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自然硫

编著:贵州地调     来源:https://mp.weixin.qq.com/s/__2TCHIwn94iRw2fIVLNSw

基本概述

  自然硫(Sulfur)是指斜方晶系α。分子式为S,理论含硫量为100%,此外,自然硫中通常含有一些杂质,火山岩自然硫往往含有少量砷、碲、硒和钛,沉积型自然硫常夹杂有方解石、粘土、有机质和沥青等。 

自然硫

自然硫常夹有泥质、有机质等。通常呈土状集合体。纯硫呈黄色,含有杂质时则呈不同色调的黄色。晶体半透明,莫氏硬度1~2,比重2.05/立方厘米~2.08/立方厘米,性脆,金刚光泽(晶面)及油脂光泽(断面)。


三种变体

  具有三种同质多像变体即斜方晶系的α-S、单斜晶系的β-Sγ-S。自然条件下稳定的是α-Sα-Sβ-S的转变温度为95.6℃γ-S在常温下极不稳定,易转变为α-S(又称斜方硫)。斜方晶系,晶体常呈斜方双锥状或厚板状。常呈不规则块体产出。晶形很少见,通常呈致密块状、粒状、条带状、球状、钟乳状集合体。自然硫为淡黄色、棕黄色,有杂质时颜色带红、绿、灰和黑色等。莫氏硬度为12,比重为2.052.08;性脆,解理不完全,断口贝壳状,具弱导电、传热性。条痕为白黄白色,透明半透明状,树脂金刚光泽;燃烧时发青蓝色火焰,并有刺鼻硫磺味。耐腐蚀。在360℃和更高温度条件下硫与氧强烈作用,生成二氧化硫。在约400℃时硫与氢作用形成硫化氢,温度继续升高时则离解,在1 690℃时完全分解成水和硫。硫与苛性碱液与氨溶液一起加热形成多硫化物或硫代硫酸。硫不溶于水,较易溶于有机溶剂二硫化碳。硫作为氧化剂和还原剂出现,是化学上很活泼的元素。产于火山岩、沉积岩中及硫化矿床风化带,常与方解石、白云石石英等组合。其双锥状晶形,金刚光泽,加上黄亮鲜艳的硫黄色,与基岩形成鲜明反差,有较好观赏性。用手紧握硫的晶体,放在耳边,可以听见其碎裂的声音,这是因为手心的热传到硫的表面,使得表面的晶体产生热膨胀,其内部则因热传导速度慢而不受影响,因此在处理硫的晶体时要特别小心!

基本特性

理化特性

  化学组成:自然硫一般不纯净,火山作用成因的自然硫往往含少量的SeAsTe,其他矿床产出常夹有粘土、有机质、沥青和机械混入物等 

 自然硫


类别:自然元素-非金属元素-自然硫族  

晶系和空间群:正交晶系,Fddd   

晶胞参数:a0=1.0437nmb0=1.2845nmc0=2.4369nm  

分子构型:环状分子型结构,八个硫原子以共价键联系,上下两个四方环交错排列,构成环状分子。形态:晶形常呈双锥状或厚板状,由斜方双锥、斜方柱、板面等组成,通常呈致密块状、粉末状

 颜色:硫黄,因含杂质而带各种不同色调 

条痕:淡黄色 透明度:透明 光泽:晶面呈金刚光泽,断口呈油脂光泽  

解理和断口:解理{001}{110}{111}不完全,贝壳状断口 

其他性质:不导电,摩擦带负电。不溶于水、盐酸和硫酸,但溶于二硫化碳、苯、三氯甲烷、苛性碱中,在硝酸和王水中被氧化成硫酸。熔点112.8℃,易燃(270℃)。

鉴定特征

  自然硫以其颜色、油脂光泽、低硬度、性脆和有硫臭味为特征;黄色,油脂光泽,硬度小,性脆,有硫臭味,易燃,光焰呈蓝紫色。

主要分类

火山喷发型

由硫蒸气直接升华或硫化物矿床与高温水蒸气作用生成H2S,经不完全氧化或与二氧化硫反应而成自然硫: 

自然硫

2H2S + O2 = 2S + 2H2O 2H2S + SO2 = 3S + 2H2O

沉积型

一般是硫酸盐类物质在封闭条件下经菌解作用生成自然硫,或者硫酸盐的水溶液在煤系地层中经还原作用生成大量的H2SH2S在弱氧化条件下,经物理化学作用而沉积自然硫。

风化型

黄铁矿等金属硫化物或硫酸盐氧化分解而成,化学反应式为:FeS2(黄铁矿)→FeSO4 →Fe2(SO4)3 Fe2(SO4)3 + FeS2 →3FeSO4 + 2S(自然硫)


成因产状

全球的一半左右的硫以自然元素即自然硫产出,自然硫见于地壳的最上部分和其表部。其形成有着不同的途径。最主要的是由生物化学作用形成的火山成因的自然矿床。由生物化学作用形成的沉积硫矿床,是在封闭型泻湖中由细菌还原硫酸盐而成,常与石灰岩层或石膏层组成互层。此外,在硫化物矿床氧化带下部,由金属硫化物,主要是由黄铁矿氧化分解而成。首先是黄铁矿经氧化形成Fe2(SO4)3,后者又作用于黄铁矿而形成自然硫:FeS2+Fe2(SO4)3→3FeSO4+2S。在某些沉积层中由石膏分解而成,例如一些盐丘顶部的石膏,由硫细菌作用而被分解,形成自然硫。硫还可以直接由气体冷凝(升华)或硫化氢气体之不完全氧化产生,如活动或休眠火山喷火口边缘附近,由硫气孔喷出的气体转化而成;也可以由硫化物经细菌之硫化作用形成。  硫最常见于第三纪沉积岩内,与石灰岩、硬石膏、石膏共存,通常亦存于黏土层中,与烟煤矿体共存。世界闻名的硫晶体产于西西里吉珍提(Girgenti),与天青石、石膏、方解石和霰石共生。中国自然硫主要产地是台湾北部的大屯火山区;硫亦产于墨西哥、夏威夷、日本、阿根廷与智利的奥雅圭,另外,美国的德州与圣路易斯安纳州也有不错的产量  

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