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Pyrite

mineral, disulfure de fer (II)

Pyrite
Catégorie II : sulfures et sulfosels[1]
Image illustrative de l’article Pyrite
Pyrite de la mine de Huanzala (Pérou)
Général
Nom IUPAC disulfure de fer(II)
Numéro CAS 12068-85-8
Classe de Strunz
02.EB.05a
Classe de Dana
02.12.01.01
Formule chimique FeS2   [Polymorphes]FeS2
Identification
Masse formulaire[2] 119,975 ± 0,012 uma
Fe 46,55 %, S 53,45 %,
Couleur doré pâle, terne
Système cristallin cubique
Réseau de Bravais primitif P
Classe cristalline et groupe d'espace diploïdal -
Pa3
Macle sur [110], interpénétration (croix de fer), et sur [001]
Clivage faible à {100} et {110}
Cassure irrégulière, parfois conchoïdale
Habitus cubique, les faces peuvent être striées, mais aussi souvent octaèdre ou pyritoèdre
Échelle de Mohs 6 - 6,5
Trait vert-noir à marron avec une odeur de soufre
Éclat métallique, brillant
Propriétés optiques
Transparence opaque
Propriétés chimiques
Densité 4,95 - 5,10
Température de fusion 1 177 - 1 188 °C
Fusibilité fond et donne une boulette magnétique
Solubilité faiblement soluble dans HNO3
Propriétés physiques
Magnétisme magnétique après chauffage
Radioactivité aucune
Précautions
SIMDUT[3]

Produit non contrôlé
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.
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La pyrite est une espèce minérale composée de disulfure de fer (FeS2), polymorphe de la marcassite ; elle contient généralement des traces de métaux précieux (argent (Ag), or (Au)), et de métaux lourds et métalloïdes toxiques nickel (Ni), cobalt (Co), arsenic (As), cuivre (Cu), zinc (Zn), thallium (Tl), sélénium (Se) et vanadium (V), et qui rendent son exploitation en tant que minerai très polluante.

Pyrite Octaèdre - Mines de Huaron, Pérou (8×8 cm)

Historique de la description et appellations modifier

Inventeur et étymologie modifier

Le terme pyrite est attribué à Dioscoride ; il en fait la première mention connue en l'an 50. La pyrite fut remarquée des anciens pour les étincelles qu'elle produit sous les chocs. Le terme provient du grec πυρίτης / pyrítēs – λίθος / líthos, littéralement « pierre à feu ».

Topotype modifier

Le topotype de cette espèce minérale n'est pas référencé.

Synonymes modifier

Il existe de très nombreux synonymes pour cette espèce[4] :

  • fer sulfuré (Haüy) ;
  • hépatopyrite ;
  • or des fous (terme commun avec la chalcopyrite)[5] ; durant la ruée vers l'or, la méconnaissance et le désespoir de bien des mineurs les menèrent à confondre la pyrite et la chalcopyrite avec l'or à cause de leur éclat et leur couleur ; paradoxalement, la pyrite contient des traces d'or (l'arsenic et l'or sont des éléments qui entrent dans la structure de la pyrite via une substitution couplée), le métal précieux prospecté dans les sédiments provenant notamment de la diffusion de son élément chimique hors du minéral de pyrite pendant des millions d'années[6] ;
  • Pyrit (Haidenger) ;
  • pyrites ;
  • Schwefelkies (Werner) ;
  • sidéropyrite ;
  • tombazite ;
  • xanthopyrite.

Caractéristiques physico-chimiques modifier

Critères de détermination modifier

Du point de vue macroscopique, les cristaux de pyrite prennent souvent des formes dodécaédriques aux faces pentagonales appelé pyritoèdres. De façon générale, la pyrite forme des cristaux d'habitus cubique, octaédrique ou pyritoédrique, dont les faces peuvent être striées.

D'éclat métallique brillant et opaque, la pyrite a une couleur dorée pâle. Son trait est vert-noir à marron et dégage une odeur de soufre.

Sa dureté est entre 6 et 6,5 sur l'échelle de Mohs. Sa cassure est irrégulière et parfois conchoïdale.

Les macles des pyritoèdres sont dites en « croix de fer ». La pyrite est souvent maclée sur [110], par interpénétration (croix de fer) et sur [001].

