Mineralogy characteristics, stability conditions, and formation pathways of synthetic pyrrhotite formed by heating pyrite at 700℃

• Autorzy: Wang Zhehao , Wang Ling , He Yuting , Duan Jiongran , Fan Bowen

Identyfikatory

DOI

10.24425/gsm.2023.144633

Warianty tytułu

PL

Charakterystyka mineralogiczna, warunki stabilności i ścieżki powstawania syntetycznego pirotynu utworzonego przez ogrzewanie pirytu w temperaturze 700℃

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Pyrite is a sulfide mineral and is widely distributed in nature. Pyrite may transform into pyrrhotite when heated at high temperatures. In order to support processing engineering techniques and industrial applications of pyrite and pyrrhotite, it is necessary to investigate synthetic pyrrhotite, which is formed by heating pyrite in air, based on existing research. In this work, the mineralogical characteristics and stability conditions of synthetic pyrrhotite formed by heating pyrite at elevated temperatures were studied. The possible formation pathway was verified using a solid-phase reaction. X-ray-diffraction results revealed that synthetic pyrrhotite differs from natural pyrrhotite in the paragenetic association of minerals. Natural pyrrhotite and magnetite coexist in the natural pyrrhotite sample. Synthetic pyrrhotite formed by heating pyrite at 700℃ for 1 h has the paragenetic association with hematite and a small amount of pyrite and magnetite. All pyrrhotite samples were monoclinic pyrrhotite-4C (Fe₇S₈) and exhibit minimal differences in terms of lattice parameters. Synthetic pyrrhotite-4C was stable under 0.5–2 h of heating at 700℃ in air. It had the highest relative content by heating for 1 h. It was eventually transformed into hematite with heating periods exceeding 3 h, as was the case for pyrite and magnetite. In air, synthetic pyrrhotite-4C is mainly formed via two pathways: (1) pyrite → pyrrhotite-4C and (2) pyrite → magnetite → pyrrhotite-4C. Pathway (1) is more favorable than pathway (2). This transformation cannot be achieved by the reaction between hematite and sulfur.

PL

Piryt jest minerałem siarczkowym szeroko rozpowszechnionym w przyrodzie. Piryt może przekształcić się w pirotyn podczas ogrzewania w wysokich temperaturach. W celu wsparcia technik inżynierii mineralnej i przemysłowego zastosowania pirytu i pirotynu, konieczne jest zbadanie syntetycznego pirotynu w oparciu o istniejące badania, który powstaje w wyniku ogrzewania pirytu w powietrzu. W pracy zbadano właściwości mineralogiczne i warunki trwałości syntetycznego pirotynu powstałego w wyniku ogrzewania pirytu w podwyższonej temperaturze. Możliwą ścieżkę powstawania zweryfikowano za pomocą reakcji w fazie stałej. Wyniki dyfrakcji rentgenowskiej ujawniły, że syntetyczny pirotyn różni się od naturalnego pirotynu w paragenetycznych asocjacjach minerałów. Naturalny pirotyn i magnetyt współistnieją w próbce naturalnego pirotynu. Syntetyczny pirotyn powstały w wyniku ogrzewania pirytu w temperaturze 700℃ przez 1 godz. wykazuje asocjację paragenetyczną z hematytem oraz niewielką ilością pirytu i magnetytu. Wszystkie próbki pirotynu były jednoskośnym pirotynem-4C (Fe₇S₈) i wykazują minimalne różnice pod względem parametrów sieci. Syntetyczny pirotyn-4C był stabilny w czasie 0,5–2 godzin ogrzewania w powietrzu w temperaturze 700℃. Najwyższą względną zawartość miał po ogrzewaniu przez 1 godzinę. Ostatecznie został przekształcony w hematyt z okresami ogrzewania przekraczającymi 3 godziny, podobnie jak w przypadku pirytu i magnetytu. W powietrzu syntetyczny pirotyn-4C powstaje głównie dwoma metodami: (1) piryt → pirotyn-4C i (2) piryt → magnetyt → pirotyn-4C. Ścieżka (1) jest korzystniejsza niż ścieżka (2). Tej przemiany nie można osiągnąć w reakcji hematytu z siarką.

