5. Группа халькопирита

В этой группе опишем сложные сульфиды Cu, Fe и Sn - халькопирит и стаинин,-кристаллизующиеся в тетрагональной сингонии. По кристаллической структуре они близки к сфалериту,но по физическим свойствам сильно отличаются от него. В сфалерите они иногда встречаются в виде мельчайших включений как продукты распада ограниченного твердого раствора, что может быть объяснено именно близостью кристаллических решеток, особенно при высоких температурах. Сфалерит, в свою очередь, в виде продуктов распада твердых растворов наблюдается также в станнине.

Здесь же опишем еще один сложный сульфид меди и железа - борнит, по ряду свойств близкий к халькопириту, с которым он способен образовывать широкие изоморфные смеси, распадающиеся при охлаждении, а также кубанит.

Халькопирит-CuFeS₂. "Халькос" по-гречески-медь, "пирос" - огонь. Синоним: медный колчедан.

Химический состав. Сu 34,57% ,Fe 30,54% , S 34,9%. Данные химических анализов обычно очень близки к этим цифрам. В качестве примесей в ничтожных количествах иногда присутствуют Ag, Au и др.

Рис. 103. Кристаллическая решетка халькопирита. А - расположение центров атомов меди, железа и серы; Б - та же решетка, изображенная в виде тетраэдров

Сингония тетрагональная; тетрагонально-скаленоэдрический в. с. L₄²2L²2P. Кристаллическая структура характеризуется сравнительно простой тетрагональной решеткой (рис. 103), близкой к кубической сингонии.

Элементарная ячейка халькопирита состоит как бы из удвоенной по высоте ячейки типа сфалерита (ср. с рис. 94). Так же как и в сфалерите, каждый ион серы окружен четырьмя металлическими ионами в углах тетраэдра - меди и железа, располагающимися в каждом листе в определенном порядке. В первом и пятом катионных листах, т. е. на верхней и нижней гранях тетрагональной призмы (рис. 103-А) по углам квадрата располагаются ионы Fe, а в середине - Сu. В третьем листе (в середине призмы) наоборот, по углам квадрата ионы Сu, а в середине его - Fe. Во втором и четвертом листах два иона Сu перекрещиваются с двумя ионами Fe, причем под катионами Сu второго листа располагаются катионы Fe и наоборот. Все тетраэдрические группировки ориентированы одинаково, чем и обусловливается гемиэдрия кристаллов. В отличие от сфалерита, халькопирит обладает непрозрачностью, явным металлическим блеском и отсутствием совершенной спайности.

Рис 104 Тетраэдрический кристалл и двойник халькопирита р {111}, z{011}, с{001}

Облик кристаллов. Кристаллы редки и встречаются только в друзовых пустотах. Чаще всего они имеют октаэдрический с комбинациями {111} и {111} или тетраэдрический облик (рис. 104), реже - скаленоэдрический и др. Грани основного тетраэдра матовые или покрыты штрихами, а отрицательного - гладкие. Двойники часты по (111), реже (101) и другим законам. Агрегаты. Обычно встречается в сплошных массах и в виде неправильной формы вкрапленных зерен. Известны также колломорфные образования в почковидных и гроздевидных формах.

Цвет халькопирита латунно-желтый, часто с темножелтой или пестрой побежалостью. Черта черная с зеленоватым оттенком. Непрозрачен. Блеск: сильный металлический.

Твердость 3-4. Довольно хрупок. Спайность несовершенная по {201'}. Уд. вес 4,1-4,3.

Диагностические признаки. Довольно легко узнается по характерному цвету, твердости, резко отличающейся от пирита, который в изломе часто бывает покрыт побежалостью, похожей на цвет халькопирита. Миллерит в неправильной формы зернах бывает похож на халькопирит, но обладает более сильным блеском и богат никелем.

П. п. тр., растрескиваясь, сплавляется в магнитный шарик. С содой на угле дает королек меди. В закрытой трубке обнаруживает возгон серы.

В HNO₃ постепенно разлагается с выделением серы.