La pyrite est faiblement soluble dans l'acide nitrique. Elle devient magnétique lorsqu'elle est chauffée ; lors de la fusion entre 1 177 °C et 1 188 °C, elle forme une boulette magnétique.

Variétés modifier

  • Arsenian pyrite : pyrite contenant 3 % d’arsenic. Les cristaux de cette variété ont la particularité d’avoir des faces incurvées ou mal formées. Elle s’est rencontrée en France dans la mine de Salsigne dans l’Aude (gisement épuisé) et dans de nombreuses autres localités dans le monde.
  • Ballesterosite : variété riche en zinc et en étain trouvée à Riego Rubio, Ribadeo, Lugo, Galice, Espagne. Cette seule occurrence mondiale suggère que cette « variété » soit en fait un simple synonyme de la pyrite.
  • Bravoïte (synonyme de mechernichite) : espèce décrite par Hillebrand en 1907[7] et dédiée au minéralogiste péruvien Jose J. Bravo (1874-1928). Cette espèce est déclassée au rang de variété par l’IMA. Il s'agit d'une pyrite nickélifère de formule (Fe,Ni)S2. Il existe une sous variété : l’hengleinite, de formule (Ni,Fe,Co)S2, connue à Müsen (Allemagne). La bravoïte possède plusieurs occurrences dans le monde. En France elle est connue dans la vallée d'Aure, Beyrède-Jumet, Hautes-Pyrénées[8], à Malepeyre, Lubilhac, Haute-Loire[9] et dans plus de cinquante autres gisements.
  • Cayeuxite : variété de pyrite riche en As, Sb, Ge, Mo, Ni et autres métaux, se présentant sous forme de nodules polymétaliques du crétacé inférieur. Elle est dédiée au minéralogiste français Lucien Cayeux[10].
  • Cobalt-nickel-pyrite : variété contenant de 2 à 3 % de cobalt et 2 à 6 % de nickel, de formule 4[(Fe,Ni,Co)S2].
  • Cobaltoan pyrite : variété cobaltifère de pyrite de formule (Fe,Co)S2. Il existe de nombreuses occurrences à travers le monde.

Cristallochimie modifier

Groupe de la pyrite
Minéral Formule Groupe ponctuel Groupe d'espace
Pyrite Fe[S2] m3 Pa3
Cattiérite Co[S2] m3 Pa3
Vaesite Ni[S2] m3 Pa3
Penroséite (Ni,Co,Cu)Se2 m3 Pa3
Trogtalite CoSe2 m3 Pa3
Villamaninite (Cu,Ni, Co,Fe)S2 m3 Pa3
Fukuchilite Cu3FeS8 m3 Pa3
Krutaïte CuSe2 m3 Pa3
Hauérite Mn[S2] m3 Pa3
Laurite Ru[S2] m3 Pa3
Aurostibite AuSb2 m3 Pa3
Krutovite Ni[As2] m3 Pa3
Sperrylite Pt[As2] m3 Pa3
Géversite Pt(Sb,Bi)2 m3 Pa3
Insizwaïte Pt(Bi,Sb)2 m3 Pa3
Erlichmanite OsS2 m3 Pa3
Dzharkénite Fe[Se2] m3 Pa3
Gaotaiite Ir3Te8 m3 Pa3
Mayingite IrBiTe m3 Pa3

voir aussi en:Pyrite group.

Cristallographie modifier

La pyrite cristallise dans le système cristallin cubique, de groupe d'espace Pa3 (Z = 4 unités formulaires par maille), avec le paramètre de maille   = 5,416 Å (volume de la maille V = 158,87 Å3, masse volumique calculée = 5,02 g cm−3)[11].

Elle est constituée d'ions fer(II) Fe2+ et d'ions disulfure S22−, autrement notés −S-S−. La structure de la pyrite est apparentée à celle de la halite NaCl. Les ions Fe2+ forment un réseau cubique à faces centrées, comme les ions Na+ de la structure NaCl. Les ions disulfure constituent des bâtonnets −S-S− dont le centre est en position intermédiaire de la maille cubique face-centrée, c'est-à-dire dans la position des ions Cl− de NaCl.

