(Vaughan and Corkhill, 2017)
Mineral sulfida adalah senyawa di mana sulfur bergabung sebagai anion dengan satu atau beberapa kation logam (atau semi-logam). Definisi ini umumnya diperluas untuk mencakup mineral-mineral di mana anionnya adalah As atau Sb, terkadang bersama dengan S, dan juga untuk mencakup mineral Se dan Te. Sulfosalt adalah kelompok khusus dari mineral sulfida yang memiliki rumus umum AmTnXp dan di mana unsur-unsur yang umum adalah A = Ag, Cu, Pb; T = As, Sb, Bi; X = S. Mereka umumnya mengandung gugus piramidal TS3 dalam strukturnya. Beberapa ratus mineral sulfida telah diketahui, tetapi hanya lima yang merupakan mineral ikutan yang cukup melimpah untuk dikategorikan sebagai “pembentuk batuan”. Kelima mineral tersebut adalah pirit, pirotit, galena, sfalerit, dan kalkopirit, dan yang dominan adalah sulfida besi (pirit dan pirotit). Sulfida besi berpartikulat sangat halus yang ditemukan di lingkungan pereduksi di bawah permukaan beberapa sedimen dan tanah juga penting. Sebelumnya dikenal sebagai ‘sulfida besi amorf’, sekarang diketahui sebagai mackinawit (FeS tetragonal) dan, pada tingkat yang lebih rendah, greigit (Fe3 S4). Baik mackinawit maupun greigit bersifat metastabil dibandingkan dengan pirit dan pirotit.
Yang terpenting, sulfida adalah kelompok mineral bijih yang paling penting karena bertanggung jawab atas konsentrasi berbagai macam logam sebagai endapan yang dapat ditambang. Mereka juga merupakan sumber polusi potensial, baik bagi udara, perairan permukaan, maupun tanah. Polusi udara dapat timbul baik dari peleburan bijih sulfida maupun dari pembakaran batu bara, yang mengandung sulfur terutama sebagai pengotor sulfida. Penguraian sulfida yang tersingkap oleh pelapukan di permukaan Bumi menghasilkan asam sulfat, serta melepaskan logam yang berpotensi beracun ke perairan dan tanah. Bentuk polusi ini dapat berasal dari limbah tambang (drainase tambang asam) atau dari batuan alami yang mengandung sulfida (drainase batuan asam).
Artikel ini memberikan gambaran singkat tentang komposisi dan struktur kristal mineral sulfida utama. Selain sulfida yang disebutkan di atas, pentlandit [(Fe,Ni)9S8] dan produk alterasinya, violarit (FeNi2S4), penting sebagai mineral bijih utama nikel; bornit (Cu55FeS4) dan kalkosit (Cu2S) sebagai mineral tembaga utama; dan molibdenit (MoS2) adalah sumber utama molibdenum. Tetrahedrit (Cu12Sb4S13) harus diperhatikan karena jangkauan logam yang luas, khususnya perak, yang dapat menggantikan tembaga atau antimon dalam strukturnya pada tingkat persen. Sebaliknya, arsenopirit (FeAsS) adalah sumber alami utama arsenik, sebuah polutan yang sangat beracun.
- STRUKTUR KRISTAL DAN KLASIFIKASI SULFIDA
Sulfida dikategorikan ke dalam beberapa kelompok berdasarkan tipe struktur utama atau memiliki fitur struktural kunci yang sama. Umumnya, ini adalah struktur yang ditunjukkan oleh kelompok padatan kristal yang jauh lebih besar, seperti struktur batuan garam dari kelompok galena (Gbr. 1A), bentuk sfalerit dan wurtzit dari ZnS (Gbr. 1B, 1C), atau struktur nikel arsenida (Gbr. 1D).
Kelompok mineral disulfida (Gbr. 1E – 1 H) mengandung unit dianion (S–S, S–As, As–As, dll.). Dalam struktur pirit, oktahedra FeS6 berbagi sudut di sepanjang arah sumbu-c, sedangkan dalam bentuk markasit dari FeS2, oktahedra berbagi tepi untuk membentuk rantai oktahedra di sepanjang sumbu-c. Loellingit (FeAs2) dan arsenopirit (FeAsS) adalah varian dari struktur markasit dengan jarak antarlogam yang masing-masing lebih pendek atau secara bergantian panjang dan pendek di sepanjang tepi oktahedral yang sama.
Sulfida seperti covellite (CuS) (Gbr. 1F) dan molibdenit (MoS2) memiliki struktur berlapis; sulfida lain memiliki struktur yang paling baik digambarkan oleh cincin atau rantai atom yang terhubung [seperti realgar (AsS)]. Sebuah kelompok yang beragam, yang didefinisikan sebagai kelompok kelebihan logam memiliki rasio logam:sulfur lebih besar dari 1:1 dan struktur dari jenis yang diilustrasikan oleh pentlandit, mineral bijih nikel utama (Gbr. 1 J).
