Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Алунит, группа минералов, основной сульфат калия железа.
Alunite supergroup, potassium iron basic sulfate mineral
Ярозит – основной гидрат сульфата калия и железа (Fe III) с химической формулой KFe3(SO4)2(OH)6. Этот сульфатный минерал образуется в рудных месторождениях в результате окисления сульфидов железа. Ярозит часто является побочным продуктом при очистке и обогащении цинка, а также обычно встречается в средах кислотного шахтного дренажа и кислых сульфатных почв.
Jarosite is a basic hydrous sulfate of potassium and ferric iron (Fe III) with a chemical formula of KFe3(SO4)2(OH)6. This sulfate mineral is formed in ore deposits by the oxidation of iron sulfides. Jarosite is often produced as a byproduct during the purification and refining of zinc and is also commonly associated with acid mine drainage and acid sulfate soil environments.
Физические свойства
Ярозит имеет тригональную кристаллическую структуру и является хрупким минералом с базальным спайностью, твердостью 2,5–3,5 и удельным весом 3,15–3,26. Он полупрозрачен до непрозрачного, с витринным или тусклым блеском, и окрашен в темно-желтый или желтовато-коричневый цвет. Его иногда можно спутать с лимонитом или гоэтитом, с которыми он часто встречается в госсане (окисленной зоне над рудным телом). Ярозит является железным аналогом калий-алюминиевого сульфата, алюнита.
Jarosite has a trigonal crystal structure and is brittle, with basal cleavage, a hardness of 2.5–3.5, and a specific gravity of 3.15–3.26. It is translucent to opaque with a vitreous to dull luster, and is colored dark yellow to yellowish brown. It can sometimes be confused with limonite or goethite with which it commonly occurs in the gossan (oxidized cap over an ore body). Jarosite is an iron analogue of the potassium aluminium sulfate, alunite.
Серия твердых растворов
Супергруппа алюнитов включает подгруппы алюнита, яросита, будантита, крандаллита и флоренцита. Минералы супергруппы алюнита изоструктурны друг другу, и между ними происходит замещение, что приводит к образованию нескольких рядов твердых растворов. Супергруппа алюнита имеет общую формулу AB3(TO4)2(OH)6. В подгруппе алюнита B – Al, а в подгруппе яросита B – Fe3+. Подгруппа будантита имеет общую формулу AB3(XO4)(SO4)(OH)6, подгруппа крандаллита – AB3(TO4)2(OH)5•H2O, а подгруппа флоренцита – AB3(TO4)2(OH)5 или 6. В ряду ярозит – алюнит Al может замещать Fe, и, вероятно, существует полная серия твердых растворов между ярозитом и алюнитом, KAl3(SO4)2(OH)6, однако промежуточные члены редки. Материал из Копека (Чехия) содержит примерно равное количество Fe и Al, но содержание Al в ярозите обычно невелико. При образовании яросита в результате окисления пирита в осадочных глинах основными источниками K+ являются иллит (неразбухающая глина) или K-полевой шпат. В других геологических условиях источником калия также может быть изменение слюд. В ряду ярозит – натроярозит Na замещает K, по крайней мере, до соотношения Na/K = 1:2.4, но чистый натриевый конечный член NaFe3(SO4)2(OH)6 в природе не встречается. Минералы с Na > K известны как натроярозит. Образование конечных членов (ярозит и натроярозит) благоприятствует низким температурам, менее 100 °C, что иллюстрируется осцилляционным зонированием ярозита и натроярозита, обнаруженным в образцах из шахты Apex (Аризона) и Голд-Хилл (Юта). Это указывает на значительный разрыв в растворимости между двумя конечными членами, и сомнительно существование полной серии между ярозитом и натроярозитом. В гидрониумжарозите ион гидроксония H3O+ также может замещать K+, при этом увеличение содержания ионов гидроксония вызывает заметное уменьшение параметра решетки c, в то время как параметр a практически не изменяется. Гидрониумжарозит образуется только из растворов с дефицитом щелочей, поскольку ярозит, богатый щелочами, образуется предпочтительно. Дивалентные катионы также могут замещать моновалентный катион K+ в позиции A. Баланс заряда может быть достигнут тремя способами. Во-первых, замещением двух моновалентных катионов одним дивалентным катионом и образованием вакансии в позиции A, как в пломбогуммите Pb2+Al3(PO4)2(OH)5•H2O, который является членом подгруппы крандаллитов. Во-вторых, включением дивалентных ионов в позиции B, как в осаризавайте Pb2+Cu2+Al2(SO4)2(OH)6 (подгруппа алюнита) и боверите Pb2+Cu2+(Fe3+,Al)2(SO4)2(OH)6 (подгруппа яросита). В-третьих, заменой дивалентных анионов тривалентными анионами, как в будантите PbFe3+3(AsO4)3−(SO4)(OH)6 (подгруппа будантита).