Происхождение. В природе халькопирит может образоваться в различных условиях.

Как спутник пирротина он часто встречается в магматогенных месторождениях медно-никелевых сульфидных руд в основных изверженных породах в ассоциации с пентландитом, магнетитом, иногда кубанитом и др.

Наиболее широко развит в типичных гидротермальных жильных и метасоматических (в том числе и контактово-метасоматических) месторождениях. Он обычно ассоциирует с пиритом, пирротином, сфалеритом, галенитом, блеклыми рудами и многими другими минералами. Из нерудных минералов в этих месторождениях встречаются кварц, кальцит, барит, различные по составу силикаты и др.

При экзогенных процессах халькопирит образуется очень редко среди осадочных пород в условиях сероводородного брожения при разложении органических остатков и притоке меденосных растворов. Наблюдались явления замещения им древесины и организмов (наряду с халькозином и марказитом).

В процессе выветривания халькопирит, разрушаясь химически, дает сульфаты меди и железа. Растворимый сульфат меди при взаимодействии с СO₂ или с карбонатами в присутствии кислорода и воды образует малахит и азурит, с гидрозолями SiO₂ - хризоколлу; при взаимодействии с различными кислотами, образующимися в зоне выветривания, - разнообразные соли: арсенаты, фосфаты, ванадаты, иногда хлориды и др. В условиях очень сухого климата в зоне окисления сохраняются также различные сульфаты меди, легко растворимые в просачивающихся поверхностных водах.

Псевдоморфозы по халькопириту, т. е. замещение его вторичными сульфидами меди - борнитом, халькозином и ковеллином, - широко распространены в зонах вторичного сульфидного обогащения медных месторождений.

Практическое значение. Халькопиритсодержащие руды являются одним из главных источников меди. Промышленное содержание ее в таких рудах обычно колеблется в пределах 2-2,5%.

Получаемая на металлургических заводах медь употребляется как в чистом виде, так и в виде сплавов (латуни, бронзы, томпака и др.). Главным потребителем меди является электропромышленность. Значительное количество ее расходуется в машиностроении, судостроении, изготовлении аппаратуры для химической промышленности, жилищном строительстве и т. д.

Месторождения. Халькопирит в качестве спутника в тех или иных количествах встречается почти во всех гидротермальных месторождениях самых различных сульфидных руд. В рудах многих месторождений он является существенной составной частью и имеет самостоятельное промышленное значение. На территории СССР мы имеем представителей всех генетических типов месторождений, в которых халькопирит является главным минералом меди.

На Урале широко распространены так называемые колчеданные залежи, приуроченные к толщам большей частью метаморфизованных эффузивно-осадочных пород палеозойского возраста. Главным минералом (до 60-80%) в рудах этих месторождений является пирит, с которым парагенетически связан халькопирит. К этому типу относится большая часть уральских месторождений. В некоторых залежах халькопирит тесно ассоциирует с сфалеритом. Таковы месторождения: Карпушинское, Левихинские и др. Аналогичные по составу месторождения известны и в Закавказье.

К типу контактово-метасоматических месторождений в известняках относится группа Турьинских месторождений на Северном Урале и ряд месторождений Минусинского района на восточном склоне Кузнецкого Алатау (Хакасская АО). Парагенетически он обычно связан с пиритом, иногда с пирротином, магнетитом и другими минералами.

Интересный тип месторождений представляет собой очень крупное по размерам Джезказганское месторождение (в западной части Казахстана). Здесь халькопирит совместно с борнитом образует цемент в тонкозернистых песчаниках. Считают, что эти минералы образовались из гидротермальных растворов путем замещения известковистого цемента между песчаниками кварца.

Из иностранных месторождений отметим лишь некоторые: Бингхэм в штате Юта (США), Чукикамата (Чили), медистые песчаники в Катанге (Бельгийское Конго) и к югу от нее - в Северной Родезии.

Станнин - Cu₂FeSnS₄. Синоним: оловянный колчедан.

