황철석

Pyrite
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이 기사는 철 황철에 관한 것입니다. 다른 황철광 광물은 황철광 그룹을 참조하십시오.
황철석
페루 안카시의 후안잘라 광산에서 나온 광택이 있는 입방정계 황철석 결정과 일부 표면이 특징적인 줄무늬를 보이는 상호 성장. 표본크기 : 7.0x5.0x2.5cm
일반
카테고리황화광물
공식
(repeating단위)		FeS2
IMA 기호파이[1]
스트룬츠 분류2.EB.05a
다나구분2.12.1.1
수정계큐빅
크리스털 클래스Diploidal (m3)
H-M symbol: (2/m 3)
공간군Pa3
단위 셀a = 5.417 Å, Z = 4
신분증
공식 질량119.98g/mol
색.옅은 황동-황동 반사; 더 진하고 발랄한 빛을 발합니다.
수정습관입방체, 면은 줄무늬가 있을 수 있지만, 종종 팔면체와 피리토면체도 있습니다. 종종 상호 성장하고, 거대하고, 방사되고, 입상이고, 구형이고, 종유석입니다.
트윈닝침투 및 접촉 트위닝
갈라짐{001}에서 불분명함; {011} 및 {111}의 파티션
골절매우 고르지 않으며 때로는 원추형입니다.
고집취성
모스 눈금 딱딱함6–6.5
루스터금속성, 반짝임
스트릭녹흑색에서 갈색-흑색
횡격막불투명
비중4.95–5.10
밀도4.8~5g/cm3
융화성2.5~3개의 자성체.
용해도물에 용해되지 않는
기타특성상자성의
참고문헌[2][3][4][5]

황철광물(/ˈ파 ɪ라 ɪ트/PY-ryte) 또는 철 황철광물(iron pyrite)은 FeS(철(II) 이황화물)이라는 화학식을 가진 황철광물입니다. 황철석은 가장 풍부한 황화물 광물입니다.[7]

스페인 라리오하 주 나바준의 말 위에 있는 황철석 입방정 (크기: 95 x 78 밀리미터 [3.7 x 3.1 인치], 512 그램 [18.1 온스], 주결정: 31 밀리미터 [1.2 인치] 가장자리)

황철석의 금속 광택과 옅은 황동-황색의 색조는 금과 피상적인 유사성을 부여하기 때문에 바보의 금이라는 잘 알려진 별명이 있습니다. 이 색은 또한 황동, 황동, 브라질이라는 별명으로 이어졌는데, 주로 석탄에서 발견되는 황철석을 지칭하는 데 사용되었습니다.[8][9]

황철석이라는 이름은 그리스 πυρίτης λίθος(pyr ē 석재)에서 따온 것으로, '불을 때는 돌 또는 광물'이며, 차례로 πῦρ(pyr), '불'에서 따온 것입니다. 고대 로마 시대에, 이 이름은 강철에 부딪힐 때 불꽃을 일으키는 여러 종류의 돌에 적용되었습니다; 장로 플리니는 그들 중 하나가 황동색이라고 묘사했고, 거의 확실히 현재 황철석이라고 불리는 것을 언급했습니다.[12]

게오르기우스 아그리콜라가 1550년경에 이 용어는 모든 황화물광물의 총칭이 되었습니다.[13]

정상 및 편광 하에서의 황철석

황철석은 일반적으로 석영 정맥, 퇴적암 및 변성암뿐만 아니라 석탄층 및 화석의 대체 광물로서 다른 황화물 또는 산화물과 관련되어 발견되지만 비늘발 복족류의 공막에서도 확인되었습니다.[14] 황철석은 "풀의 금"이라는 별명이 있음에도 불구하고, 때때로 소량의 금과 관련하여 발견됩니다. 금의 상당 부분은 황철석에 포함된 "보이지 않는 금"입니다(칼린 유형의 금 매장량 참조). 금과 비소의 존재는 결합 치환의 경우라고 제안되었지만 1997년 현재 금의 화학적 상태는 여전히 논란의 여지가 있습니다.[15]