I. Covellite J. Pentlanditte
Gambar 1.
Struktur kristal sulfida-sulfida utama. (A) Galena (PbS). (B) Sfalerit (ZnS). (C) Wurtzit (ZnS). (D) Nikolit (NiAs). (E – H) Rangkaian oktahedra logam–sulfur di sepanjang arah sumbu-c pada pirit (FeS2), markasit (FeS2), loellingit (FeAs2), dan arsenopirit (FeAsS). (I) Kovelit (CuS). (J) Gugus kubus dari logam-logam yang terkoordinasi secara tetrahedral dalam struktur pentlandit. Warna atom sebagai berikut: biru muda – Pb; ungu Zn; kuning – S; merah – Fe; oranye – As; merah tua – Ni; biru tua – Cu; untuk 1E – 1 H arsenopirit, bola kuning/abu-abu adalah S atau As.
2. KOMPOSISI KIMIAWI SULFIDA
Komposisi kimia mineral sulfida telah dikarakterisasi dengan baik melalui berbagai analisis sampel alami dan investigasi laboratorium mengenai kesetimbangan fasa (Tabel 1 memberikan nama dan rumus semua sulfida umum, dan banyak sulfida yang kurang umum). Meskipun sebagian besar mineral sulfida adalah senyawa biner atau terner sederhana, sulfida alami mengandung pengotor mulai dari jumlah jejak (ppm) hingga minor (<5% berat). Pengotor tersebut dapat mencakup unsur-unsur beracun seperti arsenik, kadmium, dan merkuri. Substitusi yang lebih luas yang terkait dengan larutan padat juga ditemukan pada sulfida: misalnya, larutan padat lengkap antara pirit (FeS2) dan vaesit (NiS2) yang menghasilkan mineral komposisi intermediat, bravoit [(Fe,Ni)S22].
Sulfida tertentu juga menunjukkan non-stoikiometri (penyimpangan rumus dari rasio bilangan bulat). Sebagai contoh, pirotit umumnya diberi rumus umum Fe1−xS di mana 0<x<0.125. Komposisi yang bervariasi ini sesuai dengan variasi konsentrasi kekosongan pada situs atom besi. Namun, dalam sistem seperti ini, keteraturan kekosongan terjadi pada suhu rendah, dan hasilnya bisa berupa serangkaian fasa stoikiometris dengan komposisi yang sedikit berbeda. Meskipun Fe7S8 memiliki superstruktur (monoklin) yang dihasilkan dari keteraturan kekosongan (Gbr. 2A), situasi pada pirotit ‘intermediat’ atau ‘heksagonal’ lebih kompleks. Beberapa pirotit ini mungkin mewakili fasa teratur dengan komposisi yang terdefinisi dengan jelas (Fe9S10, Fe11S12, dan seterusnya), tetapi keteraturan yang lebih kompleks dan parsial dapat terjadi dalam sistem ini.
Niccolite Pyrrhotite
Gambar 2.
Struktur kristal induk dan turunan pada mineral sulfida. (A) Struktur induk nikolit (NiAs) dan turunannya, troilit (FeS) dan pirotit monoklin (Fe77S8). Juga ditunjukkan atom-atom pada bidang basal troilit dengan panah yang menunjukkan pergerakan atom saat terjadi distorsi; pelenyapan teratur atom besi pada pirotit monoklin juga ditunjukkan, dengan kekosongan yang diwakili oleh kotak (hanya lapisan atom besi yang ditampilkan). (B) Struktur induk sfalerit (ZnS) dan turunannya, kalkopirit (CuFeS2) dan stanit (Cu22FeSnS4). (C) Sel satuan sfalerit dan kalkopirit dengan situs oktahedral yang digariskan, yang kosong pada kalkopirit, tetapi di dalamnya terletak atom-atom logam tambahan pada ‘turunan isian’ talnakhit (Cu9Fe8S16), mooihoekit (Cu9Fe9S16), dan haycockit (Cu4Fe5S8). Susunan teratur logam tambahan di situs-situs oktahedral ini, dan dimensi dalam satuan sel sfalerit induk juga ditunjukkan. Warna atom sebagai berikut: ungu – Zn; kuning – S; merah – Fe; oranye – As; merah tua – Ni; biru tua – Cu; biru/abu-abu – Sn. Diadaptasi dari Craig dan Vaughan (1990).
Daftar Pustaka:
Vaughan, D.J. and Corkhill, C.L. (2017) ‘Mineralogy of sulfides’, Elements, 13(2), pp. 81–87. Available at: https://doi.org/10.2113/gselements.13.2.81.
