硫化亚铁的化学式
单质铁和硫密闭高温反应会生成硫化亚铁。
Fe+S→FeS（实验室制取）
和氢氧化钠反应
FeS+NaOH→Na2S+Fe(OH)2↓
自然界的硫化亚铁以磁黄铁矿的形式存在。它有单斜和六方两种，都为非计量化合物，缺少铁原子，化学式大约为Fe7S8。
硫化亚铁是反铁磁性的，难溶于水，但可溶于酸放出硫化氢或二氧化硫气体
FeS + 2 HCl→ FeCl2 + H2S↑
H2SO4+FeS→FeSO4+H2S↑ （实验室制取硫化氢）
注：与稀硫酸反应才能制取硫化氢。浓硫酸与硫化亚铁会发生氧化还原反应：2FeS+10H2SO4==Fe2(SO4)3+9SO2+10H2O
真空加热至1100 °C时，硫化亚铁开始分解。
fes的意思：是硫化亚铁的意思，其化学式为FeS。黑褐色六方晶体，难溶于水。可由硫和铁在高真空石英封管内共熔而得，反应方程式为Fe+S→ FeS（条件为加热）。
这样制得的硫化亚铁作为化学试剂成本较高，而化学纯试剂硫化亚铁含杂质较多。
fes的化学式：
单质铁和硫密闭高温反应会生成硫化亚铁，Fe+S→FeS（实验室制取）。
和氢氧化钠反应：FeS+NaOH→Na2S+Fe(OH)2↓
自然界的硫化亚铁以磁黄铁矿的形式存在。它有单斜和六方两种，都为非计量化合物，缺少铁原子，化学式大约为Fe7S8。
硫化亚铁是反铁磁性的，难溶于水，但可溶于酸放出硫化氢或二氧化硫气体。
FeS + 2 HCl→FeCl2 + H2S↑
H2SO4+FeS→FeSO4+H2S↑
注：与稀硫酸反应才能制取硫化氢，浓硫酸与硫化亚铁会发生氧化还原反应：2FeS+10H2SO4==Fe2(SO4)3+9SO2+10H2O。
真空加热至1100 °C时，硫化亚铁开始分解。
以上内容参考 百度百科—硫化亚铁
一、煤中的碳一般认为，煤是由带脂肪侧链的大芳环和稠环所组成的。这些稠环的骨架是由碳元素构成的。因此，碳元素是组成煤的有机高分子的最主要元素。同时，煤中还存在着少量的无机碳，主要来自碳酸盐类矿物，如石灰岩和方解石等。碳含量随煤化度的升高而增加。在我国泥炭中干燥无灰基碳含量为55～62％；成为褐煤以后碳含量就增加到60～76.5％；烟煤的碳含量为77～92.7％；一直到高变质的无烟煤，碳含量为88.98％。个别煤化度更高的无烟煤，其碳含量多在90％以上，如北京、四望峰等地的无烟煤，碳含量高达95～98％。因此，整个成煤过程，也可以说是增碳过程。
二、煤中的氢氢是煤中第二个重要的组成元素。除有机氢外，在煤的矿物质中也含有少量的无机氢。它主要存在于矿物质的结晶水中，如高岭土(Al203·2Si02·2H2O)、石膏(CaS04·2H20 )等都含有结晶水。在煤的整个变质过程中，随着煤化度的加深，氢含量逐渐减少，煤化度低的煤，氢含量大；煤化度高的煤，氢含量小。总的规律是氢含量随碳含量的增加而降低。尤其在无烟煤阶段就尤为明显。当碳含量由92%增至98％时，氢含量则由2.1%降到1%以下。通常是碳含量在80～86％之间时，氢含量最高。即在烟煤的气煤、气肥煤段，氢含量能高达6.5％。在碳含量为65～80％的褐煤和长焰煤段，氢含量多数小于6％。但变化趋势仍是随着碳含量的增大而氢含量减小。
三、煤中的氧氧是煤中第三个重要的组成元素。它以有机和无机两种状态存在。有机氧主要存在于含氧官能团，如羧基(--COOH)，羟基(--OH)和甲氧基（--OCH3)等中；无机氧主要存在于煤中水分、硅酸盐、碳酸盐、硫酸盐和氧化物中等。煤中有机氧随煤化度的加深而减少，甚至趋于消失。褐煤在干燥无灰基碳含量小于70％时，其氧含量可高达20％以上。烟煤碳含量在85％附近时，氧含量几乎都小于10％。当无烟煤碳含量在92％以上时，其氧含量都降至5%以下。