사용하다

슬로바키아 페르넥 근처에 버려진 황철광산

황철석은 16세기와 17세기에 초기 총기, 특히 휠록(wheelock)에서 점화원으로 잠시 인기를 누렸습니다. 여기서 황철석 샘플은 원형 파일에 배치되어 총기 발사에 필요한 불꽃을 터뜨렸습니다.[16]

황철석은 남호주 사람들인 카우르나 사람들이 불을 지피는 전통적인 방법으로 부싯돌과 끈끈이 껍질로 만든 틴더 형태와 함께 사용됩니다.[17]

황철석은 고전 시대부터 구리를 제조하는 데 사용되었습니다. 철 황철석은 산더미처럼 쌓여서 풍화( heap化)되도록 했습니다(더미가 침출된 초기 형태의 예). 그런 다음 더미에서 산성 유출물을 철과 함께 끓여 황산철을 생성했습니다. 15세기부터 황산의 공급원으로서 황을 태우는 것을 대체하는 새로운 방법들이 생겨나기 시작했습니다. 19세기까지, 그것은 지배적인 방법이 되었습니다.[18]

황철석은 이산화황 생산, 제지 산업 및 황산 제조와 같은 응용 분야에 사용하기 위해 상업적으로 사용되고 있습니다. 황철석은 540 °C(1,004 °F)에서 시작하여 약 700 °C(1,292 °F)에서 p는S2 약 1 atm입니다.[19]

황철석에 대한 새로운 상업적 용도는 Energyizer 브랜드의 재충전 불가능한 리튬 금속 배터리의 음극 재료입니다.[20]

황철석은 밴드갭이 0.95eV인 반도체 소재입니다.[21] 순수한 황철석은 결정 및 박막 형태 모두에서 자연적으로 n형이며, 잠재적으로 n-도펀트 역할을 하는 황철석 결정 구조의 황 빈자리로 인해 발생할 수 있습니다.[22]

20세기 초엽에 황철석은 라디오 수신기의 광물 검출기로 사용되었으며, 지금도 수정 라디오 애호가들에 의해 사용되고 있습니다. 진공관이 성숙하기 전까지 결정 검출기는 광물 유형과 특정 유형의 광물 내 개별 샘플 간에 상당한 차이가 있는 가장 민감하고 신뢰할 수 있는 검출기였습니다. 황철석 검출기는 갈레나 검출기와 기계적으로 더 복잡한 페리콘 광물 쌍 사이의 중간 지점을 차지했습니다. 황철석 검출기는 최신 1N34A 게르마늄 다이오드 검출기만큼 민감할 수 있습니다.[23][24]

황철석은 저가의 태양광 패널에서 풍부하고 독성이 없으며 저렴한 재료로 제안되었습니다.[25] 합성 황화철을 황화구리와 함께 사용하여 태양광 재료를 만들었습니다.[26] 최근에는 전적으로 황철석으로 만들어진 박막 태양 전지를 위해 노력하고 있습니다.[22]

황철석은 마르카사이트 보석을 만드는 데 사용됩니다. 종종 은으로 된 황철석의 작은 면 조각들로 만들어진 마르카사이트 보석은 고대부터 알려져 있었고 빅토리아 시대에 인기가 있었습니다.[27] 보석 제조에서 이 용어가 일반화된 당시, "마르카사이트"는 황철석을 포함한 모든 철 황화물을 지칭했으며, 색이 더 가볍고 부서지기 쉽고 화학적으로 불안정하여 보석 제조에 적합하지 않은 사방정계 FeS2 광물 마르카사이트를 지칭하지 않았습니다. 마르카사이트 보석에는 실제로 광물 마르카사이트가 포함되어 있지 않습니다. 황철석의 표본은 좋은 품질의 결정으로 보일 때 장식에 사용됩니다. 그들은 또한 광물 수집에 매우 인기가 있습니다. 최고의 표본을 제공하는 지역 중에는 소리아 주와 라리오하 주(스페인)가 있습니다.[28]

가치 측면에서 중국(4,700만 달러)은 전 세계 수입품의 65%를 차지하는 전 세계 수입품 중 가장 큰 시장입니다. 중국은 또한 2007년부터 2016년까지 CAGR이 +27.8%로 로스팅되지 않은 철피라이트 수입 측면에서 가장 빠르게 성장하고 있습니다.[29]

조사.

