El mineral pirita ( / ˈp aɪ r aɪ t / PY -rita ), [6] o pirita de hierro , también conocida como oro de los tontos , es un sulfuro de hierro con la fórmula química Fe S 2 ( disulfuro de hierro (II)). La pirita es el mineral sulfurado más abundante . [7]
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 brazil , utilizados principalmente para referirse a la pirita que se encuentra en el carbón . [8] [9]
El nombre pirita se deriva del griego πυρίτης λίθος ( pyritēs lithos ), 'piedra o mineral que provoca fuego', [10] a su vez de πῦρ ( pyr ), 'fuego'. [11] En la antigua época romana, este nombre se aplicaba a varios tipos de piedra que creaban chispas al golpearse contra el acero ; Plinio el Viejo describió uno de ellos como cobrizo, casi con certeza una referencia a lo que ahora se llama pirita. [12]
En la época de Georgius Agricola , c. En 1550 , el término se había convertido en un término genérico para todos los minerales de sulfuro . [13]
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 las escleritas de gasterópodos de pies escamosos . [14] A pesar de ser apodada "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 en 1997 el estado químico del oro seguía siendo controvertido. [15]
La pirita disfrutó de una breve popularidad en los siglos XVI y XVII como fuente de ignición en las primeras armas de fuego , en particular la llave de rueda , donde se colocaba una muestra de pirita contra una lima circular para generar las chispas necesarias para disparar el arma. [dieciséis]
La pirita se utiliza con pedernal y una forma de yesca hecha de corteza fibrosa por el pueblo Kaurna , pueblo del sur de Australia , como método tradicional para iniciar incendios. [17]
La pirita se ha utilizado desde la época clásica para fabricar cobreas ( sulfato ferroso ). La pirita de hierro se amontonó y se dejó erosionar (un ejemplo de una forma temprana de lixiviación en pilas ). Luego, el escurrimiento ácido 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 . En el siglo XIX, se había convertido en el método dominante. [18]
La pirita sigue teniendo uso comercial para la producción de dióxido de azufre , para su uso en aplicaciones 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 540 °C (1004 °F); a alrededor de 700 °C (1292 °F), p S 2 es aproximadamente 1 atm . [19]
Un uso comercial más nuevo de la pirita es como material catódico en baterías de metal de litio no recargables de la marca Energizer . [20]
La pirita es un material semiconductor con una banda prohibida de 0,95 eV . [21] La pirita pura es naturalmente de tipo n, tanto en forma de cristal como de película delgada, potencialmente debido a las vacantes de azufre en la estructura cristalina de la pirita que actúan como n-dopantes. [22]
Durante los primeros años del siglo XX, la pirita se utilizó como detector de minerales en receptores de radio y todavía la utilizan los aficionados a las radios de cristal . Hasta que el tubo de vacío maduró, el detector de cristal era el detector más sensible y confiable disponible, con una variación considerable entre tipos de minerales e incluso muestras individuales dentro de un tipo particular de mineral. Los detectores de pirita ocupaban un punto intermedio entre los detectores de galena y los pares de minerales perikon , más complicados mecánicamente . Los detectores de pirita pueden ser tan sensibles como un moderno detector de diodo de germanio 1N34A . [23] [24]
La pirita se ha propuesto como un material abundante, no tóxico y económico en paneles solares fotovoltaicos de bajo costo . [25] Se utilizó sulfuro de hierro sintético con sulfuro de cobre para crear el material fotovoltaico. [26] Esfuerzos más recientes están trabajando hacia células solares de película delgada hechas enteramente de pirita. [22]
La pirita se utiliza para fabricar 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 fueron populares en la época victoriana . [27] En el momento en que el término se volvió común en la fabricación de joyas, "marcasita" se refería a todos los sulfuros de hierro, incluida la pirita, y no a la marcasita mineral ortorrómbica FeS 2 , que es de color más claro, quebradiza y químicamente inestable y, por lo tanto, no es adecuada. 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 ofrecen mejores ejemplares se encuentran las provincias de Soria y La Rioja (España). [28]
En términos de valor, China (47 millones de dólares) constituye el mayor mercado para las 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% de 2007 a 2016. [29]
En julio de 2020, los científicos informaron que habían observado 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. [30] [31]
