Pirita
El mineral pirita, o pirita de hierro, también conocido como oro de los tontos, es un sulfuro de hierro con la fórmula química FeS 2 (disulfuro de hierro (II)). La pirita es el mineral sulfurado más abundante.
El brillo metálico de la pirita y su tono amarillo latón pálido le dan un parecido superficial con el oro, de ahí el conocido apodo de oro de los tontos. El color también ha dado lugar a los apodos de latón, brazzle y brasil, que se utilizan principalmente para referirse a la pirita que se encuentra en el carbón.
El nombre pirita deriva del griego πυρίτης λίθος (pyritēs lithos), "piedra o mineral que prende fuego", a su vez de πῦρ (pyr), "fuego". En la época de los antiguos romanos, este nombre se aplicaba a varios tipos de piedra que producían chispas cuando se golpeaban contra el acero; Plinio el Viejo describió uno de ellos como latón, casi con certeza una referencia a lo que ahora llamamos pirita.
En la época de Georgius Agricola, c. 1550, el término se había convertido en un término genérico para todos los minerales de sulfuro.
La pirita generalmente se encuentra asociada con otros sulfuros u óxidos en vetas de cuarzo, rocas sedimentarias y rocas metamórficas, así como en lechos de carbón y como mineral de reemplazo en fósiles, pero también se ha identificado en los escleritos de gasterópodos de patas escamosas. A pesar de ser apodado el oro de los tontos, la pirita a veces se encuentra asociada con pequeñas cantidades de oro. Una proporción sustancial del oro es "oro invisible" incorporado a la pirita (ver depósito de oro tipo Carlin). Se ha sugerido que la presencia tanto de oro como de arsénico es un caso de sustitución acoplada, pero a partir de 1997 el estado químico del oro seguía siendo controvertido.
Usos
La pirita disfrutó de una breve popularidad en los siglos XVI y XVII como fuente de ignición en las primeras armas de fuego, sobre todo en la llave de rueda, en la que se colocaba una muestra de pirita contra una lima circular para encender las chispas necesarias para disparar el arma.
La pirita se usa con pedernal y una forma de yesca hecha de corteza fibrosa por la gente de Kaurna, gente del sur de Australia, como método tradicional para iniciar incendios.
La pirita se ha utilizado desde la época clásica para fabricar cobreas (sulfato ferroso). La pirita de hierro se apiló y se dejó envejecer (un ejemplo de una forma temprana de lixiviación en pilas). Luego, la escorrentía ácida del montón se hirvió con hierro para producir sulfato de hierro. En el siglo XV, nuevos métodos de lixiviación comenzaron a reemplazar la quema de azufre como fuente de ácido sulfúrico. Para el siglo XIX, se había convertido en el método dominante.
La pirita permanece en uso comercial para la producción de dióxido de azufre, para uso en aplicaciones tales como la industria del papel y en la fabricación de ácido sulfúrico. La descomposición térmica de la pirita en FeS (sulfuro de hierro (II)) y azufre elemental comienza a los 540 °C (1004 °F); a alrededor de 700 °C (1292 °F), p S 2 es de aproximadamente 1 atm.
Un uso comercial más reciente de la pirita es como material de cátodo en las baterías de litio no recargables de la marca Energizer.
La pirita es un material semiconductor con una banda prohibida de 0,95 eV. La pirita pura es naturalmente de tipo n, tanto en forma de cristal como de película delgada, posiblemente debido a las vacantes de azufre en la estructura cristalina de pirita que actúan como dopantes n.
Durante los primeros años del siglo XX, la pirita se utilizó como detector de minerales en los receptores de radio y todavía la utilizan los aficionados a la radio de cristal. Hasta que maduró el tubo de vacío, el detector de cristal era el detector disponible más sensible y confiable, con una variación considerable entre los tipos de minerales e incluso muestras individuales dentro de un tipo particular de mineral. Los detectores de pirita ocuparon un punto medio entre los detectores de galena y los pares de minerales perikon mecánicamente más complicados. Los detectores de pirita pueden ser tan sensibles como un detector de diodo de germanio 1N34A moderno.
La pirita se ha propuesto como un material abundante, no tóxico y económico en paneles solares fotovoltaicos de bajo costo. Se utilizó sulfuro de hierro sintético con sulfuro de cobre para crear el material fotovoltaico. Esfuerzos más recientes están trabajando hacia células solares de película delgada hechas completamente de pirita.