2020년 7월, 과학자들은 일반적으로 반자성 황철석이 강자성 물질로 전압에 의해 유도되는 것을 관찰했으며, 이는 태양 전지 또는 자기 데이터 저장과 같은 장치에 적용될 수 있다고 보고했습니다.[30][31]

아일랜드의 트리니티 칼리지 더블린의 연구원들은 FeS가2 간단한 액상 박리 경로에 의해 그래핀과 같은 다른 2차원 층상 물질과 마찬가지로 몇 층으로 박리될 수 있다는 것을 입증했습니다. 이것은 3D 벌크 FeS로부터2 비층형 2D 혈소판의 생성을 입증한 최초의 연구입니다. 또한 20% 단일벽 탄소-나노튜브를 갖는 이러한 2D-혈소판을 리튬 이온 배터리의 음극 재료로 사용하여 FeS의2 이론 용량에 가까운 1000 mAh/g의 용량에 도달했습니다.[32]

2021년에는 천연 황철석을 분쇄하고 전처리한 후 2차원 나노시트로 액상 박리를 하여 리튬이온 배터리에서 양극으로 1200 mAh/g의 용량을 나타냈습니다.[33]

황철석, 마르카사이트, 몰리브덴 및 아르소피라이트에 대한 공식 산화 상태

각 원자에 형식적인 산화 상태를 할당하는 고전적인 무기 화학의 관점에서 황철석과 마르카사이트는 아마도 Fe2+[S2]로 가장 잘 묘사될 것입니다.2− 이 형식주의는 황철석의 황 원자가 명확한 S-S 결합과 쌍을 이루어 발생한다는 것을 인식합니다. 이러한 과황화[–S–S–] 단위는 이황화수소, HS에서22 유래한 것으로 볼 수 있습니다. 따라서 황철은 이황화철이 아니라 과황화철이라고 더 표현할 수 있습니다. 반면 몰리브덴, MoS는2 고립된 황화물 S2− 중심을 특징으로 하며 몰리브덴의 산화 상태는 Mo입니다4+. 광물 아르세노피라이트는 FeAsS라는 공식을 가지고 있습니다. 황철석이 [S2]2– 단위를 갖는 반면, 아르세노피라이트는 공식적으로 아르세노티올(HAsSH2)의 탈양성자화로부터 유래된 [AsS]3– 단위를 갖습니다. 고전적인 산화 상태를 분석하면 아르세노피라이트를 Fe3+[AsS]로 설명하는 것이 좋습니다.3−[34]

결정학

황철석의 결정 구조. 셀 중앙에 S22− 쌍이 노란색으로 보입니다.

철-황철-황철 FeS는2 결정학적 황철 구조의 원형 화합물을 나타냅니다. 이 구조는 입방체이며 X선 회절에 의해 해결된 최초의 결정 구조 중 하나였습니다.[35] 결정학적 공간군 Pa3에 속하며, Strukturbericht 표기법 C2로 표시됩니다. 열역학적 표준 조건에서 화학량론적 철 황화물 FeS의2 상수 a a는 541.87pm에 달합니다.[36] 단위
2 셀은 S 이온이 내장된 Fe 면 중심 입방 격자로 구성됩니다. (단, 모서리의 철 원자와 번역만으로 면의 철 원자가 동등하지는 않습니다.) 황철석 구조는 전이금속 M과 칼코겐 X = O, S, Se 및 Te의 다른 MX 화합물에서도 볼 수 있습니다. P, As 및 Sb 등을 나타내는 X를 갖는 특정 디프닉타이드도 황철석 구조를 채택하는 것으로 알려져 있습니다.[37]