The alunite supergroup includes the alunite, jarosite, beudantite, crandallite and florencite subgroups. The alunite supergroup minerals are isostructural with each other and substitution between them occurs, resulting in several solid solution series. The alunite supergroup has the general formula AB3(TO4)2(OH)6. In the alunite subgroup B is Al, and in the jarosite subgroup B is Fe3+. The beudantite subgroup has the general formula AB3(XO4)(SO4)(OH)6, the crandallite subgroup AB3(TO4)2(OH)5•H2O and the florencite subgroup AB3(TO4)2(OH)5 or 6. In the jarosite alunite series Al may substitute for Fe and a complete solid solution series between jarosite and alunite, KAl3(SO4)2(OH)6, probably exists, but intermediate members are rare. The material from Kopec, Czech Republic, has about equal Fe and Al, but the amount of Al in jarosite is usually small. When jarosite forms from pyrite oxidation in sedimentary clays, the main sources of K+ are illite, a non swelling clay, or K feldspar. In other geological settings mica's alteration can also be a source of potassium. In the jarosite natrojarosite series Na substitutes for K to at least Na/K = 1:2.4 but the pure sodium end member NaFe3(SO4)2(OH)6 is not known in nature. Minerals with Na > K are known as natrojarosite. End member formation (jarosite and natrojarosite) is favoured by a low temperature environment, less than 100 °C, and is illustrated by the oscillatory zoning of jarosite and natrojarosite found in samples from the Apex Mine, Arizona, and Gold Hill, Utah. This indicates that there is a wide miscibility gap between the two end members, and it is doubtful whether a complete series exists between jarosite and natrojarosite. In hydroniumjarosite the hydronium ion H3O+ can also substitute for K+, with increased hydronium ion content causing a marked decrease in the lattice parameter c, although there is little change in a. Hydroniumjarosite will only form from alkali deficient solutions, as alkali rich jarosite forms preferentially. Divalent cations may also substitute for the monovalent cation K+ in the A site. Charge balance may be achieved in three ways. Firstly by replacing two monovalent cations by one divalent cation, and leaving an A site vacancy, as in plumbogummite, Pb2+Al3(PO4)2(OH)5. H2O, which is a member of the crandallite subgroup. Secondly by incorporating divalent ions in the B sites, as in osarizawaite, Pb2+Cu2+Al2(SO4)2(OH)6, alunite subgroup, and beaverite, Pb2+Cu2+(Fe3+,Al)2(SO4)2(OH)6, jarosite subgroup. Thirdly by replacing divalent anions with trivalent anions, as in beudantite, PbFe3+3(AsO4)3−(SO4)(OH)6, beudantite subgroup.
История
Ярозит был впервые описан в 1852 году Августом Брайтауптом в Барранко-дель-Яросо в Сьерра-Альмагрера (недалеко от Лос-Лобос, Куэвас-дель-Альмансора, Альмерия, Испания). Название "ярозит" происходит непосредственно от "jara" – испанского названия жёлтого цветка рода Cistus, растущего в этих горах. Минерал и цветок имеют одинаковый цвет. Таинственные сферы из глины, покрытые ярозитом, были обнаружены под храмом Пернатого Змея – древней шестиуровневой ступенчатой пирамиды в 48 километрах от Мехико.
Jarosite was first described in 1852 by August Breithaupt in the Barranco del Jaroso in the Sierra Almagrera (near Los Lobos, Cuevas del Almanzora, Almería, Spain). The name jarosite is directly derived from "jara", the Spanish name of a yellow flower that belongs to the genus Cistus and grows in the sierra. The mineral and the flower have the same color. Mysterious spheres of clay, in diameter and covered with jarosite, have been found beneath the Temple of the Feathered Serpent, an ancient six level stepped pyramid 30 mile (48 km) from Mexico City.
