辉铜矿(Chalcocite)是一种含铜矿物,大部分是次生矿物,主要化学成分为Cu2S,常与
石英、
方解石等矿物共存,新鲜面呈暗铅灰色,氧化后表面呈黑色或色,具金属光泽,
莫氏硬度为2.5-3.0,比重为5.5-5.8g/cm3,具延展性,以小刀刻画留下光亮的刻痕,是电的良导体。其常见
正交晶系、
六方晶系和
立方晶系3种同质多象变体,单晶体少见,晶形呈假六方形的短柱状或厚板状。
辉铜矿形成原因主要分为内生成因和表生成因,内生成因型辉铜矿主要产于富铜贫硫的晚期热液铜矿床中,表生成因型的辉铜矿则主要产于含铜
硫化物矿床的次生富集带。辉铜矿通常呈致密块状或粉末状集合体,主要分布在
美国阿拉斯加州的肯纳科特、
内华达州的
伊利股份、
亚利桑那州的莫伦西以及
纳米比亚的
楚梅布等地,
英国、
意大利、
西班牙和中国等地均有分布。
辉铜矿含铜量高达到79.86%,是提炼铜的主要矿物原料;还可用来制备铜化合物,用于制造有机合成催化剂、陶瓷釉料等。
主要特性
物理特性
辉铜矿常见致密块状、粉末状。新鲜面呈暗铅灰色,氧化后表面呈黑色或锖色,不发光,反射色为灰白色微带蓝色调,与
方铅矿连生时呈现明显的淡蓝色,与
黄铜矿连生时则呈现蓝灰色。表面有时出现翠绿色或天蓝色小斑,具金属光泽(风化面常有一层无光被膜),不透明。粒度0.005~0.05mm,
莫氏硬度为2.5-3.0,比重为5.5-5.8g/cm3,解理:不清楚,断口为贝壳状,质脆易粉碎。具延展性,
小刀电动车刻划时不成粉末而留下光亮刻痕。条痕为暗黑色,是电的良导体。非均质性弱,
显微镜下呈绿色至浅粉红色偏光色。反射率R:22.5(绿色)、16(
橙色)、15(红色)。
化学特性
辉铜矿的主要化学成分为Cu2S。此外,还含有Ag、Fe、Co、Ni、Au等元素。辉铜矿在氧化带不稳定可转变为铜的
氧化物和
碳酸根,如分解为
赤铜矿、铜蓝、
孔雀石和
蓝铜矿;氧化不完全时则形成自然铜,反应式如下:
若遇到SiO2的水胶溶体作用则形成
硅孔雀石,反应式如下:
可以用热的碱性
氰化钠溶液浸出辉铜矿中的铜,其在45℃时0.1%的化钠溶液中
溶解度为100%,能与氰化钠反应生成铜氰
配位化合物盐,辉铜矿与氰化钠的反应方程式如下:
晶体结构
辉铜矿
晶体结构中一个晶胞有96个铜原子,主要呈三角
配位体结构。共有24个晶体学上单独的铜原子,其中8个位于硫层中,占三角配位的2/3位置。剩余铜原子都位于层间,虽然大多都处于无序态,但基本都在三角配位体中,近似一个被铜原子和硫原子紧紧挤满的
六边形结构。辉铜矿有多种配位数,从三配位到六配位,铜原子和硫原子结合时,三配位、四配位的铜原子和六配位的硫原子结合。
辉铜矿具有高温和低温变体,常见3种同质多象变体:低于103℃时稳定的为
正交晶系变体;在103~420℃范围内稳定的为
六方晶系变体;大于420℃时稳定的为
立方晶系变体。单晶体少见,晶形呈假六方形的短柱状或厚板状。
低温变体为斜方晶系,空间群-Abm2。晶胞参数:a0=0.1192nm,b0=0.2733nm,C0=0.1344nm,Z=2。主要
玫瑰晶谱线:1.88(1)、1.9746(0.7)、2.403(0.7),结构类似于螺状硫银矿。
高温
六方晶系变体中,单胞分子式为Cu96S48。硫按六方最紧密堆积,铜离子有两种情况:CuⅠ靠近八面体空隙三角形底边的中心,CuⅡ位于
四面体空隙中。
高温
立方晶系变体的辉铜矿具反荧石型结构。
硫化物按立方最紧密堆积,所有四面体空隙被铜离子所占据。有Cu+代替Cu2+,使结构出现缺席构造,成为Cu2-xS,(x=0.1~0.2),具有反
萤石型结构,称为
蓝辉铜矿。
辉铜矿是由其他矿物蚀变而形成的次生矿物,因此可形成许多不同矿物的假晶。假晶是一种矿物,它已经用原子取代了另一种矿物,但它保留了原始矿物的
晶体形状。已知辉
铜矿可形成
斑铜矿、钴铜矿、
黄铜矿、
黄铁矿、硫铝矿、
方铅矿和
闪锌矿的假晶。即矿物是辉铜矿,但形状是另一种晶体(例如
蓝铜矿)的形状。
矿物的构造
辉铜矿具有块状构造、浸染状构造、晕状构造、脉状构造、竹叶状构造和斑杂状构造等。辉铜矿常呈块状构造分布于