Coordonnées des ions dans la structure de la pyrite
Ion Position
de Wyckoff 		Symétrie
ponctuelle 		Dans l'unité
asymétrique 		Par l'application des opérations
de symétrie du groupe d'espace
Fe2+ 4a .3. 0 0 0 0 1/2 1/2 1/2 0 1/2 1/2 1/2 0
−S-S− 4b .3. 1/2 1/2 1/2 1/2 0 0 0 1/2 0 0 0 1/2
S− 8c .3. 0,38 0,38 0,38
(coordonnées
arrondies)		 0,12 -0,38 0,88 -0,38 0,88 0,12 0,88 0,12 -0,38
-0,38 -0,38 -0,38 0,88 0,38 0,12 0,38 0,12 0,88
0,12 0,88 0,38

Les bâtonnets −S-S− sont inclinés de 54,74° par rapport aux axes du cube, de telle sorte que :

  • les cations Fe2+ sont en coordination octaédrique, entourés d'anions S−, avec une longueur de liaison Fe-S de 2,263 Å ;
  • les ions S− (extrémité des bâtonnets d'ions disulfure −S-S−) sont en coordination tétraédrique, chaque S− étant entouré de trois ions Fe2+ à distance 2,263 Å et de l'autre ions S− du pont disulfure à distance 2,160 Å ;
  • la longueur des liaisons S-S est 217 pm[12]. La variabilité de cette longueur dans la famille des pyrites est interprétée comme un écart à une structure purement ionique.
  •  
    Structure de la pyrite. Jaune : S−, gris : Fe2+.
  •  
    Structure de la halite. Bleu : Na+, Vert : Cl−.

Gîtes et gisements modifier

Gîtologie et minéraux associés modifier

La pyrite peut être d'origine sédimentaire, magmatique, métamorphique ou hydrothermale. On la trouve également dans certaines météorites.

En particulier, les sols schisteux et argileux sont susceptibles de contenir des pyrites en milieu pauvre en oxygène, par action de bactéries sur de la matière organique. Le point de départ de cette minéralisation se trouve dans la production d'hydrogène sulfuré par les bactéries protéolytiques qui dégradent les protéines ou par les bactéries sulfato-réductrices qui décomposent les sulfates (produits issus de la décomposition des protéines) en hydrogène sulfuré. D'autres bactéries réduisent les hydroxydes ferriques (hydroxydes issu des roches ou de la matière organique) et libèrent les ions ferreux dans le milieu ambiant. En se combinant avec le fer, l'hydrogène sulfuré conduit à la précipitation de sulfures de fer, précurseurs de la pyrite. Lorsque la pyrite a une origine sédimentaire, elle constitue le minéral authigène caractéristique des environnements marins anoxiques riches en matière organique[13].

Gisements producteurs de specimens remarquables modifier

  • Espagne
Mina Ampliación a Victoria, Navajún, La Rioja[14].
Mine du Rocheux à Theux-Oneux (fin d'exploitation en 1880).
  • France
Mines de Batère, Corsavy, Arles-sur-Tech, Pyrénées-Orientales[15].
Carrière de talc de Trimouns près de Luzenac dans l’Ariège[16].
Mine de Saint-Pierre-la Palud (Rhône), exploitée jusqu'en 1972.
  • Italie
Cantiere Vigneria, Miniera di Rio (Miniera di Rio Marina), Rio Marina, Île d'Elbe, Toscane[17] .
  • Pérou
Mines de Huaron, San Jose de Huayllay District, Cerro de Pasco, Daniel Alcides Carrión Province, Pasco Department.
  • Slovaquie
Banská Štiavnica baňa (ex Schemmittz), Banská Štiavnica, Banská Štiavnické rudné pole, Štiavnické vrchy, Banskobystrický Kraj[18].