La pirita se usa para hacer joyas de marcasita. Las joyas de marcasita, hechas de pequeñas piezas facetadas de pirita, a menudo engastadas en plata, eran conocidas desde la antigüedad y eran populares en la época victoriana. En el momento en que el término se hizo común en la fabricación de joyas, "marcasita" se refería a todos los sulfuros de hierro, incluida la pirita, y no al mineral ortorrómbico FeS 2 marcasita, que es de color más claro, quebradizo y químicamente inestable, por lo que no es adecuado para la fabricación de joyas.. Las joyas de marcasita en realidad no contienen el mineral marcasita. Los ejemplares de pirita, cuando se presenta como cristales de buena calidad, se utilizan en decoración. También son muy populares en la recolección de minerales. Entre los yacimientos que aportan mejores ejemplares se encuentran las provincias de Soria y La Rioja (España).
En términos de valor, China ($47 millones) constituye el mayor mercado de piritas de hierro sin tostar importadas en todo el mundo, y representa el 65 % de las importaciones mundiales. China también es el país de más rápido crecimiento en términos de importaciones de piritas de hierro sin tostar, con una tasa compuesta anual de +27,8 % entre 2007 y 2016.
Investigar
En julio de 2020, los científicos informaron que observaron una transformación inducida por voltaje de pirita normalmente diamagnética en un material ferromagnético, lo que puede conducir a aplicaciones en dispositivos como células solares o almacenamiento de datos magnéticos. Investigadores del Trinity College de Dublín (Irlanda) han demostrado que el FeS 2 se puede exfoliar en pocas capas al igual que otros materiales en capas bidimensionales, como el grafeno, mediante una ruta de exfoliación en fase líquida simple. Este es el primer estudio que demuestra la producción de plaquetas 2D sin capas a partir de FeS 2 a granel 3D. Además, han utilizado estas plaquetas 2D con un 20% de nanotubos de carbono de pared simple como material de ánodo en baterías de iones de litio, alcanzando una capacidad de 1000 mAh/g cercana a la capacidad teórica de FeS 2. En 2021, se trituró y pretrató una piedra de pirita natural, seguida de una exfoliación en fase líquida en nanoláminas bidimensionales, que mostró capacidades de 1200 mAh/g como ánodo en baterías de iones de litio.
Estados de oxidación formales de pirita, marcasita y arsenopirita
Desde la perspectiva de la química inorgánica clásica, que asigna estados de oxidación formales a cada átomo, la pirita y la marcasita probablemente se describan mejor como Fe [S 2 ]. Este formalismo reconoce que los átomos de azufre en la pirita se encuentran en pares con enlaces S-S claros. Estas unidades de persulfuro [ S–S ] pueden considerarse derivadas del disulfuro de hidrógeno, H 2 S 2. Por lo tanto, la pirita se llamaría más descriptivamente persulfuro de hierro, no disulfuro de hierro. En contraste, la molibdenita, MoS 2, presenta centros S de sulfuro aislados y el estado de oxidación del molibdeno es Mo. El mineral arsenopirita tiene la fórmula FeAsS. Mientras que la pirita tiene [S 2 ]unidades, la arsenopirita tiene unidades [AsS], derivadas formalmente de la desprotonación del arsenotiol (H 2 AsSH). El análisis de los estados de oxidación clásicos recomendaría la descripción de la arsenopirita como Fe [AsS].
Cristalografía
Hierro-pirita FeS 2 representa el compuesto prototipo de la estructura de pirita cristalográfica. La estructura es cúbica simple y estuvo entre las primeras estructuras cristalinas resueltas por difracción de rayos X. Pertenece al grupo espacial cristalográfico Pa 3 y se denota con la notación Strukturbericht C2. En condiciones termodinámicas estándar, la constante de red{ estilo de visualización a}
2los iones están incrustados. (Sin embargo, tenga en cuenta que los átomos de hierro en las caras no son equivalentes por traducción sola a los átomos de hierro en las esquinas). La estructura de pirita también se ve en otros compuestos MX 2 de metales de transición M y calcógenos X = O, S, Se y Te. También se sabe que ciertos dipnictidos en los que X representa P, As y Sb, etc. adoptan la estructura de pirita.
Los átomos de Fe están unidos a seis átomos de S, dando un octaedro distorsionado. El material es un semiconductor. Los iones de Fe generalmente se consideran en estado divalente de espín bajo (como lo muestra la espectroscopia de Mössbauer y XPS). El material en su conjunto se comporta como un paramagneto de Van Vleck, a pesar de su divalencia de bajo espín.
Los centros de azufre ocurren en pares, descritos como S 2. La reducción de pirita con potasio da ditioferrato de potasio, KFeS 2. Este material presenta iones férricos y centros de sulfuro (S) aislados.