Słowa kluczowe

EN

synthetic pyrrhotite; pyrrhotite; pyrite; hematite

PL

pirotyn syntetyczny; pirotyn; piryt; hematyt

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN ; Komitet Zrównoważonej Gospodarki Surowcami Mineralnymi PAN
• Czasopismo: Gospodarka Surowcami Mineralnymi
• Rocznik: 2023
• Tom: T. 39, z. 1
• Strony: 23--34
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Wang Zhehao

• Chengdu University of Technology, China

• https://orcid.org/0000-0002-2833-4526

autor

Wang Ling

• Chengdu University of Technology, China

• https://orcid.org/0000-0002-8588-9149

autor

He Yuting

• Chengdu University of Technology, China

autor

Duan Jiongran

• Chengdu University of Technology, China

autor

Fan Bowen

• Chengdu University of Technology, China

Bibliografia

• [1] Bhargava et al. 2009 – Bhargava, S.K., Garg, A. and Subasinghe, N.D. 2009. In situ high-temperature phase transformation studies on pyrite. Fuel 88, pp. 988–993, DOI: 10.1016/j.fuel.2008.12.005.
• [2] Bogdanova et al. 2016 – Bogdanova, O.Y., Lein, A.Y., Dara, O.M., Ozhogina E.G. and Lisitzin A.P. 2016. Pyrrhotite mineralization as a search criterion for sulfide deposits at sediment-covered spreading centers. Doklady Earth Sciences 470, pp. 928–932, DOI: 10.1134/S1028334X16090038.
• [3] Craig et al. 1998 – Craig, J., Vokes, F. and Solberg, T. 1998. Pyrite: physical and chemical textures. Mineralium Deposita 34, pp. 82–101, DOI: 10.1007/s001260050187.
• [4] Ferrow, E.A. and Sjöberg, B.A. 2005. Oxidation of pyrite grains: A mössbauer spectroscopy and mineral magnetism study. Hyperfine Interactions 163, pp. 95–108, DOI: 10.1007/s10751-005-9199-8.
• [5] Huang et al. 2021 – Huang, F., Xin, S.Z., Mi, T. and Zhang L.Q. 2021. Study of pyrite transformation during coal samples heated in CO2 atmosphere. Fuel 292, DOI: 10.1016/j.fuel.2021.120269.
• [6] Huang, J.H. and Rowson, N.A. 2001. Heating characteristics and decomposition of pyrite and marcasite in a microwave field. Minerals Engineering 14(9), pp. 1113–1117, DOI: 10.1016/S0892-6875(01)00117-0.
• [7] Kołodziejczyk, U. 2009. Hydrological, geological and geochemical conditions determining reclamation of post-mine land in the region of Łęknica. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 25, pp. 189–201.
• [8] Kondoro, J.W.A. and Kiwanga, C.A. 1997. Moessbauer study of natural pyrrhotites. Applied Radiation and Isotopes 48, pp. 555–563.
• [9] Kontny et al. 2000 – Kontny, A., de Wall, H., Sharp, T.G. and Posfai, M. 2000. Mineralogy and magnetic behavior of pyrrhotite from a 260 degrees C section at the KTB drilling site, Germany. American Mineralogist 85(10), pp. 1416–1427.
• [10] Lambert et al. 1998 – Lambert, J.M., Simkovich, G. and Walker, P.L. 1998. The kinetics and mechanism of the pyrite-to-pyrrhotite transformation. Metallurgical and Materials Transactions B 29, pp. 385–396, DOI: 10.1007/s11663-998-0115-x.
• [11] Li, H.Y. and Zhang, S.H. 2013. Detection of mineralogical changes in pyrite using measurements of temperature dependence susceptibilities. Chinese Journal of Geophysics 48(6), pp. 1384–1391, DOI: 10.1002/cjg2.794.
• [12] Mansur et al. 2021 – Mansur, E.T., Barnes, S.J. and Duran, C.J. 2021. An overview of chalcophile element contents of pyrrhotite, pentlandite, chalcopyrite, and pyrite from magmatic Ni-Cu-PGE sulfide deposits. Mineralium Deposita 56(1), pp. 179–204, DOI: 10.1007/s00126-020-01014-3.