Exploitation des gisements modifier

Utilisation modifier

  • La pyrite fut plus exploitée aussi bien comme source de soufre que de fer. Cette industrie très polluante tend cependant à être remplacée par d'autres procédés. En 1985, 18 % du soufre était obtenu à partir de ce minerai. La quantité extraite est de moins de 8 % actuellement, soit 6,6 millions de tonnes extraites par an, dont 6 millions rien qu'en Chine[19]. Elle n'est pas utilisée comme source de fer pour la fabrication de l'acier car le coût d'extraction est supérieur par rapport à l'hématite (Fe2O3) ou à la magnétite (Fe3O4). L'extraction du fer à partir de la pyrite permet également l'obtention d'une fonte, qui doit cependant être soufflée à l'oxygène pour éliminer le soufre en solution. Les derniers procédés de biolixiviation ont permis l'extraction du chrome à partir de la pyrite.
  • Elle reste le minerai de base de la fabrication de l’acide sulfurique par le procédé des chambres au plomb. Elle est exploitée dans beaucoup de gisements pour le traitement métallurgique des poudres (pelletisation) dans la production de l'or, du cuivre, du cobalt, du nickel…

Problèmes sanitaires et environnementaux modifier

  • Son utilisation dans le remblai autour des fondations de diverses constructions, notamment au Québec et accidentellement comme composant pour le béton à Trois-Rivières, a été à l'origine de critiques en raison de l'affaiblissement des fondations dû aux fissures provoquées par gonflement. Ce gonflement est produit par la réaction de la pyrite avec l'eau, l'air et la chaux (Ca(OH)2) du béton. Les solides produits, hydroxyde ferrique (Fe(OH)3) et gypse (CaSO4(H2O)2), sont plus volumineux que les réactifs solides car ils incorporent les atomes des fluides réactifs ; eau (H2O) et dioxygène (O2) .
4 FeS2 + 15 O2 + 14 H2O + 8 Ca(OH)2 → 4 Fe(OH)3 + 8 CaSO4(H2O)2.
  • Les mine de pyrites et leurs déchets miniers comptent parmi les sources les plus importantes de pollution par l'antimoine, l'arsenic et surtout le thallium[20],[21],[22],[23], le plus toxique de métaux. Il est rare dans la croute terrestre mais souvent significativement présent dans la pyrite (ex : 1299 ppm en moyenne dans les pyrites de Sennari, 1967 ppm Canale della Radice et et 2623 ppm à Fornovolasco en Italie[24]. qui sont « dissous dans la matrice de la pyrite (...) dans des nanoparticules distribuées de manière homogène (...) sous la forme de Tl+, Sb3+, As3+ et As− (...) Tl+ pourrait se produire dans les défauts structuraux de la pyrite, dépourvus de tout ordre à longue distance. La nature "lâche" de Tl dans la pyrite favorise sa perte rapide lors de la recristallisation métamorphique de la pyrite et sa redistribution dans les corps minéralisés et les roches encaissantes, avec des implications importantes d'un point de vue économique et environnementaL »[24].

Galerie modifier

France modifier

Monde modifier

  •  
    Pyrite - dodécaèdre - Rio Marina, île d'Elbe, Italie
  •  
    Pyrite - mine Ampliación a Victoria, Espagne (4 × 4 × 4 cm)
  •  
    Pyrite et sphalérite - mines de Huaron, Pérou (18 × 11 cm)
  •  
    Pyrite et quartz - Banská Štiavnica baňa, Slovaquie (7 × 5,5 cm)
  •  
    Pyrite ; diamètre maximum 52 mm.
  •  
    Pyrite avec des cristaux de hématite.