Химический состав. Сu 29,5%, Fe 13,1 %, Sn 27,5%, S 29,9%. Содержание по анализам (в %): олова 22,0-27,7, меди 22,9-31,5, железа 4,7-23,3. Кроме того, присутствуют примеси (в %): Zn 0,75-10,1, Sb до 3, Cd до 1,5, Рb до 2 и Ag до 1.

Сингония тетрагональная; тетрагонально-скаленоэдрическийв. с. L₄²L²2P Редко встречающиеся мелкие кристаллы имеют кубический или тетраэдрический облик. По внешнему виду они очень близко напоминают кристаллы халькопирита. Обычно станнин наблюдается в виде неправильных зерен и сплошных масс. Кристаллическая структура совершенно аналогична структуре халькопирита (см. рис. 103). В расположении катионов намечается следующий порядок: в первом и пятом листах по вершинам квадрата ионы Sn, в центре - Fe; в срединном листе наоборот, по вершинам ионы Fe, а в центре - Sn; четные листы (второй и четвертый) сложены ионами Cu. По расположению ионов кристаллическое строение станнина, как и халькопирита, следовательно, близко к кристаллической структуре сфалерита.

Цвет станнина стально-серый с характерным оливково-зеленоватым оттенком (в свежем изломе). В случае обильных микроскопических включений халькопирита приобретает явно желтоватый оттенок. Черта черная. Непрозрачен. Блеск в свежем изломе металлический, но быстро тускнеет.

Твердость 3-4. Хрупок. Спайность несовершенная по {110} и {001}, наблюдается редко. Уд. вес 4,3-4,5.

Диагностические признаки. Типичным является цвет с характерным оливково-зеленоватым оттенком, по которому он сравнительно легко отличается на глаз от блеклых руд, похощих на него по ряду признаков (твердости, хрупкости и др.).

П. п. тр. на угле плавится, белея с поверхности и образуя около самой пробы белый налет SNO₂. Медь, железо и сера устанавливаются в нем химическими реакциями. В HNO₃ разлагается, выделяя серу и двуокись олова; раствор его приобретает синий цвет.

Происхождение. Является сравнительно малораспространенным минералом и встречается в гидротермальных оловорудных месторождениях.

В вольфрамо-оловянных месторождениях он наблюдается в ассоциации с касситеритом (SNO₂), халькопиритом, арсенопиритом, вольфрамитом и другими минералами.

Гораздо чаще встречается в сфалерито-галенитовых и сфалерито-пирро-тиновых оловосодержащих рудах. В этих рудах парагенетически с ним очень тесно связаны сфалерит и халькопирит, а иногда пирротин, галенит и др. В ряде случаев устанавливаются явления замещения его касситеритом (SNO₂) и наоборот.

В зоне окисления легко разлагается с образованием в конечном счете лимонита и касситерита. Однако главная масса олова при этом переходит, повидимому, в коллоидальный раствор, который впоследствии коагулирует и дает в результате землистые, губчатые или колломорфные стяжения касситерита.

Практическое значение. В большинстве случаев станнин встречается в незначительных количествах, и потому не имеет такого важного промышленного значения, как касситерит.

Месторождения. На территории СССР станнин в очень незначительных количествах встречен во многих оловорудных месторождениях, в ассоциации чаще всего с халькопиритом, в парагенезисе с касситеритом и сфалеритом в зернах размером до 1 см.

Из иностранных-встречен в месторождении Циннвальд (в Рудных горах на границе с Чехословакией), в значительных количествах в Цихане (о. Тасмания) и особенно во многих месторождениях Боливии (Ахота, Потози и др.).

Борнит - Cu₅FeS₄. Синоним: пестрая медная руда. В природных условиях образует ограниченные твердые растворы с халькопиритом, распадающиеся при понижении температуры. Этот процесс распада изучен экспериментальным путем.

Химический состав не постоянен. Теоретически, согласно химической формуле Cu₅FeS₄, он должен быть,следующим: Си 63,3%, Fe 11,2%, S 25,5%. Однако состав борнита колеблется в значительных пределах, так как этот минерал способен содержать в себе в виде твердых растворов халькопирит и халькозин. Из других химических примесей часто наблюдается Ag.