Investigadores del Trinity College de Dublín ( Irlanda) han demostrado que el FeS 2 se puede exfoliar en unas pocas capas, al igual que otros materiales en capas bidimensionales, como el grafeno, mediante una sencilla ruta de exfoliación en fase líquida. Este es el primer estudio que demuestra la producción de plaquetas 2D sin capas a partir de FeS 2 tridimensional en masa . Además, han utilizado estas plaquetas 2D con un 20% de nanotubos de carbono de pared simple como material anódico en baterías de iones de litio, alcanzando una capacidad de 1000 mAh/g cercana a la capacidad teórica del FeS 2 . [32]
En 2021, una piedra de pirita natural fue triturada y pretratada, seguida de una exfoliación en fase líquida en nanohojas bidimensionales, que ha mostrado capacidades de 1200 mAh/g como ánodo en baterías de iones de litio. [33]
Desde la perspectiva de la química inorgánica clásica , que asigna estados de oxidación formales a cada átomo, la pirita y las marcasita probablemente se describan mejor como Fe 2+ [S 2 ] 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. Por el contrario, la molibdenita , Mo S 2 , presenta centros de sulfuro S 2− aislados y el estado de oxidación del molibdeno es Mo 4+ . El mineral arsenopirita tiene la fórmula Fe As S. Mientras que la pirita tiene [S 2 ] 2 unidades, la arsenopirita tiene [AsS] 3 unidades, formalmente derivadas de la desprotonación del arsenotiol (H 2 AsSH). El análisis de los estados de oxidación clásicos recomendaría la descripción de la arsenopirita como Fe 3+ [AsS] 3− . [34]
La pirita de hierro FeS 2 representa el compuesto prototipo de la estructura cristalográfica de la pirita. La estructura es cúbica simple y estuvo entre las primeras estructuras cristalinas resueltas mediante difracción de rayos X. [35] Pertenece al grupo espacial cristalográfico Pa 3 y se denota mediante la notación Strukturbericht C2. En condiciones termodinámicas estándar, la constante de red estequiométrica de la pirita de hierro FeS 2 asciende a 541,87 pm . [36] La celda unitaria se compone de una subred cúbica centrada en las caras de Fe en la que se encuentra el S
2Los iones están incrustados. (Sin embargo, tenga en cuenta que los átomos de hierro en las caras no son equivalentes solo por traducción 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 ciertas dipnictidas en las que X representa P , As y Sb , etc. adoptan la estructura de pirita. [37]
Los átomos de Fe están unidos a seis átomos de S, dando un octaedro distorsionado. El material es un semiconductor . Los iones Fe generalmente se consideran en estado divalente de bajo espín (como lo muestra la espectroscopia de Mössbauer y XPS). El material en su conjunto se comporta como un paraimán de Van Vleck , a pesar de su baja divalencia de espín. [38]
Los centros de azufre se presentan en pares, descritos como S 2 2− . [39] La reducción de pirita con potasio da ditioferrato de potasio , KFeS 2 . Este material presenta iones férricos y centros de sulfuro (S 2- ) aislados.
Los átomos de S son tetraédricos y están unidos a tres centros de Fe y a 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. La falta del centro de inversión 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. [40] La polarización se puede calcular sobre la base de constantes de Madelung de orden superior y debe incluirse en el cálculo de la energía reticular utilizando un ciclo generalizado de Born-Haber . Esto refleja el hecho de que el enlace covalente en el par de azufre no se tiene en cuenta adecuadamente mediante un tratamiento estrictamente iónico. [41]
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 2− simples .
La pirita generalmente forma cristales cuboides, que a veces se forman en estrecha asociación para formar masas con forma de frambuesa llamadas framboides . Sin embargo, en determinadas circunstancias, puede formar filamentos anastomosados o cristales en forma de T. [42] 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.C. [43] [ se necesita aclaración ]
La cattierita ( Co S 2 ), la vaesita ( Ni S 2 ) y la hauerita ( Mn S 2 ), así como la esperrilita ( Pt As 2 ), son similares en estructura y también pertenecen al grupo de las piritas.
La bravoita es una variedad de pirita que contiene níquel-cobalto, con > 50% de sustitución deNi2+por Fe2+dentro de la pirita. La bravoita no es un mineral formalmente reconocido y lleva el nombre del científico peruano José J. Bravo (1874-1928). [44]
La pirita se distingue del oro nativo por su dureza, fragilidad y forma cristalina. Las fracturas de pirita son muy desiguales , a veces concoideas porque no se escinde según un plano preferencial. Las pepitas de oro nativo , o brillos, no se rompen sino que se deforman de forma dúctil . La pirita es quebradiza, el oro es maleable.
