黄钾铁矾 (英語:Jarosite )是钾 和三价铁 的水合 硫酸盐矿物 ,化学式为KFe3 (SO4 )2 (OH)6 ,这种硫酸盐矿物是硫化铁 在矿床 中氧化 所形成。黄钾铁矾通常是锌 提纯和精炼过程中产生的副产品,也与酸性 矿山排水和酸性硫酸盐土壤环境有关。
物理属性
墨西哥 奇瓦瓦州 阿尔达马市佩尼亚布兰卡山脉黄钾铁矾晶体(5.6 x 3.1 x 1.6厘米)。
黄钾铁矾为三方晶系 结构,质脆,具有基底解理 ,莫氏硬度 为2.5-3.5,比重 3.15-3.26。半透明至不透明,有玻璃质到无光泽,颜色为深黄至黄棕色。有时可能与铁帽(覆盖在矿体上的氧化盖)中常见的褐铁矿 或针铁矿 混淆,黄钾铁矾是硫酸铝钾,即明矾石 的铁质类似物。
固溶体系列
明矾石超群包含明矾石 、黄钾铁矾、砷铅铁矾 、纤磷钙铝石 和磷铝铈矿 亚群。明矾石超群矿物相互同构,彼此间可发生置换,从而形成多种固溶体 系列。明矾石超群的通式为AB3 (TO4 )2 (OH)6 ,在明矾石亚组中B为铝(Al);而黄钾铁矾亚群中,B则是三价铁(Fe3+ )。砷铅铁矾亚群的通式是AB3 (XO4 )(SO4 )(OH)6 ;纤磷钙铝石亚群的为AB3 (TO4 )2 (OH)5 •H2 O;磷铝铈矿亚群的则是AB3 (TO4 )2 (OH)5或6 。
黄钾铁矾晶体结构色码:钾 :紫色;硫 :橄榄色;铁 :紫蓝色;晶胞:天蓝色。
在黄钾铁矾-明矾石系列中,铝 可以替代铁 ,黄钾铁矾和明矾石之间可能存在完整的固溶体系列,即KAl3 (SO4 )2 (OH)6 ,但中间成员很少。产自捷克 科佩克(Kopec)的矿料中大约含有相等的铁和铝,但黄钾铁矾中铝的含量通常很低。
当沉积在粘土 中的黄铁矿 氧化 形成黄钾铁矾时,钾离子(K+ )的主要来源为伊利石 、非膨胀粘土或正长石 。在其他地质环境中,云母 蚀变也可能是钾的来源。
在黄钾铁矾-钠黄铁矾系列中,钠替代钾至少为钠/钾=1:2.4,但纯钠的端元钠黄铁矾NaFe3 (SO4 )2 (OH)6 在自然界中的性状尚不清楚。钠>钾的矿物称为钠黄铁矾。在低于100摄氏度的低温环境下有利于端元的形成(黄钾铁矾和钠黄铁矾),且从亚利桑那州 艾派克斯矿和犹他州 戈尔德山样本中发现的黄钾铁矾和钠黄铁矾振荡区图示,表明两种端元之间存在较宽的互溶间隙[ 5] ,但黄钾铁矾和钠黄铁矾之间是否存在完整的系列尚值得怀疑。
水合氢黄铁矾[ 6] 中,水合氢离子 (H3 O+ )也可替代K+ ,随着水合氢离子含量的增加,虽然晶格常数 “a”变化不大,但常数“c”明显降低[ 7] 。由于富碱黄钾铁矾优先形成,所以水合氢黄铁矾只能从缺碱溶液中产生。
二价阳离子也可取代A位的一价阳离子K+ [ 8] ,电荷平衡可以通过三种方式实现:
首先,用一个二价阳离子取代两个一价阳离子,并留下一个A位空缺,如纤磷钙铝石亚群成员之一的水磷铝铅矿,Pb2+ Al3 (PO4 )2 (OH)5 .H2 O;
其次,通过在B位引入双价离子,如明矾石亚群的羟铅铝钒,Pb2+ Cu2+ Al2 (SO4 )2 (OH)6 和黄钾铁矾亚群的铜铝铁矾,PPb2+ Cu2+ (Fe3+ ,Al)2 (SO4 )2 (OH)6 ;
第三,用三价阴离子替换二价阴离子,如砷铅铁矾亚群的砷铅铁矾,PbFe3+ 3 (AsO4 )3− (SO4 )(OH)6 。
历史
1852年,奥古斯特·布里索普(August Breithaupt)在阿尔玛格雷拉山脉的哈罗索峡谷(西班牙 阿尔梅里亚省 阿尔曼佐拉洞,靠近洛斯洛博斯)首次记载了黄钾铁矾。黄钾铁矾这一名字也直接取自“贾拉”(Jara)—西班牙语 “岩蔷薇”,一种生长于该山脉中的岩蔷薇属 黄花,矿物与这种花有相同的颜色。
在距离墨西哥城30英里的一座古代六层阶梯金字塔—羽蛇神庙的地下洞室内发现了直径1.5至5英寸、通体布满黄钾铁矾的神秘粘土球[ 9] 。
火星探测
勇气号 、机遇号 和好奇号 三辆火星漫游车都探测到了硫酸铁和黄钾铁矾,这些物质的存在表明火星 表面普遍存在着强氧化条件。2009年5月,勇气号火星车行驶时陷入一块软硫酸铁中,这块软硫酸铁被埋在一片外观正常的土壤下面[ 10] 。由于硫酸铁的内聚力 很小,漫游车的车轮无法获得足够的牵引力将车身拖出硫酸铁地块。虽然尝试过多种方法来解救漫游车,但车轮最终还是深深陷入进硫酸铁中,以致车身被架在了地面,车轮无法对下方地表施加任何作用力。由于喷气推进实验室 团队未能解救出“勇气号”,则标志着该火星车的探索旅程被迫提前结束。
南极探孔
在地球上,黄钾铁矾主要出现在粘土 环境中黄铁矿氧化的最后阶段,在酸性条件普遍的矿山尾矿 废弃物中也可以发现黄钾铁矾。出人意料的是,在一段南极 钻孔冰芯内,偶然发现了数量极少的黄钾铁矾尘埃微粒。这一令人惊讶的结果是地质学家在1620米长的冰芯柱内寻找能指示冰河期周期的特定矿物时所发现[ 11] 。地质学家们推测黄钾铁矾尘埃也可能积聚在火星冰川的冰层中[ 12] ,但这一假设仍有争议,因为在火星上黄钾铁矾沉积物可能非常厚(厚达10米),但同时,火星也是一颗多尘的星球,如果火星上没有板块构造 ,冰川尘埃沉积物可能需要很长一段时间才能累积起来。