四、煤中的氮煤中的氮含量比较少，一般约为0.5～3.0％。氮是煤中唯一的完全以有机状态存在的元素。煤中有机氯化物被认为是比较稳定的杂环和复杂的非环结构的化合物，其原生物可能是动、植物脂肪。植物中的植物碱、叶绿素和其他组织的环状结构中都含有氮，而且相当稳定，在煤化过程中不发生变化，成为煤中保留的氮化物。以蛋白质形态存在的氮，仅在泥炭和褐煤中发现，在烟煤很少，几乎没有发现。煤中氮含量随煤的变质程度的加深而减少。它与氢含量的关系是，随氢含量的增高而增大。五、煤中的硫煤中的硫分是有害杂质，它能使钢铁热脆、设备腐蚀、燃烧时生成的二氧化硫(SO2)污染大气，危害动、植物生长及人类健康。所以，硫分含量是评价煤质的重要指标之一。煤中含硫量的多少，似与煤化度的深浅没有明显的关系，无论是变质程度高的煤或变质程度低的煤，都存在着有机硫或多或少的煤。煤中硫分的多少与成煤时的古地理环境有密切的关系。在内陆环境或滨海三角训平原环境下形成的和在海陆相交替沉积的煤层或浅海相沉积的煤层，煤中的硫含量就比较高，且大部分为有机硫。根据煤中硫的赋存形态，一般分为有机硫和无机硫两大类。各种形态的硫分的总和称为全硫分。所谓有机硫，是指与煤的有机结构相结合的硫。有机硫主要来自成煤植物中的蛋白质和微生物的蛋白质。煤中无机硫主要来自矿物质中各种含硫化合物，一般又分为硫化物硫和硫酸盐硫两种，有时也有微量的单质硫。硫化物硫主要以黄铁矿为主，其次为白铁矿、磁铁矿((Fe7S8)、闪锌矿(ZnS)、方铅矿(PbS)等。硫酸盐硫主要以石膏(CaSO4·2H20)为主，也有少量的绿矾 (FeSO4·7H 20 )等。
Donovan et al.(1997)认为，油气中烃类的长期微渗漏是在近地表沉积层及浅层土壤中产生蚀变带及形成次生磁性矿物的主要原因。他认为来自大气水中的厌氧细菌以石油中的烃为食物，其结果分解产生硫化氢，大量的硫化氢(H2S)可以与岩石中的铁反应形成黄铁矿和二价氧化铁，二价氧化铁再与未蚀变的赤铁矿结合形成次生磁铁矿。
美国地质调查所的Reynolds R L et al.对Cement油田范围内几个采石场中沥青样品的研究，发现这些样品中的磁黄铁矿与非常丰富的黄铁矿共生，表明其磁黄铁矿的形成是油气藏中烃及非烃组分渗漏的结果，因为它们仅在含油气层上方的岩石中出现。
McCabe通过研究美国伊利诺伊州和密西西比州两个采石场沥青样品发现它们具有很强磁性，强磁性载体为沥青样品中磁铁矿。有机地球化学分析结果表明，磁铁矿起源于依附在液体原油中微生物的降解作用。因此，他们推测，其他地质环境中产生的次生磁铁矿也可能在油气藏上方的整个地层剖面中都可发生次生(生)矿物的形成作用。因此在下部地层中，特别是在近垂直带，可以见到氧化硅、氧化铝的形成，再向上则出现方解石、菱铁矿等。特别有意义的是含有原生铁化合物(如赤铁矿Fe2O3)的上部陆源沉积(深达1.5～2.0km)，在烃类的作用下，在这些沉积中可以形成各种不同的磁性矿物(磁铁矿Fe3O4、黄铁矿Fe7S8、胶黄铁矿Fe3S4等)以及非磁性矿物(黄铁矿FeS2、菱铁矿FeCO3等)。
在地表气候条件干燥的地区(如柴达木)，烃及非烃组分渗漏达地表时，还可以在裂缝系统中形成硫磺。在Eh值大于零的岩石的孔缝系统内，由于烃及非烃组分渗漏作用所产生的黄铁矿，磁黄铁矿，在周围岩石氧化环境的影响下，氧化并同时水解，发生褐铁矿化作用，生成褐铁矿［Fe(OH)3］。