Исследование Марса
Сульфат железа и ярозит были обнаружены тремя марсианскими марсоходами: Spirit, Opportunity и Curiosity. Эти вещества указывают на сильно окисляющие условия, преобладающие на поверхности Марса. В мае 2009 года марсоход Spirit застрял, наехав на участок мягкого сульфата железа, скрытый под тонким слоем обычной почвы. Из-за очень низкой связности сульфата железа, колесам марсохода не удалось обеспечить достаточного сцепления, чтобы вытащить корпус из этого участка. Было предпринято несколько попыток освободить марсоход, но колеса в итоге погрузились в сульфат железа настолько глубоко, что корпус марсохода опустился на поверхность Марса, лишив колеса возможности воздействовать на материал под ними. Не сумев восстановить подвижность Spirit, команда JPL признала завершение миссии марсохода.
Ferric sulfate and jarosite have been detected by three martian rovers: Spirit, Opportunity and Curiosity. These substances are indicative of strongly oxidizing conditions prevailing at the surface of Mars. In May 2009, the Spirit rover became stuck when it drove over a patch of soft ferric sulfate that had been hidden under a veneer of normal looking soil. Because iron sulfate has very little cohesion, the rover's wheels could not gain sufficient traction to pull the body of the rover out of the iron sulfate patch. Multiple techniques were attempted to extricate the rover, but the wheels eventually sank so deeply into the iron sulfate that the body of the rover came to rest on the Martian surface, preventing the wheels from exerting any force on the material below them. As the JPL team failed to recover the mobility of Spirit, it signified the end of the journey for the rover.
Антарктида глубокая скважина
На Земле ярозит в основном ассоциируется с конечной стадией окисления пирита в глинистой среде, а также встречается в отвалах горных выработок, где преобладают кислые условия. Вопреки ожиданиям, ярозит был случайно обнаружен в незначительных количествах в виде мелких частиц пыли в кернах льда, извлеченных из глубокой скважины в Антарктиде. Это удивительное открытие сделали геологи, искавшие специфические минералы, способные указывать на циклы ледниковых периодов в слоях 1620-метрового керна льда. Геологи предполагают, что пыль ярозита также могла накапливаться во льду марсианских ледников. Однако эта гипотеза вызывает споры, поскольку на Марсе залежи ярозита могут быть очень мощными (до 10 метров). Тем не менее, Марс – очень пыльная планета, и в отсутствие тектоники плит на Марсе ледниковые отложения пыли могли накапливаться на протяжении длительного времени.
On Earth, jarosite is mainly associated with the ultimate stage of pyrite oxidation in clay environment, and can also be found in mine tailings waste where acidic conditions prevail. Against all expectations, jarosite has also been fortuitously discovered in minute quantities in the form of small dust particles in ice cores recovered from a deep borehole in Antarctica. That surprising discovery was made by geologists who were searching for specific minerals capable of indicating ice age cycles within the layers of a 1620 meter long ice core. Geologists speculate that jarosite dust could also have accumulated within ice in glaciers on Mars. However, that hypothesis is a matter of controversy because, on Mars, jarosite deposits can be very thick (up to 10 meters). However, Mars is also a very dusty planet and, in the absence of plate tectonics on Mars, glacial dust deposits might have accumulated over long periods of time.
Использование в материаловедении
Ярозит — это также более общий термин, обозначающий обширное семейство соединений формулы AM3(OH)6(SO4)2, где A+ = Na, K, Rb, NH4, H3O, Ag, Tl, а M3+ = Fe, Cr, V. В физике конденсированного состояния и материаловедении они известны содержанием слоев с решеткой кагоме, связанных с геометрически фрустрированными магнитами.
Jarosite is also a more generic term denoting an extensive family of compounds of the form AM3(OH)6(SO4)2, where A+ = Na, K, Rb, NH4, H3O, Ag, Tl and M3+ = Fe, Cr, V. In condensed matter physics and materials science they are renowned for containing layers with kagome lattice structure, relating to geometrically frustrated magnets.