El oro natural tiende a ser anédrico (de 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 euhédricos ( es decir , con caras bonitas). La pirita suele distinguirse por las estrías que, en muchos casos, se pueden observar en su superficie. La calcopirita ( CuFeS 2 ) es de color amarillo más brillante con un tono verdoso cuando está húmeda y es más suave (3,5 a 4 en la escala de Mohs). [45] La arsenopirita (FeAsS) es de color blanco plateado y no se vuelve más amarilla cuando está mojada.
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
2ENTONCES
4). Este proceso se acelera por la acción de las bacterias Acidithiobacillus que oxidan la pirita para producir primero iones ferrosos ( Fe2+
), iones sulfato ( SO2-4
_) y libera protones ( H + o H 3 O + ). En un segundo paso, los iones ferrosos ( Fe 2+
) son oxidados por O 2 en iones férricos ( Fe3+
) que se hidrolizan liberando también iones H + y produciendo FeO(OH). Estas reacciones de oxidación ocurren más rápidamente cuando la pirita está finamente dispersa (cristales framboidales formados inicialmente por bacterias reductoras de sulfato (SRB) en sedimentos arcillosos o polvo de operaciones mineras).
La oxidación de la pirita por el O 2 atmosférico en presencia de humedad ( H 2 O ) produce inicialmente iones ferrosos ( Fe2+
) y ácido sulfúrico que se disocia en iones sulfato y protones , dando lugar 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 de 2015 .
La oxidación de la 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 de combustión espontánea . [47] La solución es el uso de voladuras amortiguadoras y el uso de diversos agentes selladores o de revestimiento para sellar herméticamente las áreas minadas y excluir el oxígeno. [48]
En las minas de carbón modernas, se rocía polvo de piedra caliza sobre las superficies expuestas del carbón para reducir el peligro de explosiones de polvo . Esto tiene el beneficio secundario de neutralizar el ácido liberado por la oxidación de la 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 formados pueden ejercer una presión de cristalización que puede expandir las grietas en la roca y eventualmente provocar la caída del techo . [49]
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. [50] La presencia de pirita en el agregado utilizado para fabricar concreto puede provocar un deterioro severo a medida que la pirita se oxida. [51] 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 la 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 . [52] En los Estados Unidos, Canadá, [53] y más recientemente en Irlanda, [54] [55] [56] donde se usó como relleno debajo del piso, la contaminación por pirita ha causado daños estructurales importantes. El hormigón expuesto a iones sulfato, o ácido sulfúrico, se degrada por ataque de sulfato : la formación de fases minerales expansivas, como la etringita (pequeños cristales en forma de agujas que ejercen una enorme presión de cristalización dentro de los poros del hormigón) y el yeso crean fuerzas de tracción internas en la matriz del hormigón que destruyen la pasta de cemento endurecida , forman grietas y fisuras en el hormigón y pueden conducir a la ruina definitiva de la estructura. Las pruebas normalizadas para áridos de construcción [57] certifican que dichos materiales están libres de pirita o marcasita.
La pirita es el mineral de sulfuro más común y está muy extendida en rocas ígneas, metamórficas y sedimentarias. Es un mineral accesorio común en 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. [2]
La pirita se presenta tanto como mineral primario, presente en los sedimentos originales, como como mineral secundario, depositado durante la diagénesis . [2] La pirita y las marcasita se encuentran comúnmente como pseudomorfos de reemplazo de fósiles en esquisto negro y otras rocas sedimentarias formadas en condiciones ambientales reductoras . [58] La pirita es común como mineral accesorio en el esquisto, donde se forma por precipitación de agua de mar anóxica, y los lechos de carbón a menudo contienen una cantidad significativa de pirita. [59]
Se encuentran depósitos notables como masas lenticulares en Virginia, EE. UU., y en cantidades más pequeñas en muchos otros lugares. Se extraen grandes depósitos en Rio Tinto en España y en otras partes de la Península Ibérica.
En las creencias de los tailandeses (especialmente los sureños), la pirita se conoce como Khao tok Phra Ruang , Khao khon bat Phra Ruang (ข้าวตอกพระร่วง, ข้าวก้นบาตรพร ะร่วง) o Phet na tang , Hin na tang (เพชรหน้าทั่ง, หิน หน้าทั่ง). Se cree que es un objeto sagrado que tiene el poder de prevenir el mal, la magia negra o los demonios. [60] [61]