Los átomos de S son tetraédricos y están unidos a tres centros de Fe y otro átomo de S. La simetría del sitio en las posiciones Fe y S se explica por los grupos de simetría puntual C 3 i y C 3, respectivamente. El centro de inversión que falta en los sitios de la red S tiene consecuencias importantes para las propiedades físicas y cristalográficas de la pirita de hierro. Estas consecuencias se derivan del campo eléctrico cristalino activo en el sitio de la red de azufre, que provoca una polarización de los iones S en la red de pirita.La polarización se puede calcular sobre la base de constantes de Madelung de orden superior y debe incluirse en el cálculo de la energía de la red utilizando un ciclo de Born-Haber generalizado. Esto refleja el hecho de que el enlace covalente en el par de azufre no se explica adecuadamente mediante un tratamiento estrictamente iónico.
La arsenopirita tiene una estructura relacionada con pares heteroatómicos As-S en lugar de pares SS. La marcasita también posee pares de aniones homoatómicos, pero la disposición de los aniones metálicos y diatómicos difiere de la de la pirita. A pesar de su nombre, la calcopirita (CuFeS
2) no contiene pares de dianiones, sino aniones de sulfuro S individuales.
Hábito de cristal
La pirita generalmente forma cristales cuboides, a veces formándose en estrecha asociación para formar masas en forma de frambuesa llamadas framboides. Sin embargo, en determinadas circunstancias, puede formar filamentos anastomosados o cristales en forma de T. La pirita también puede formar formas casi iguales a las de un dodecaedro regular, conocido como piritoedro, y esto sugiere una explicación para los modelos geométricos artificiales encontrados en Europa ya en el siglo V a.
Variedades
La cattierita (CoS 2) y la vaesita (NiS 2) son similares en su estructura y pertenecen también al grupo de las piritas.
La bravoita es una variedad de pirita que contiene níquel-cobalto, con > 50% de sustitución de Ni por Fe dentro de la pirita. La bravoita no es un mineral formalmente reconocido y lleva el nombre del científico peruano José J. Bravo (1874–1928).
Distinguir minerales similares
La pirita se distingue del oro nativo por su dureza, fragilidad y forma de cristal. Las fracturas de pirita son muy irregulares, a veces concoideas porque no se rompe en un plano preferencial. Las pepitas de oro nativo, o brillos, no se rompen sino que se deforman de manera dúctil. La pirita es frágil, el oro es maleable.
El oro natural tiende a ser anédrico (forma irregular sin caras bien definidas), mientras que la pirita se presenta en forma de cubos o cristales multifacéticos con caras bien desarrolladas y afiladas fáciles de reconocer. Los cristales de pirita bien cristalizados son euédricos (es decir, con caras bonitas). La pirita a menudo se puede distinguir por las estrías que, en muchos casos, se pueden ver en su superficie. La calcopirita (CuFeS 2) es de color amarillo más brillante con un tono verdoso cuando está húmeda y es más blanda (3,5–4 en la escala de Mohs). La arsenopirita (FeAsS) es de color blanco plateado y no se vuelve más amarilla cuando está mojada.
Peligros
La pirita de hierro es inestable cuando se expone a las condiciones oxidantes que prevalecen en la superficie de la Tierra: la pirita de hierro en contacto con el oxígeno atmosférico y el agua, o húmeda, finalmente se descompone en oxihidróxidos de hierro (ferrihidrita, FeO(OH)) y ácido sulfúrico (H
2ASI QUE
4). Este proceso es acelerado por la acción de las bacterias Acidithiobacillus que oxidan la pirita para producir primero iones ferrosos (Fe
), iones de sulfato (SO
4) y liberar protones ( H o H 3 O). En un segundo paso, los iones ferrosos (Fe
) son oxidados por O 2 en iones férricos (Fe
) que se hidrolizan también liberando iones H y produciendo FeO(OH). Estas reacciones de oxidación ocurren más rápidamente cuando la pirita está finamente dispersa (cristales framboidales inicialmente formados por bacterias sulfato reductoras (SRB) en sedimentos arcillosos o polvo de operaciones mineras).
Oxidación de pirita y drenaje ácido de minas
La oxidación de pirita por el O 2 atmosférico en presencia de humedad (H 2 O) produce inicialmente iones ferrosos (Fe
) y ácido sulfúrico que se disocia en iones de sulfato y protones, lo que lleva al drenaje ácido de mina (AMD). Un ejemplo de drenaje ácido de roca causado por pirita es el derrame de aguas residuales de la mina Gold King en 2015.{displaystyle {ce {2FeS2{scriptstyle (s)}+7O2{scriptstyle (g)}+2H2O{scriptstyle (l)}->2Fe^{2+}{scriptstyle (aq)}+4SO4 ^{2-}{estilo de escritura (aq)}+4H+{estilo de escritura (aq)}}}}
Explosiones de polvo
La oxidación de pirita es lo suficientemente exotérmica como para que las minas de carbón subterráneas en vetas de carbón con alto contenido de azufre hayan tenido ocasionalmente serios problemas con la combustión espontánea. La solución es el uso de voladuras de amortiguamiento y el uso de varios agentes de sellado o revestimiento para sellar herméticamente las áreas minadas para excluir el oxígeno.