Fe 원자는 6개의 S 원자에 결합되어 왜곡된 팔면체를 제공합니다. 소재는 반도체입니다. Fe 이온은 일반적으로 낮은 스핀 2가 상태로 간주됩니다(Mössbauer 분광학 및 XPS에서 볼 수 있듯이). 이 물질은 스핀이 적은 2가성에도 불구하고 전체적으로 Van Vleck 상자성체 역할을 합니다.[38]

황 중심은 S로22− 설명되는 쌍으로 발생하며,[39] 황철석을 칼륨으로 환원하면 칼륨 디티오페레이트, KFeS가2 생성됩니다. 이 소재는 철 이온과 고립된 황화물(S2-) 중심이 특징입니다.

S 원자는 사면체이며, 3개의 Fe 중심과 1개의 다른 S 원자에 결합되어 있습니다. Fe 및 S 위치의 부위 대칭은 각각 점 대칭 그룹 C3i 및 C에3 의해 설명됩니다. S 격자 사이트에서 누락된 반전 중심은 철 황철석의 결정학적 및 물리적 특성에 중요한 영향을 미칩니다. 이러한 결과는 황 격자 사이트에서 활성화된 결정 전기장에서 비롯되며, 이는 황철석 격자에서 S 이온의 분극을 일으킵니다.[40] 편광은 고차 마델룽 상수를 기반으로 계산할 수 있으며 일반화된 본-하버 사이클을 사용하여 격자 에너지 계산에 포함되어야 합니다. 이것은 황 쌍의 공유 결합이 엄격한 이온 처리에 의해 부적절하게 설명된다는 사실을 반영합니다.[41]

아르세노피라이트는 S-S 쌍이 아닌 이종원자 As-S 쌍과 관련된 구조를 가지고 있습니다. 마르카사이트는 또한 호모아토믹 음이온 쌍을 가지고 있지만 금속과 이원자 음이온의 배열은 황철석의 배열과 다릅니다. 칼코피라이트(CuFeS
2)는 그 이름에도 불구하고 디언이온 쌍이 아닌 단일 황화물2− 음이온을 포함하고 있습니다.

수정습관

이탈리아산 피리토헤더 모양의 크리스탈

황철석은 일반적으로 직육면체 결정을 형성하며, 때로는 밀접한 연관성으로 형성되어 프램보이드라고 불리는 복분자 모양의 덩어리를 형성하기도 합니다. 그러나 특정 상황에서는 문합 필라멘트나 T자형 결정을 형성할 수 있습니다.[42] 황철석은 또한 피리토헤드라로 알려진 일반적인 12면체와 거의 같은 모양을 만들 수 있으며, 이것은 일찍이 기원전 5세기에 유럽에서 발견된 인공 기하학적 모델에 대한 설명을 시사합니다.[43][clarification needed]

품종

Cattierite(CoS2), vaesite(NiS2) 및 hauerite(MnS2) 뿐만 아니라 sperrylite(PtAs2)도 구조가 유사하고 황철석 그룹에 속합니다.

브라보라이트(Bravoite)는 니켈-코발트 함유 황철석(pyrite)의 다양한 종류로, 황철석 내에서 Fe에2+ 대한 Ni의2+ 치환이 50% 이상입니다. 브라보라이트는 공식적으로 인정된 광물이 아니며, 페루의 과학자 호세 J. 브라보(1874–1928)의 이름을 따서 명명되었습니다.[44]

유사광물 구분

황철석은 단단함, 취성 및 결정 형태로 천연 금과 구별됩니다. 황철석 골절은 우선적인 평면을 따라 갈라지지 않기 때문에 매우 고르지 않으며 때로는 원추형입니다. 토종 금 덩어리, 즉 글리터는 부러지지 않고 연성 방식으로 변형됩니다. 황철석은 부서지기 쉽고 금은 가단성이 있습니다.

