晚期熱液銅礦床中,表生成因型的輝銅礦則主要產于含銅硫化物礦床的次生富集帶。輝銅礦通常呈致密塊狀或粉末狀集合體,主要分布在美國阿拉斯加州的肯納科特、內華達州的伊利股份、亞利桑那州的莫倫西以及納米比亞的楚梅布等地,英國、意大利、西班牙和中國等地均有分布。
輝銅礦含銅量高達到79.86%,是提煉銅的主要礦物原料;還可用來制備銅化合物,用于制造有機合成催化劑、陶瓷釉料等。
主要特性
物理特性
輝銅礦常見致密塊狀、粉末狀。新鮮面呈暗鉛灰色,氧化后表面呈黑色或錆色,不發光,反射色為灰白色微帶藍色調,與方鉛礦連生時呈現明顯的淡藍色,與黃銅礦連生時則呈現藍灰色。表面有時出現翠綠色或天藍色小斑,具金屬光澤(風化面常有一層無光被膜),不透明。粒度0.005~0.05mm,莫氏硬度為2.5-3.0,比重為5.5-5.8g/cm3,解理:不清楚,斷口為貝殼狀,質脆易粉碎。具延展性,小刀電動車刻劃時不成粉末而留下光亮刻痕。條痕為暗黑色,是電的良導體。非均質性弱,顯微鏡下呈綠色至淺粉紅色偏光色。反射率R:22.5(綠色)、16(橙色)、15(紅色)。
化學特性
輝銅礦的主要化學成分為Cu2S。此外,還含有Ag、Fe、Co、Ni、Au等元素。輝銅礦在氧化帶不穩定可轉變為銅的氧化物和碳酸根,如分解為赤銅礦、銅藍、孔雀石和藍銅礦;氧化不完全時則形成自然銅,反應式如下:
若遇到SiO2的水膠溶體作用則形成硅孔雀石,反應式如下:
可以用熱的堿性氰化鈉溶液浸出輝銅礦中的銅,其在45℃時0.1%的化鈉溶液中溶解度為100%,能與氰化鈉反應生成銅氰配位化合物鹽,輝銅礦與氰化鈉的反應方程式如下:
晶體結構
輝銅礦晶體結構中一個晶胞有96個銅原子,主要呈三角配位體結構。共有24個晶體學上單獨的銅原子,其中8個位于硫層中,占三角配位的2/3位置。剩余銅原子都位于層間,雖然大多都處于無序態,但基本都在三角配位體中,近似一個被銅原子和硫原子緊緊擠滿的六邊形結構。輝銅礦有多種配位數,從三配位到六配位,銅原子和硫原子結合時,三配位、四配位的銅原子和六配位的硫原子結合。
輝銅礦具有高溫和低溫變體,常見3種同質多象變體:低于103℃時穩定的為正交晶系變體;在103~420℃范圍內穩定的為六方晶系變體;大于420℃時穩定的為立方晶系變體。單晶體少見,晶形呈假六方形的短柱狀或厚板狀。
低溫變體為斜方晶系,空間群-Abm2。晶胞參數:a0=0.1192nm,b0=0.2733nm,C0=0.1344nm,Z=2。主要玫瑰晶譜線:1.88(1)、1.9746(0.7)、2.403(0.7),結構類似于螺狀硫銀礦。
高溫六方晶系變體中,單胞分子式為Cu96S48。硫按六方最緊密堆積,銅離子有兩種情況:CuⅠ靠近八面體空隙三角形底邊的中心,CuⅡ位于四面體空隙中。
高溫立方晶系變體的輝銅礦具反熒石型結構。硫化物按立方最緊密堆積,所有四面體空隙被銅離子所占據。有Cu+代替Cu2+,使結構出現缺席構造,成為Cu2-xS,(x=0.1~0.2),具有反螢石型結構,稱為藍輝銅礦。
輝銅礦是由其他礦物蝕變而形成的次生礦物,因此可形成許多不同礦物的假晶。假晶是一種礦物,它已經用原子取代了另一種礦物,但它保留了原始礦物的晶體形狀。已知輝銅礦可形成斑銅礦、鈷銅礦、黃銅礦、黃鐵礦、硫鋁礦、方鉛礦和閃鋅礦的假晶。即礦物是輝銅礦,但形狀是另一種晶體(例如藍銅礦)的形狀。
礦物的構造
輝銅礦具有塊狀構造、浸染狀構造、暈狀構造、脈狀構造、竹葉狀構造和斑雜狀構造等。輝銅礦常呈塊狀構造分布于礦石中;輝銅礦呈浸染狀構造時,會以不規則粒狀分散在碎屑粒間,其礦物形態及大小受碎屑孔隙控制,而當散點狀礦物密集在一起時,會形成斑點狀構造;輝銅礦呈暈狀結構時,會呈散點狀聚集在中心呈核狀;輝銅礦還呈脈狀分布于砂頁巖中,礦化脈沿成巖期礦體分布,并受地層控制,且大部位切穿層理,連續性差,靠脈壁為石英、方解石,中間為銅硫化物;當礦化不均勻時,輝銅礦集合體的形態則會呈竹葉狀、斑雜狀分布于灰綠色泥巖和粉砂巖中。
形成原因
輝銅礦是熱液礦脈以及銅礦床氧化帶的常見礦物,因此有原生輝銅礦,也有次生輝銅礦。
內生成因
內生成因輝銅礦主要產于富銅貧硫的晚期熱液銅礦床中,常與斑銅礦、黃鐵礦、黃銅礦、石英、方解石等礦物一起共生。產量較少。