Сингония кубическая; гексаоктаэдрический в. с. 3L⁴4L₆³6L²9PC. Кристаллы встречаются исключительно редко. Обычно наблюдается в сплошных массах и в виде вкраплений. Кристаллическая структура. Решетка борнита представляет собой усложненную кубическую решетку. Согласно рентгенометрическим данным в кристаллической структуре борнита два сорта ионов меди занимают разные положения и химическая формула его, вероятно, имеет следующий вид: 2Cu₂S•CuFeS₂ (Cu₄CuFeS₄), т. е. четыре иона меди одновалентны, а пятый ион и ион железа двухвалентны.

Цвет борнита в свежем изломе темный медно-красный; обычно покрывается яркой пестрой (преимущественно синей) побежалостью. Черта серовато-черная. Непрозрачен. Блеск полуметаллический.

Твердость 3. Сравнительно хрупок. Спайность практически отсутствует. Уд. вес 4,9-5,0. Прочие свойства. Обладает электропроводностью.

Диагностические признаки. Легко узнается по цвету и пестрой синей побежалости, низкой твердости. По яркосиним побежалостям можно ошибочно принять за ковеллин (при царапании ножом можно убедиться в истинном цвете минерала).

П. п. тр. борнит сплавляется в магнитный шарик, а с содой на угле дает королек меди. В HNO₃ разлагается с выделением всплывающей серы.

Происхождение. Встречающийся в природе борнит имеет как эндогенное, так и экзогенное происхождение.

Борнит эндогенного происхождения встречается в некоторых гидротермальных месторождениях. В ряде случаев он содержит микроскопические, обычно пластинчатые включения халькопирита, являющиеся продуктом распада твердого раствора. В парагенезисе с ним, кроме халькопирита, встречаются: эндогенный халькозин, галенит, сфалерит, пирит и др.

Экзогенный борнит широко бывает развит в зонах вторичного сульфидного обогащения. Как наиболее ранний вторичный сульфид он образуется метасоматическим путем, главным образом за счет халькопирита, в виде неправильных жилок, каемок или сплошных масс. Наблюдается во многих медносульфидных месторождениях, однако в значительных массах встречается редко.

По сравнению с другими вторичными сульфидами меди является менее устойчивым, замещаясь более богатыми медью халькозином и ковеллином. При разложении в зоне окисления по борниту образуются кислородные соединения: малахит, азурит, реже куприт и др.

Практическое значение. Так как борнит по сравнению с халькопиритом является значительно более богатым медью минералом, то даже вкрапленные борнитовые руды при наличии крупных запасов могут представлять несомненный промышленный интерес.

Месторождения. На территории СССР эндогенный борнит в значительных количествах совместно с халькопиритом встречался в Успенском месторождении (около ст. Нельды, Центральный Казахстан). Широко распространен также в парагенезисе с халькопиритом в Джезказганском меднорудном районе, в так называемых медистых песчаниках (западная часть Центрального Казахстана). В ассоциации с эндогенным халькозином он встречался в ряде колчеданных залежей Урала: им. III Интернационала, Дзержинское месторождение (Карабашская группа) и др.

Экзогенный борнит в значительных количествах встречается в зонах вторичного сульфидного обогащения почти во всех медносульфидных месторождениях, особенно если выветривание происходит в условиях умеренного климата.

Кубанит-CuFe₂S₃. Ромбич.с. Химический состав. Сu 22-24%, Fe 40-42%, S 34-35%. Цвет очень похож на цвет пирротина - бронзово-желтый. Блеск металлический. Твердость 3,5. Спайность отсутствует. Уд. вес 4,03-4,18. Сильно магнитен.

Парагенетически тесно связан с халькопиритом. Часто наблюдается в последнем в виде пластинчатых выделений, устанавливаемых под микроскопом и представляющих собой продукт распада твердых растворов. Впервые был встречен в золоторудных кварцевых жилах Морро-Вело в Минас-Жерайж (Бразилия).