硫礦是一種基本化工原料。在自然界,硫是分布廣泛、親合力非常強(qiáng)的非金屬元素,它以自然硫、硫化氫、金屬硫化物及硫酸鹽等多種形式存在,并形成各類硫礦床。中國(guó)硫資源十分豐富,儲(chǔ)量排在世界前列。中國(guó)在目前及今后相當(dāng)一段時(shí)期內(nèi),仍將以硫鐵礦和伴生硫鐵礦為主要硫源。國(guó)外硫當(dāng)前主要來自天然氣、石油和自然硫。
硫礦的直接應(yīng)用是生產(chǎn)硫磺和硫酸,二者的用途非常廣泛。大部分硫酸用來生產(chǎn)各類化肥,硫的應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷擴(kuò)大。
一、礦物原料特點(diǎn)
自然界中含硫礦物分布非常廣泛,種類也很多,以單質(zhì)硫和化合態(tài)硫兩種形式出現(xiàn),硫的主要工業(yè)礦物和化合物有:自然硫、黃鐵礦、白鐵礦、磁黃鐵礦、有機(jī)硫、硫化氫及有色金屬硫化物中的硫。
單質(zhì)硫有三種同質(zhì)多復(fù)相體-α硫、β硫和γ硫。在自然條件下,只有α硫最為穩(wěn)定,稱為自然硫。
化合態(tài)硫中可作為硫礦石的礦物主要有:黃鐵礦、白鐵礦、磁黃鐵礦等,其中含硫量達(dá)53.4%的黃鐵礦分布最為廣泛,是中國(guó)最重要的硫礦石,而白鐵礦和磁黃鐵礦含硫量較低,分布局限,工業(yè)意義不大。
明礬石、重晶石、石膏等硫酸鹽類礦物僅在某些硫源缺乏的少數(shù)國(guó)家和地區(qū)作硫礦資源加以利用,中國(guó)還未加以利用。
二、主要硫礦物的性質(zhì)
(一)自然硫
自然硫是指斜方晶系的α硫。分子式為S,理論含硫量為100%,此外,自然硫中通常含有一些雜質(zhì),火山巖自然硫往往含有少量砷、碲、硒和鈦,沉積型自然硫常夾雜有方解石、粘土、有機(jī)質(zhì)和瀝青等。
自然單質(zhì)硫一般為針狀和板狀晶體,常呈不規(guī)則塊體產(chǎn)出。晶形很少見,通常呈致密塊狀,粉末狀、粒狀、條帶狀和被膜狀。
自然硫?yàn)榈S色、棕黃色,有雜質(zhì)時(shí)顏色帶紅、綠、灰和黑色等。莫氏硬度為1~2,比重為2.05~2.08;性脆,解理不完全,斷口貝殼狀,具弱導(dǎo)電、傳熱性。條痕為白—黃白色,透明—半透明狀,樹脂—金剛光澤;燃燒時(shí)發(fā)青藍(lán)色火焰,并有刺鼻硫磺味。耐腐蝕。在360℃和更高溫度條件下硫與氧強(qiáng)烈作用,生成二氧化硫。在約400℃時(shí)硫與氫作用形成硫化氫,溫度繼續(xù)升高時(shí)則離解,在1 690℃時(shí)完全分解成水和硫。硫與苛性堿液與氨溶液一起加熱形成多硫化物或硫代硫酸。硫不溶于水,較易溶于有機(jī)溶劑和二硫化碳。硫作為氧化劑和還原劑出現(xiàn),是化學(xué)上很活潑的元素。
(二)黃鐵礦
黃鐵礦又稱硫鐵礦,分子式為FeS2,其硫理論含量為53.45%,鐵理論含量為46.55%。自然界產(chǎn)出的黃鐵礦常含有鈷、鎳、砷、硒、銻、銅、銀和金等多種金屬元素。有些硫化物還可含非常微量的碲、鍺等稀散元素。
黃鐵礦屬等軸晶系,常見晶形為立方體及五角十二面體。
黃鐵礦顏色多為淺黃銅色,表面常帶有褐色、黃褐色,細(xì)粉狀黃鐵礦集合體常呈綠黑色。硬度6.0~6.5,比重4.9~5.2。性脆,條痕為褐黑或綠黑色。強(qiáng)金屬光澤,不透明,具弱導(dǎo)電性。具熱電性,有的變種具檢波性,斷口參差不齊,偶見貝殼狀斷口。
(三)白鐵礦
白鐵礦(FeS2)與黃鐵礦相同,二者屬于同質(zhì)二象復(fù)體,為斜方晶系,晶體常呈板狀產(chǎn)出。集合體呈結(jié)核狀、球狀、鐘乳狀、皮殼狀等。
白鐵礦為淺黃銅色,略帶淺灰或淺綠色調(diào),新鮮面近似錫白色,條痕暗灰綠色,金屬光澤。不透明,硬度為5.0~6.0,比重4.6~4.9,性脆,解理不完全,斷口為參差狀,具弱電性。
(四)磁黃鐵礦
磁黃鐵礦[Fe1-xS]為六方或單斜晶系兩種同質(zhì)多象變體,常呈致密粒狀塊體,晶體很少見,晶形呈板狀。
磁黃鐵礦新鮮面是古銅棕色,表面常具暗褐色、暗棕色,不透明。金屬光澤。條痕灰黑色。硬度4,性脆,比重4.58~4.70。具磁性,但強(qiáng)弱不一。具導(dǎo)電性,斷口為參差狀至貝殼狀。