表生成因
表生成因輝銅礦主要產于含銅硫化物礦床的次生富集帶。系地表原生的銅礦物氧化后生成了CuSO4溶液,經氧化帶滲濾的硫酸銅溶液與原生硫化物(二硫化鐵、斑銅礦、黃銅礦等)進行交代作用的產物,產出較多,反應式如下:
分布與產地
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,法國的阿利埃省、科西嘉省、阿里埃日省、塔爾納省、盧瓦爾省和羅納省以及納米比亞的楚梅布等地,英國、意大利、西班牙、中國、澳大利亞、剛果和哈薩克斯坦等地均有分布,但只有少數礦區會出產美麗的輝銅礦晶體,如美國的巴特和布里斯托爾、英國的康沃爾、納米比亞的楚梅布、剛果的科盧韋齊和哈薩克斯坦。特爾費爾(Telfer)金銅礦于1977年開始運營,該礦以生產澳大利亞最好的輝銅礦晶體而聞名。其中十字形孿晶、穿透晶體和帶有態射端的細長棱柱形晶體都很常見。
名稱來源
1832年,法國地質學家弗朗索瓦·蘇爾皮斯·伯當(Fran?ois Sulpice Beudant)將希臘語“chalkos”命名為“chalcosine”,意為“銅”。這種礦物以前有過各種各樣的名稱。直到1868年,美國礦物學家詹姆斯·丹納(James Dwight Dana)和喬治·J. 布魯什(George J. Brush)將這種材料重新命名為“輝銅礦”。而“輝”字則是來源于其所具有的金屬光澤,顏色不像其它含銅礦物那么漂亮,而是呈不同程度的鉛灰色或灰色。
應用領域
本草綱目中曾記載輝銅礦等硫化物類礦物有解毒,收斂的作用,可用于腫、惡瘡,驢馬背瘡,臭腋的治療。除此之外,輝銅礦是含銅量較高的硫化銅礦物,是提煉銅的主要礦物原料;還可用來制備銅化合物,用于制造有機合成催化劑、陶瓷釉料等。另外,輝銅礦還可以作為收藏品,在1990年代后期,紐克雷斯特礦業(Newcrest Mining)將收集的數百個單晶和晶團標本大部分捐贈給了澳大利亞的博物館和一些大學地質系。
選礦
輝銅礦是含銅量較高的硫化銅礦物,可用浮選法進行選礦,原理是根據礦物原料顆粒表面對水的潤濕性(疏水性或親水性)差異來選礦,還可加入捕收劑、調整劑和起泡劑等增加礦物疏水性使之易于分離,輝銅礦可浮性好,在酸性介質中和堿性介質中均易浮游,用黃藥、黑藥、白藥和胺作捕收劑時易浮,能得到品位很高的銅精礦;而硫代硫酸鈉,亞硫酸鈉,鐵氰化鉀,亞鐵氰化鉀等是輝銅礦浮游的最強抑制劑。當浮選情況不好時,可加一些硫酸。有黃鐵礦存在時,加生石灰和氰化物即可抑制下去。當輝銅礦的原礦品位低且對精礦質量要求高時,還需要進行5次以上的精選。
鑒定
可從顏色、硬度、易熔和易污手等特性中對輝銅礦加以鑒定,以其暗鉛灰色、硬度小和弱延展性區別于其他含銅硫化物,用小刀刻劃時有潤滑感但不會碎成粉末,而是留下一條光亮的刻痕。輝銅礦易污手且易熔,輝銅礦蘸取鹽酸后用火焰灼燒,火焰呈天藍色,并釋放出二氧化硫氣體。將輝銅礦溶于HNO3中,溶液呈綠色,并將小刀電動車置于該溶液中,刀身上會鍍上一層金屬銅膜。
環境影響
輝銅礦在具有開采利用價值的同時對環境也產生了一些負面影響,輝銅礦形成的過程中生成了硫酸亞鐵和硫酸,混入地下水后會形成具有強腐蝕性的溶液,然后參與到水和大氣的循環中,嚴重污染土壤、河流,進而對生態環境造成破壞。
參考資料 >
The conductivity of chalcocite, the richest copper sulphide.Taylor & Francis Group.2024-03-12
Mineral Database-Chalcocite.MINERALOGY OF WALES.2024-03-12
[美礦館] 輝銅礦(chalcocite).中國有色網.2024-04-20
Chalcocite.national gem lab.2024-03-12
Chalcocite.museum.2024-03-21
Chalcocite.mindat.org.2024-03-12
“輝”同尋?!x銅礦.石林喀斯特地質科研博物館.2024-03-17
走近銅礦資源.微信公眾平臺.2024-03-21