• [13] Matsumoto, K. and Nakamura, M. 2012. Syn-eruptive desulfidation of pyrrhotite in the pumice of the Sakurajima 1914-15 eruption: Implication for potential magma ascent rate meter. Journal of Mineralogical and Petrological Sciences 107, pp. 206–211, DOI: 10.2465/jmps.120621b.
• [14] Morimoto et al. 1975 – Morimoto, N., Gyobu, A., Tsukuma, K. and Koto, K. 1975. Superstructure and nonstoichiometry of intermediate pyrrhotite. American Mineralogist 60, pp. 240–248.
• [15] Oliveira et al. 2016 – Oliveira, C.M., Machado, C.M., Duarte, G.W. and Peterson, M. 2016. Beneficiation of pyrite from coal mining. Journal of Cleaner Production 139, pp. 821–827, DOI: 10.1016/j.jclepro.2016.08.124.
• [16] Palyanova et al. 2019 – Palyanova, G.A., Sazonov, A.M., Zhuravkova, T.V. and Silyanov, S.A. 2019. Composition of pyrrhotite as an indicator of gold ore formation conditions at the sovetskoe deposit (Yenisei Ridge, Russia). Russian Geology and Geophysics 60(7), pp. 735–751, DOI: 10.15372/RGG2019049.
• [17] Priestley, T. and Paul, B.B. 1964. A thermodynamic study of pyrite and pyrrhotite. Geochimica et Cosmochimica Acta 28, pp. 641−671, DOI: 10.1016/0016-7037(64)90083-3.
• [18] Selivanov et al. 2011 – Selivanov, E.N., Gulyaeva, R.I. and Vershinin, A.D. 2011. Thermal expansion and phase transformations of natural pyrrhotite. Inorganic Materials 44, 438–442, DOI: 10.1134/S0020168508040201.
• [19] Shi et al. 2015 – Shi, Y.D., Chen, T.H., Li, P., Zhu, X. and Yang, Y. 2015. The phase transition of pyrite thermal decomposition in nitrogen gas. Geological Journal of China Universities 21, pp. 577−583 (in Chinese).
• [20] Stepanov et al. 2021 – Stepanov, A.S., Large, R.R., Kiseeva, E.S., Danyushevsky, L.V., Goemann, K., Meffre, S., Zhukova, I. and Belousov, I.A. 2021. Phase relations of arsenian pyrite and arsenopyrite. Ore Geology Reviews 136, DOI: 10.1016/j.oregeorev.2021.104285.
• [21] Tokonami et al. 1972 – Tokonami, M., Nishiguchi, K. and Morimoto, N. 1972. Crystal structure of a monoclinic pyrrhotite (Fe7S8). American Mineralogist 57(7–8), pp. 1066–1080.
• [22] Wang, H.P. and Salveson, I. 2005. A review on the mineral chemistry of the non-stoichiometric iron sulphide, Fe1− x S (0 ≤ x ≤ 0.125): polymorphs, phase relations and transitions, electronic and magnetic structures. Phase Transitions 78, pp. 547–567, DOI: 10.1080/01411590500185542.
• [23] Wang et al. 2013 – Wang, L., Fan, B.W., He, Y.T., Li, P., Yin, D.Q. and Hu, Y.H. 2013. Characteristics of minerals and their associations of transformation processes in pyrite at elevated temperatures: an X-ray diffraction study. Ironmaking and Steelmaking 41(2), pp. 147–152, DOI: 10.1179/1743281213Y.0000000113.
• [24] Wang et al. 2008 – Wang, L., Pan, Y.X., Li, J.H. and Qin, H. 2008. Magnetic properties related to thermal treatment of pyrite. Science in China Series D: Earth Sciences 51, pp. 1144–1153, DOI: 10.1007/S11430-008-0083-7.
• [25] Zhang et al. 2019 – Zhang, Y., Li, Q., Liu, X., Xu, B., Yang, Y. and Jiang, T. 2019. A thermodynamic analysis on the roasting of pyrite. Minerals 9(4), DOI: 10.3390/min9040220.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023)