Références modifier

  1. ↑ La classification des minéraux choisie est celle de Strunz, à l'exception des polymorphes de la silice, qui sont classés parmi les silicates.
  2. ↑ Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
  3. ↑ « Pyrite » dans la base de données de produits chimiques Reptox de la CSST (organisme québécois responsable de la sécurité et de la santé au travail), consulté le 24 avril 2009
  4. ↑ « Index alphabétique de nomenclature minéralogique » BRGM
  5. ↑ F. Pernot, L'or, Éditions Artémis, , 221 p. (ISBN 978-2-84416-282-3, présentation en ligne), p. 22
  6. ↑ (en) P Andráš, Martin Chovan, « Gold incorporation into sulphide minerals from the Tatric Unit, the Western Carpathians, with respect to their chemical composition », Journal of the Czech Geological Society, vol. 50, nos 3-4,‎ , p. 143-156 (DOI 10.3190/JCGS.984)
  7. ↑ (en) W.F. Hillebrand, « Vanadium sulphide, patronite, and its mineral associates from Minasragra, Peru », American Journal of Science, vol. 24, no 140,‎ , p. 141-151 (DOI 10.2475/ajs.s4-24.140.141)
  8. ↑ C. Gourault, « Indice de Beyrède-Jumet (Hautes-Pyrénées) », dans Le Cahier des Micromonteurs, vol. 2, 1998, p. 5-9
  9. ↑ Pierre G. Pélisson, Étude minéralogique et métallogénique du district filonien polytype de Paulhaguet (Haute-Loire, Massif Central français), thèse de doctorat, Orléans, France, 1989
  10. ↑ (en) Zbigniew Sujkowsrki, « The nickel bearing shales in Carpathian Flysch », dans Arch. Mineral. Warsaw, vol. 12, 1936, p. 118-138
  11. ↑ ICSD No. 109 377 ; (en) Milan Rieder, John C. Crelling, Ondřej Šustai, Milan Drábek, Zdeněk Weiss et Mariana Klementová, « Arsenic in iron disulfides in a brown coal from the north bohemian basin, Czech Republic », International Journal of Coal Geology, vol. 71, nos 2-3,‎ , p. 115-121 (DOI 10.1016/j.coal.2006.07.003)
  12. ↑ (en) N. N. Greenwood et A. Earnshaw, Chemistry of the elements, Elsevier, , 2e éd.
  13. ↑ Jean-François Deconinck, Benjamin Brigaud, Pierre Pellenard, Pétrographie et environnements sédimentaires, Dunod, (lire en ligne), p. 223.
  14. ↑ (es) Miguel Calvo Rebollar, Minerales y Minas de España. Volumen II. Sulfuros y sulfosales, Museo de Ciencias Naturales de Álava, 2003, 703 p.
  15. ↑ C. Berbain, G. Favreau et J. Aymar, Mines et Minéraux des Pyrénées-Orientales et des Corbières, Association Française de Microminéralogie, 2005, p. 39-44
  16. ↑ Didier Descouens, P. Gatel, « Le Gisement de talc de Trimouns », in Monde et minéraux, no 78, avril 1987, p. 4-9.
  17. ↑ (it) P. Orlandi et A. Pezzotta, I minerali dell'Isola d'Elba. I minerali dei Giacimenti metalliferi dell'Elba orientale e delle Pegmatiti del Monte Capanne, Novecento Grafico, Bergamo, 1997, 245 p.
  18. ↑ (en) M. Haber, S. Jelen, E.L. Shkolnik, A.A. Gorshkov et E.A. Zhegallo, « The participation of micro-organisms in the formation of todorokite from oxidation zone (Terézia Vein, Banskà Stiavnica deposit, Slovak Republic) », dans Acta Miner. Petr., vol. 1, 2003.
  19. ↑ J.-L. Vignes, G. André et al., Données industrielles, économiques, géographiques sur les principaux produits chimiques, métaux et matériaux, Société chimique de France, , 8e éd. (présentation en ligne)
  20. ↑ (en) YongHeng Chen et ChunLin Wang, « Environmental exposure and flux of thallium by industrial activities utilizing thallium-bearing pyrite », sur Science China Earth Sciences, (ISSN 1869-1897, DOI 10.1007/s11430-013-4621-6, consulté le ), p. 1502–1509
  21. ↑ (en) Juan Liu et Meiling Yin, « Thallium isotopic fractionation in industrial process of pyrite smelting and environmental implications », sur Journal of Hazardous Materials, (ISSN 0304-3894, DOI 10.1016/j.jhazmat.2019.121378, consulté le ), p. 121378
  22. ↑ (en) Chunxia Yang et Yongheng Chen, « Distribution of natural and anthropogenic thallium in the soils in an industrial pyrite slag disposing area », sur Science of The Total Environment, (ISSN 0048-9697, DOI 10.1016/j.scitotenv.2004.09.024, consulté le ), p. 159–172
  23. ↑ (en) Juan Liu et Nuo Li, « Thallium contamination in farmlands and common vegetables in a pyrite mining city and potential health risks », sur Environmental Pollution, (ISSN 0269-7491, DOI 10.1016/j.envpol.2019.02.092, consulté le ), p. 906–915
  24. ↑ a et b (en) Luke L. George et Cristian Biagioni, « The speciation of thallium in (Tl,Sb,As)-rich pyrite », sur Ore Geology Reviews, (DOI 10.1016/j.oregeorev.2019.02.031, consulté le ), p. 364–380

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