硫砷化物矿物(sulfarsenide minerals)是硫化物矿物的一个亚群,其化学式中砷取代硫作为阴离子。锑和铋可能伴随砷出现,或替代砷,如在硫砷锑矿中。硫砷化物的化学式看起来像硫盐,然而结构截然不同:在硫盐中,砷取代金属离子,而在硫砷化物中,砷占据硫的阴离子位置。
硫砷化物在达纳和斯特伦茨矿物分类系统中都与硫化物归为一组。它们的晶体结构通常与毒砂或辉砷钴矿同型,砷与金属形成八面体或四面体配位,硫则连接金属-砷骨架。
硫砷化物主要包括两个矿物组:
毒砂是最常见的硫砷化物,呈银白色至钢灰色,金属光泽,硬度5.5至6,比重约6.0,常与金、黄铁矿、黄铜矿和石英共生。毒砂是金矿床中常见的载金矿物,金可以以显微包裹体或晶格缺陷形式存在于毒砂中。
辉砷钴矿呈银白色至淡红色,金属光泽,硬度5,比重约6.3,是钴的矿石矿物之一。砷镍矿与辉砷钴矿同型,是镍的硫砷化物。硫砷锑镍矿含锑、砷和铋,成分可变,常见于镍钴矿床。
硫砷化物主要形成于中低温热液矿床、接触交代矿床和变质矿床。毒砂常见于金矿床、锡矿床和钨矿床,与石英、电气石、黄铁矿和磁黄铁矿共生。辉砷钴矿和砷镍矿常见于钴镍砷化物矿床,与红砷镍矿、砷钴矿和自然铋共生。
硫砷化物的形成受温度、硫逸度、砷逸度和 pH 控制。在还原条件下,砷以 As³⁻ 或 As₂²⁻ 形式与金属和硫结合;在氧化条件下,硫砷化物不稳定,分解为砷酸盐、硫酸盐和氧化物。毒砂氧化会释放砷和酸,是矿山环境中的重要污染源。
毒砂是金矿床中重要的载金矿物,金以不可见金或显微包裹体形式赋存于毒砂晶格中。这类金矿需要细磨和氧化预处理,如焙烧、生物氧化或压力氧化,以打开毒砂包裹体并释放金。毒砂也是砷的主要来源之一,但砷的毒性限制了其直接利用。
辉砷钴矿和砷镍矿是钴、镍的矿石矿物,尤其在摩洛哥、加拿大和北欧的钴镍矿床中。硫砷化物的冶炼需要控制砷的排放,避免污染大气和水体。尾矿中的毒砂和含砷矿物若暴露于氧化环境,会产生含砷酸性排水,需要通过覆盖、中和或稳定化处理加以控制。
硫砷化物与硫盐容易混淆,因为两者的化学式相似。区别在于结构:硫砷化物中砷是阴离子,与硫共同构成阴离子骨架;硫盐中砷或锑是阳离子,取代金属位置。硫砷化物也与砷化物不同,砷化物不含硫或硫很少,如红砷镍矿(NiAs)和砷钴矿(CoAs₃)。
在鉴定中,硫砷化物通常需要结合金属光泽、硬度、比重、条痕和共生矿物判断,并通过电子探针或 X 射线衍射确认砷、硫和金属的配位关系。肉眼鉴定难以区分毒砂、辉砷钴矿和砷镍矿,化学分析往往是必要的。