矿石中;辉铜矿呈浸染状构造时,会以不规则粒状分散在碎屑粒间,其矿物形态及大小受碎屑孔隙控制,而当散点状矿物密集在一起时,会形成斑点状构造;辉铜矿呈晕状结构时,会呈散点状聚集在中心呈核状;辉铜矿还呈脉状分布于砂
页岩中,矿化脉沿成岩期矿体分布,并受
地层控制,且大部位切穿层理,连续性差,靠脉壁为
石英、
方解石,中间为铜
硫化物;当矿化不均匀时,辉铜矿集合体的形态则会呈竹叶状、斑杂状分布于灰绿色泥岩和
粉砂岩中。
形成原因
辉
铜矿是热液矿脉以及铜矿床氧化带的常见矿物,因此有原生辉铜矿,也有次生辉铜矿。
内生成因
内生成因辉铜矿主要产于富铜贫硫的晚期热液铜矿床中,常与
斑铜矿、
黄铁矿、黄铜矿、石英、方解石等矿物一起共生。产量较少。
表生成因
表生成因辉铜矿主要产于含铜硫化物矿床的次生富集带。系地表原生的铜矿物氧化后生成了CuSO4溶液,经氧化带渗滤的
硫酸铜溶液与原生硫化物(
二硫化铁、斑铜矿、
黄铜矿等)进行交代作用的产物,产出较多,反应式如下:
分布与产地
辉铜矿主要分布在
美国阿拉斯加州的肯纳科特、内华达州的
伊利、亚利桑那州的莫伦西,
法国的阿利埃省、科西嘉省、阿里埃日省、塔尔纳省、卢瓦尔省和
罗纳省以及纳米比亚的楚梅布等地,
英国、
意大利、
西班牙、中国、
澳大利亚、
刚果和哈萨克斯坦等地均有分布,但只有少数矿区会出产美丽的辉铜矿
晶体,如
美国的巴特和
布里斯托尔、
英国的康沃尔、
纳米比亚的
楚梅布、
刚果的
科卢韦齐和哈萨克斯坦。特尔费尔(Telfer)金铜矿于1977年开始运营,该矿以生产澳大利亚最好的辉铜矿晶体而闻名。其中十字形孪晶、穿透晶体和带有
态射端的细长
棱柱形晶体都很常见。
名称来源
1832年,
法国地质学家弗朗索瓦·苏尔皮斯·伯当(François Sulpice Beudant)将
希腊语“chalkos”命名为“chalcosine”,意为“铜”。这种矿物以前有过各种各样的名称。直到1868年,
美国矿物学家
詹姆斯·丹纳(James Dwight Dana)和乔治·J. 布鲁什(George J. Brush)将这种材料重新命名为“辉铜矿”。而“辉”字则是来源于其所具有的金属光泽,颜色不像其它含铜矿物那么漂亮,而是呈不同程度的铅灰色或灰色。
应用领域
本草纲目中曾记载辉铜矿等
硫化物类矿物有解毒,收敛的作用,可用于肿、恶疮,
驴马背疮,臭腋的治疗。除此之外,辉铜矿是含铜量较高的
硫化铜矿物,是提炼铜的主要矿物原料;还可用来制备铜化合物,用于制造有机合成催化剂、陶瓷釉料等。另外,辉铜矿还可以作为收藏品,在1990年代后期,
纽克雷斯特矿业(Newcrest Mining)将收集的数百个单晶和晶团标本大部分捐赠给了
澳大利亚的博物馆和一些大学地质系。
选矿
辉铜矿是含铜量较高的
硫化铜矿物,可用浮选法进行选矿,原理是根据矿物原料颗粒表面对水的润湿性(
疏水性或亲水性)差异来选矿,还可加入捕收剂、调整剂和起泡剂等增加矿物疏水性使之易于分离,辉铜矿可浮性好,在酸性介质中和碱性介质中均易浮游,用黄药、黑药、白药和胺作捕收剂时易浮,能得到品位很高的铜精矿;而
硫代硫酸钠,
亚硫酸钠,
铁氰化钾,
亚铁氰化钾等是辉铜矿浮游的最强抑制剂。当浮选情况不好时,可加一些
硫酸。有
黄铁矿存在时,加
生石灰和
氰化物即可抑制下去。当辉铜矿的原矿品位低且对精矿质量要求高时,还需要进行5次以上的精选。
鉴定
可从颜色、硬度、易熔和易污手等特性中对辉铜矿加以鉴定,以其暗铅灰色、硬度小和弱延展性区别于其他含铜
硫化物,用小刀刻划时有润滑感但不会碎成粉末,而是留下一条光亮的刻痕。辉铜矿易污手且易熔,辉铜矿蘸取
盐酸后用火焰灼烧,火焰呈天蓝色,并释放出
二氧化硫气体。将辉铜矿溶于HNO3中,溶液呈绿色,并将
小刀电动车置于该溶液中,刀身上会镀上一层金属铜膜。
环境影响
辉铜矿在具有开采利用价值的同时对环境也产生了一些负面影响,辉铜矿形成的过程中生成了
硫酸亚铁和硫酸,混入地下水后会形成具有强腐蚀性的溶液,然后参与到水和大气的循环中,严重污染土壤、河流,进而对生态环境造成破坏。