Sulfuros

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Sulfuros
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Concepto:Calcopirita
Sulfuros. Son compuestos de diversos minerales combinados con el azufre. En química, un sulfuro es la combinación del azufre con un elemento químico o con un radical. Hay unos pocos compuestos covalentes con el azufre, como el disulfuro de carbono, y el sulfuro de hidrógeno que son también considerados como sulfuros.

Pertenecen a esta clase aquellos minerales en cuya composición se encuentra la combinación no oxigenada de metales y no metales con azufre (S), selenio (Se), teluro (Te), arsénico (As) y antimonio (Sb) (rara vez Bi).

Contenido

Tipo de enlace

El tipo de enlace que presentan estos compuestos es sobre todo covalente, aunque muchos de ellos poseen un marcado carácter metálico (algunos son casi aleaciones). También existen sulfuros (los más simples) con un cierto carácter iónico. Las leyes de la estequiometría, muchas veces, parecen no cumplirse, pero hay que tener en cuenta que son frecuentes las asociaciones en cadena y los grupos complejos (sulfosales).

Origen y yacimientos

La mayor parte de los minerales de esta clase se encuentran en yacimientos de origen hidrotermal, tanto de alta (hipotermales), como de media (mesotermales) y de baja temperatura (epitermales). Los elementos metálicos procedentes de focos magmáticos, se depositan cuando bajan las presiones y las temperaturas. Estos compuestos son transportados en disolución, hasta que al bajar más la temperatura y aumentar la disociación del SH2, se forman los aniones sulfuro. La presencia simultánea del sulfuro y de los cationes metálicos en disolución provoca la precipitación de los sulfuros metálicos en el momento que se alcanza el producto de solubilidad. También se forman sulfuros en rocas sedimentarias y en formaciones carboníferas (piritas, marcasitas). En estos últimos casos la descomposición, en condiciones anaerobias, de sustancias orgánicas de origen biológico, han favorecido la reducción de los compuestos de azufre a SH2. En algunos casos, la formación de sulfuros está relacionada con procesos bacterianos. En cuanto a las paragénesis, se puede decir que es muy normal, dado el tipo de formación, que en yacimientos hidrotermales coexistan varios sulfuros (también arseniuros y sulfosales), como por ejemplo pirita, galena, calcopirita, blenda, tetraedrita, etc. Estos yacimientos son relativamente abundantes. Las gangas que suelen acompañar a estos minerales son el cuarzo, la fluorita, la baritina y carbonatos como calcita, dolomita y ankerita.

Usos y aplicaciones de los sulfuros

Algunos de los sulfuros más comunes y difundidos son empleados como menas metálicas. Para la obtención de metales a partir de los sulfuros es necesario someterlos a procesos de metalurgia extractiva. Para el beneficio de las menas suele ser necesaria una concentración previa. La concentración de las menas sulfuradas se realiza tradicionalmente mediante flotación, aprovechando las diferencias de mojabilidad superficial que existen entre estos minerales y las gangas. La separación entre sulfuros, una vez separados de las gangas, también se realiza mediante flotación selectiva, empleando reactivos que deprimen y activan las superficies de los sulfuros que se desea separar. Como resultado de estas operaciones se obtienen los concentrados que posteriormente son sometidos a procesos pirometalúrgicos. La primera etapa pirometalúrgica que se aplica a los sulfuros es la tostación, mediante la cual son transformados en óxidos. Las tostaciones se realizan en hornos especiales, generalmente de rastrillos, y en corriente de oxígeno, para favorecer el proceso, que en el caso de la blenda ocurre según la reacción siguiente: 2SZn + 3O2 -> 2ZnO + 2SO2

Este proceso se aplica también a arseniuros, como por ejemplo el mispíquel:
2AsSFe + 5O2-> As2O3 + Fe2O3 + 2SO2

Una vez obtenido el óxido metálico se le somete a reducción (con carbón u otros reductores) y se obtiene el metal correspondiente.

Aunque la pirita y la marcasita son potenciales menas de hierro, no se emplean para este fin, debido al elevado contenido en azufre que empeora la calidad del hierro. Sin embargo, la pirita se emplea para la obtención de ácido sulfúrico.

Composición química

La composición química se basa en la fórmula XmAp, donde: A: S, As, Sb, Se, Te X: Uno o más metales

El tamaño de A suele ser mayor que el de X.

Iones que forman parte de los sulfuros y sus radios iónicos

ION RADIO (Å) ION RADIO (Å) ION RADIO (Å)
Mn+2 0,8 Zn+2 0,74 Sn+2 1,12
Fe+2 0,76 As+3 0,58 Sn+4 0,71
Fe+3 0,64 As+5 0,47 Sb+3 0,76
Co+2 0,74 Hg+2 1,1 Bi+3 1,2
Ni+2 0,72 Pd+2 0,86 Pt+2 0,96
Cu+1 0,96 Ag+1 1,26 Pb+2 1,2
Cu+2 0,69 Cd+2 0,97 Pb+4 0,84
ION: S-2 Se-2 Te-2 As-3 Sb-3
RADIO: 1,34 1,98 2,21 2,22 2,45

Especies que forman la clase de los sulfuros

El número de especies que forman esta clase es superior a 300, aunque tan sólo 30 pueden considerarse importantes, por encontrarse en grandes cantidades y estar más o menos difundidos. El resto suele poseer un interés muy limitado al coleccionismo o a alguna actividad científica concreta. Entre los sulfuros importantes y que están considerados como menas metálicas, se mencionan los siguientes:

MINERAL MENA
Blenda Zn
Calcosina Cu
Calcopirita Cu
Tetraedrita Cu
Tenantita Cu
Galena Pb
Cinabrio Hg
Molibdenita Mo
Argentita Ag
Pirargirita Ag
Proustita Ag
Mispíquel As
Rejalgar As
Oropimente As
Esmaltina Co y Ni
Cleantita Co y Ni
Skutterudita Co y Ni
Niquelina Ni
Antimonita Sb
Bismutinita Bi
Greenockita Cd

Propiedades físicas

Las propiedades físicas de estos minerales pueden resumirse en los puntos siguientes:

  • Aspecto y brillo metálico.
  • Densidades elevadas (hasta 9).
  • Opacos. Algunos transmiten la luz en los bordes.
  • Coloraciones características.
  • Elevados índices de refracción.
  • Gran conductividad calorífica y eléctrica. Algunos son semiconductores.
  • La dureza depende de la estructura. Los sulfuros con estructuras en cadena y los estratificados son los más blandos (1 a 2), mientras que los covalentes son los más duros (6 a 7).