材料科学中的应用
黄钾铁矾也是一种更通用的术语,表示AM3 (OH)6 (SO4 )2 形式的一系列化合物,其中:
A+ =Na 、K 、Rb 、NH4 、H3 O 、Ag 、Tl ,
M3+ =Fe 、Cr 、V 。
在凝聚态物理和材料科学中,它们因包含与几何不稳定性 有关的笼目 晶格结构层而闻名[ 13] [ 14] 。
參见
参考资料
^ Warr, L.N. IMA–CNMNC approved mineral symbols . Mineralogical Magazine. 2021, 85 (3): 291–320 [2022-10-29 ] . Bibcode:2021MinM...85..291W . S2CID 235729616 . doi:10.1180/mgm.2021.43 . (原始内容存档 于2022-07-22).
^ Gaines et al (1997) Dana's New Mineralogy Eighth Edition, Wiley
^ 存档副本 . [2021-10-31 ] . (原始内容存档 于2021-11-20).
^ 存档副本 (PDF) . [2021-10-31 ] . (原始内容存档 (PDF) 于2012-02-05).
^ American Mineralogist (2007) 92:444-447
^ American Mineralogist (2007) 92:1464-1473
^ American Mineralogist (1965) 50:1595-1607
^ American Mineralogist (1987) 72:178-187
^ Discovery News (2013) "Robot Finds Mysterious Spheres in Ancient Temple" . [2021-10-31 ] . (原始内容 存档于2015-03-19).
^ Chang, Kenneth. Mars rover's 5 working wheels are stuck in hidden soft spot . The New York Times. 2009-05-19 [2009-05-19 ] . ISSN 0362-4331 . (原始内容存档 于2012-04-22).
^ Joosse, Tess. Substance found in Antarctic ice may solve a martian mystery. Science. 2021. ISSN 0036-8075 . S2CID 234047108 . doi:10.1126/science.abg7690 .
^ Baccolo, Giovanni; Delmonte, Barbara; Niles, P. B.; Cibin, Giannantonio; Di Stefano, Elena; Hampai, Dariush; Keller, Lindsay; Maggi, Valter; Marcelli, Augusto; Michalski, Joseph; Snead, Christopher; Frezzotti, Massimo. Jarosite formation in deep Antarctic ice provides a window into acidic, water-limited weathering on Mars . Nature Communications. 2021, 12 (1): 436. Bibcode:2021NatCo..12..436B . ISSN 2041-1723 . PMC 7815727 . PMID 33469027 . doi:10.1038/s41467-020-20705-z .
^ Harrison, A. First catch your hare: the design and synthesis of frustrated magnets. J. Phys.: Condens. Matter. 2004, 16 (9–12): S553–S572. Bibcode:2004JPCM...16S.553H . doi:10.1088/0953-8984/16/11/001 .
^ Wills, A. S.; Harrison, A.; Ritter, C.; Smith, R.; et al. Magnetic properties of pure and diamagnetically doped jarosites: Model kagomé antiferromagnets with variable coverage of the magnetic lattice. Phys. Rev. B. 2000, 61 (9): 6156–6169. Bibcode:2000PhRvB..61.6156W . doi:10.1103/PhysRevB.61.6156 .
外部链接