En las minas de carbón modernas, se rocía polvo de piedra caliza sobre las superficies de carbón expuestas para reducir el riesgo de explosiones de polvo. Esto tiene el beneficio secundario de neutralizar el ácido liberado por la oxidación de pirita y, por lo tanto, ralentizar el ciclo de oxidación descrito anteriormente, reduciendo así la probabilidad de combustión espontánea. Sin embargo, a largo plazo, la oxidación continúa y los sulfatos hidratados que se forman pueden ejercer una presión de cristalización que puede expandir las grietas en la roca y conducir eventualmente a la caída del techo.
Materiales de construcción debilitados
La piedra de construcción que contiene pirita tiende a teñirse de marrón a medida que la pirita se oxida. Este problema parece ser significativamente peor si hay marcasita presente. La presencia de pirita en el agregado utilizado para hacer concreto puede provocar un deterioro severo a medida que la pirita se oxida. A principios de 2009, los problemas con los paneles de yeso chinos importados a los Estados Unidos después del huracán Katrina se atribuyeron a la oxidación de pirita, seguida de la reducción microbiana del sulfato que liberó gas de sulfuro de hidrógeno (H 2 S). Estos problemas incluían mal olor y corrosión del cableado de cobre. En Estados Unidos, en Canadá y, más recientemente, en Irlanda,donde se utilizó como relleno bajo el suelo, la contaminación con pirita ha causado importantes daños estructurales. El hormigón expuesto a los iones de sulfato, o ácido sulfúrico, se degrada por el ataque de los sulfatos: la formación de fases minerales expansivas, como la etringita (pequeños cristales en forma de aguja que ejercen una gran presión de cristalización dentro de los poros del hormigón) y el yeso crean fuerzas internas de tracción en la matriz del hormigón que destruir la pasta de cemento endurecida, formar grietas y fisuras en el hormigón y puede conducir a la ruina final de la estructura. Los ensayos normalizados de áridos para la construcción certifican que dichos materiales están libres de pirita o marcasita.
Ocurrencia
La pirita es el más común de los minerales de sulfuro y está muy extendida en rocas ígneas, metamórficas y sedimentarias. Es un mineral accesorio común en las rocas ígneas, donde también se presenta ocasionalmente como masas más grandes que surgen de una fase de sulfuro inmiscible en el magma original. Se encuentra en rocas metamórficas como producto del metamorfismo de contacto. También se forma como un mineral hidrotermal de alta temperatura, aunque ocasionalmente se forma a temperaturas más bajas.
La pirita se presenta como mineral primario, presente en los sedimentos originales, y como mineral secundario, depositado durante la diagénesis. La pirita y la marcasita comúnmente ocurren como pseudomorfos de reemplazo después de que los fósiles en pizarra negra y otras rocas sedimentarias se formaron en condiciones ambientales reductoras. La pirita es común como mineral accesorio en el esquisto, donde se forma por la precipitación del agua de mar anóxica, y los lechos de carbón a menudo contienen una cantidad significativa de pirita.
Se encuentran depósitos notables como masas lenticulares en Virginia, EE. UU., y en cantidades más pequeñas en muchos otros lugares. Grandes depósitos se extraen en Rio Tinto en España y en otras partes de la Península Ibérica.
Creencia
En las creencias de los tailandeses (especialmente el sureño), la pirita es conocida por muchos nombres, Khao Tok Phra Ruang, Khao Khon Bat Phra Ruang (ข้าว ตอก ระ ร่ว่ว, ข้าว ้้น บา ตร พระะ่ว) o Phet Na Tang, Hin Na Tang (พชพชร หน้า ทั่ทั่, หินหน้าทั่ง), se cree que es un elemento sagrado que tiene el poder de prevenir el mal, la magia negra o los demonios.
Imágenes
Como mineral de reemplazo en una amonita de Francia
Pirita de Mina Ampliación a Victoria, Navajún, La Rioja, España
Pirita de la mina Sweet Home, con cubos dorados estriados intercalados con tetraedrita menor, sobre un lecho de agujas de cuarzo transparente
forma radiante de pirita
Paraspirifer bownockeri en pirita
Fluorita rosa encaramada entre pirita por un lado y galena metálica por el otro
Imagen SEM del intercrecimiento de cristales cuboctaédricos de pirita (amarillo) y pirrotita (amarillo rosado)