천연 금은 면이 잘 정의되지 않은 불규칙한 모양의 면인 반면, 황철석은 잘 발달되고 날카로운 면을 가진 정육면체 또는 다면체 결정으로 나타납니다. 잘 결정화된 황철석 결정은 유면체(즉, 멋진 얼굴을 가진)입니다. 황철석은 종종 표면에서 볼 수 있는 줄무늬로 구별될 수 있습니다. 칼코피라이트 ( CuFeS2)는 젖었을 때 더 밝은 노란색을 띠며 더 부드럽습니다(Mohs 척도로 3.5~4).[45]아르세노피라이트(FeAsS)는 은백색이며 젖었을 때 더 노란색이 되지 않습니다.

위험성

황철석 큐브(가운데)가 숙주 바위에서 녹아내려 미량의 금을 남겼습니다.

황철석은 지구 표면에 존재하는 산화 조건에 노출되면 불안정합니다. 대기 중의 산소와 물, 또는 습기가 있는 황철석은 궁극적으로 옥시수산화철(페리하이드라이트, FeO(OH))과 황산(HSO
2
4)으로 분해됩니다. 이 과정은 황철석을 산화시켜 먼저 철 이온(Fe2+
), 황산 이온(SO2−
4)을 생성하고 양성자(H+ 또는 HO3+)를 방출하는 아시디티오바실러스 박테리아의 작용에 의해 가속화됩니다. 두 번째 단계에서 제1철 이온(Fe2+
)은 O에2 의해 산화되어 제2철 이온(Fe3+
)으로 분해되어 H+ 이온을 방출하고 FeO(OH)를 생성합니다. 이러한 산화 반응은 황철석이 미세하게 분산되어 있을 때 더 빠르게 발생합니다(처음에는 아교질 퇴적물에서 황산염 환원 박테리아(SRB)에 의해 형성된 프램보이드 결정 또는 채굴 작업에서 나오는 먼지).

황철광산화 및 산성광산배수

주요 기사: 산성광산배수

수분(HO2)이 있는 상태에서 대기 중2 O에 의한 황철산 산화는 처음에 철 이온(Fe2+
)과 황산을 생성하고 황산 이온과 양성자로 해리되어 산성광산배수(AMD)로 이어집니다. 황철산에 의한 산성암석배수의 예로는 2015년 골드킹광산 폐수유출이 있습니다.

[46]

분진폭발

황철석 산화는 충분히 발열성이어서 고황탄 해의 지하 탄광에서는 때때로 자연 연소에 심각한 문제가 있었습니다.[47] 해결책은 버퍼 블라스팅을 사용하고 다양한 밀봉제 또는 피복제를 사용하여 채굴된 영역을 기밀 밀봉하여 산소를 배제하는 것입니다.[48]

현대 탄광에서는 분진 폭발의 위험을 줄이기 위해 석회석 분진을 노출된 석탄 표면에 분사합니다. 이것은 황철석 산화에 의해 방출되는 산을 중화하고 따라서 위에서 설명한 산화 주기를 늦추고 따라서 자연 연소의 가능성을 줄이는 2차적인 이점을 가지고 있습니다. 그러나 장기적으로는 산화가 계속되고 형성된 수화된 황산염이 결정화 압력을 가하여 암석의 균열을 확장시키고 결국 지붕 추락으로 이어질 수 있습니다.[49]

약해진 건축자재

주요 기사: 콘크리트 및 모르타르의 열화와 황산염 공격에 관한 연구

황철석이 함유된 건축용 석재는 황철석이 산화됨에 따라 갈색으로 염색되는 경향이 있습니다. 마르카사이트가 있는 경우 이 문제는 훨씬 더 심각한 것으로 보입니다.[50] 콘크리트를 만드는 데 사용되는 골재에 황철석이 존재하면 황철석이 산화되면서 심각한 열화를 초래할 수 있습니다.[51] 2009년 초, 허리케인 카트리나 이후 미국으로 수입된 중국산 건식벽체의 문제는 황철석 산화에 기인했고, 이어서 황화수소 가스(HS2)를 방출하는 미생물 황산염 환원에 기인했습니다. 이러한 문제에는 구리 배선의 악취 및 부식이 포함되었습니다.[52] 미국, 캐나다,[53] 그리고 더 최근에는 바닥 매립지로 사용되었던 [54][55][56]아일랜드에서 황철석 오염으로 인해 큰 구조적 손상이 발생했습니다. 황산 이온, 또는 황산에 노출된 콘크리트는 황산 공격에 의해 분해됩니다: 에트링가이트(콘크리트 기공 내부에 거대한 결정화 압력을 가하는 작은 바늘 결정)와 같은 확장된 광물상의 형성과 석고는 콘크리트 매트릭스에 내부 인장력을 생성하여 경화된 시멘트 페이스트를 파괴합니다. 콘크리트에 균열과 균열을 형성하고 구조물의 궁극적인 파괴를 초래할 수 있습니다. 건설 골재에[57] 대한 정규화된 테스트는 황철석이나 마르카사이트가 없는 것과 같은 재료를 인증합니다.