Características químicas

Los sulfuros de metales pesados suelen tener un producto de solubilidad muy bajo, por lo cual son muy insolubles. Sin embargo, los sulfuros de elementos alcalinos y alcalino-térreos presentan una gran solubilidad, hasta el punto de que suelen ser higroscópicos. Como regla general, se puede decir que, cuanto más noble sea un metal, más estables e insolubles serán los sulfuros que forme.

Los sulfuros muy insolubles se podrán formar a cualquier pH, pero para que se formen los sulfuros más solubles es necesario que el pH sea mayor. Por ejemplo, para precipitar SPb (Kps= 10-28), el pH puede ser bajo (ácido), mientras que para la formación de SMn (Kps=10-15), es necesario un pH mayor (amoniacal).

Como consecuencia de lo anterior hay ciertos sulfuros que son solubles en ClH (SFe, SCd, SZn, SMn, SNi, SCo). Otros sulfuros sólo se solubilizan si se hace desaparecer del medio al ion S-2, lo cual se consigue oxidándole a azufre con ácido nítrico, caso de los sulfuros de cobre y plata. Los sulfuros de metales muy nobles sólo se pueden disolver en agua regia, donde se combinan las acciones acidificantes con las oxidantes y con la capacidad formadora de complejos.

Como los aniones son grandes, se pueden polarizar fácilmente y los enlaces que se establecen en estos compuestos tienen un carácter homopolar mayor que los correspondientes compuestos oxigenados. Debido a ello, sus propiedades son más parecidas a las de los metales y elementos nativos.

Si se considera la serie de combinaciones de un elemento dado con S, Se y Te, las propiedades metálicas del compuesto aumentan a medida que el anión aumenta de número atómico. Lo mismo ocurre si se comparan los compuestos de la serie As, Sb y Bi. Por ejemplo, la bismutinita tiene un brillo metálico más intenso que la antimonita, mientras que el oropimente es traslúcido y los cristales poseen brillo adamantino.

Alteración de los sulfuros

La mayor parte de los sulfuros, arseniuros y sulfosales son sensibles, en mayor o menor medida, a la acción de los agentes químicos de la alteración. Los sulfuros que mejor resisten estos procesos son los más estables frente al agua, los ácidos y los medios oxidantes, es decir los de metales más nobles (cinabrio, esperrilita, laurita,etc.). Pero la mayor parte de los minerales de esta clase son inestables frente a las condiciones de meteorización. La alteración de los sulfuros conduce a la formación de sulfatos, carbonatos, óxidos e hidróxidos. Por ejemplo, la galena se oxida a anglesita en presencia de oxígeno en un proceso en el que interviene el anhídrido carbónico disuelto las en aguas naturales: SPb + 2CO3H2 Pb+2 + SH2 + 2CO3H- SH2 + 2O2 + Pb+2 + 2CO3H- SO4Pb + 2CO3H2 El proceso global puede resumirse así: SPb + 2O2 -> SO4Pb Como el sulfato de plomo es insoluble, la anglesita suele aparecer asociada a la galena cuando ha sido sometida a procesos de oxidación. También pueden acompañar a la galena otros productos de alteración, como la cerusita. La pirita, en contacto con la atmósfera se transforma en hidróxido de hierro (limonita).

Propiedades generales

Pertenecen a esta clase los minerales formados por la combinación del oxígeno con uno o varios metales, pudiendo ser anhidros o hidratados. Se trata de compuestos relativamente abundantes, de tal manera que sobre el peso total de la Litosfera (excluida la Atmósfera y la Hidrosfera), representan un 17% en peso. De todos ellos el más abundante es el cuarzo (SiO2), seguido a gran distancia por los óxidos e hidróxidos de hierro. En menor proporción se encuentran los óxidos e hidróxidos de aluminio, manganeso, titanio y cromo. En general, los óxidos son minerales duros, densos y refractarios. Se suelen presentar en rocas ígneas y metamórficas. Los hidróxidos son menos duros y menos densos que los óxidos, apareciendo como consecuencia de procesos de alteración. Los óxidos son compuestos de naturaleza iónica, con un carácter más o menos polar, dependiendo del radio iónico y de la estructura electrónica del metal. Como norma general, los óxidos iónicos presentan las características siguientes:

  • Gran dureza, de 6 a 9, según la escala de Mohs.
  • Elevada estabilidad química.
  • Alta temperatura de fusión.
  • Baja solubilidad en agua.

Los hidróxidos suelen presentar estructuras estratificadas. A causa de la debilidad de los enlaces entre las capas, su estructura es más lábil que la de los óxidos, siendo más blandos y exfoliables. Por lo que respecta al color, son blancos o incoloros los óxidos de metales con estructura de gas noble (Al+3, Mg+2,etc.), mientras que son oscuros y coloreados los correspondientes a metales de transición que, además suelen poseer brillo semimetálico a metálico. Algunos óxidos de metales de transición son magnéticos.

Fuentes