발생

황철광은 황화물광물 중 가장 흔하며 화성암, 변성암, 퇴적암에 널리 분포합니다. 화성암의 일반적인 부속 광물로, 원래 마그마에서 혼합 불가능한 황화상에서 발생하는 더 큰 덩어리로 가끔 발생하기도 합니다. 접촉변성의 산물로 변성암에서 발견됩니다. 고온의 열수광물로 형성되기도 하지만 낮은 온도에서 형성되기도 합니다.[2]

황철석은 원래 퇴적물에 존재하는 1차 광물과 2차 광물 모두에서 발생하며, 투석 중에 퇴적됩니다.[2] 황철석과 마르카사이트는 일반적으로 환경 조건이 감소하는 상태에서 형성된 블랙 셰일 및 기타 퇴적암의 화석 이후 대체 유사형으로 발생합니다.[58] 황철석은 무독성 해수의 침전으로 형성되는 셰일의 부속 광물로 일반적이며, 석탄층에는 종종 상당한 황철석이 포함되어 있습니다.[59]

주목할 만한 퇴적물은 미국 버지니아 주에서 렌티큘러 덩어리로 발견되고 다른 많은 지역에서 더 적은 양으로 발견됩니다. 스페인의 리오 틴토와 이베리아 반도의 다른 곳에서 많은 광상이 채굴됩니다.[60]

문화신앙

태국 사람들(특히 남부)의 믿음에서 황철석은 카오톡 프라루앙, 카오콘 박쥐 프라루앙(ข้าวตอกพระร่วง, ข้าวก้นบาตรพระร่วง) 또는 힌나탕(เพชรหน้าทั่ง, หินหน้าทั่ง)으로 알려져 있습니다. 악, 흑마법 또는 악마를 막을 수 있는 힘이 있는 신성한 아이템으로 여겨집니다.[61][62]

이미지들

  • As a replacement mineral in an ammonite from France
    프랑스산 암모나이트의 대체 광물로서
  • Pyrite from Ampliación a Victoria Mine, Navajún, La Rioja, Spain
    스페인 라리오하 나바준 빅토리아 광산 앰플리아시오나의 황철석
  • Pyrite from the Sweet Home Mine, with golden striated cubes intergrown with minor tetrahedrite, on a bed of transparent quartz needles
    투명한 석영 바늘로 된 침대 위에 작은 테트라헤드로이트와 함께 자란 황금 줄무늬 큐브가 있는 스위트 홈 광산의 황철석
  • Radiating form of pyrite
    복사 형태의 황철석
  • Paraspirifer bownockeri in pyrite
    황철석의 파라스피리퍼 보노케리
  • Pink fluorite perched between pyrite on one side and metallic galena on the other side
    한쪽의 황철석과 다른 쪽의 금속 갈레나 사이에 자리잡은 분홍색 불소석
  • SEM image of intergrowth of pyrite cuboctahedral crystals (yellow) and pyrrhotite (pinkish yellow)
    황철석 입방팔면체 결정(노란색)과 황철석(분홍색)의 상호성장 SEM 이미지

참고 항목

참고문헌

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추가읽기

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  • David Rickard, Pyrite: Fool's Gold의 자연사, Oxford, New York, 2015, ISBN 978-0-19-020367-2

외부 링크

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