柴达木盆地西部油气区的研究表明，与烃及非烃组分微渗漏有关的次生铁矿物，在较高—高产油气井中油气层上方500m甚至2000m以上的沉积层中就开始连续出现。数方油产量的产层也在其上500m以内井段中连续或较连续的出现。只见油气显示或极低产油量的井，其出现的频度很小，连续井段也很小。
研究还发现，在油气藏(田)上方地层岩石中，在烃及非烃组分微渗漏作用下形成的次生矿物纵向上交互变化。在纵向上，不同深度、不同类型的岩石中，次生矿物的种类都可能不同，即便是深度上极小范围的变化，哪怕是同种岩石，情况也是如此。
因油气藏烃及非烃组分微渗漏作用，在其上方地层岩石中形成的次生矿物，由于其成因上的同源性，可以出现同一样品多种矿物共存、同一块体上两种或3种矿物相互包容的现象。在柴达木盆地西部油气区，同一样品同一块体上两种矿物同时出现的一般规律是:褐铁矿包容黄铁矿，褐铁矿包容磁铁矿，磁铁矿包容黄铁矿。3种一起出现在同一块体时，自中心向外缘的变化依次是黄铁矿—磁铁矿—褐铁矿。
油气藏中烃及非烃组分微渗漏作用，不仅导致其上方地层岩石中与之有关联的次生矿物形成，还导致某些区域性分布的矿物，在油气田范围内产生某些性质的改变。在美国俄克拉何马州Velma油田上方，胶结物为碳酸盐+黄铁矿，油田范围之外上覆地层中则为赤铁矿+针铁矿+碳酸盐，可见碳酸盐胶结物分布是区域性的。由于烃类微�.对其区域性分布的碳酸盐胶结物进行阴极发光显微镜分析时发现，Velma油田产油区上方地层岩石的碳酸盐胶结物发暗淡光、温和光或不发光，而产油区外砂岩中碳酸岩胶结物则发明亮光。表明油藏上方的晚期成岩碳酸盐胶结物中微量元素丰度变化与早已被充分证实了的因烃及非烃微渗漏而引起的强还原环境有关，这使得微量金属元素(Fe)增大，Mn略有增大，导致产油区内碳酸盐胶结物阴极发光强度由不发光变为暗淡光或温和光，而非产油区碳酸盐胶结物因贫Fe而发明亮光。
在铁的硫化矿物中(黄铁矿FeS2、硫复铁矿Fe3S4、陨硫铁矿FeS与磁黄铁矿FeS1+x)，只有磁黄铁矿是明显的亚铁磁性。陨硫铁矿在岩石中很少出现。黄铁矿常见于沉积岩，尤其是在与有机物化石有关岩石中。硫复铁矿是介于磁黄铁矿与黄铁矿之间的中间成分，在自然界中分布较少，主要赋存在一些微生物活动较剧烈的地方或富含新鲜水的碳酸盐沉积岩中，以自生矿物的形式存在。硫复铁矿也呈亚铁磁性，但由于它的化学不稳定性，其磁性特征研究较少。黄铁矿具有立方体结构，在常温下为顺磁性。当x为中间成分时，在单个晶格中主要为有序与无序区域结构，它们大多数具有弱的亚铁磁性，而只有当x=0.14时，具有自发质量磁化强度(13.5Am2/kg)，呈铁磁性，Tc=320℃。磁黄铁矿(Fe7S8～Fe9S10)具有非常高的各向异性，沿C轴的质量磁化强度为6.3×10－4Am2/kg，而沿基准面的为1.3×10－4Am2/kg。磁黄铁矿的相对密度为4.6～4.8，并随成分而变化。磁黄铁矿的磁性特征随成分的变化而变化，Js范围为1～20Am2/kg，初始质量磁化率为105～107m3/kg。由于磁黄铁矿具有非常高的磁结晶各向异性，因此很难准确测定它的磁性参数值。
铁的氢氧化物有4种基本的晶体结构。它们主要与风化岩石、土壤及沉积物有关，也可以自含铁溶液中直接沉淀形成。
最常见的矿物为针铁矿(a－FeO(OH))，它是自然界中唯一能携带NRM的铁的氢氧化物，并是褐铁矿的主要组分。它在少数情况下具有很好的晶形，但常见的为亚晶态。研究结果表明，针铁矿是一种反铁磁性矿物，奈耳温度TN为60～170℃，常见的报道为110℃。针铁矿具有很高的各向异性，沿C轴磁化强度有时高达10－3～1Am2/kg。当针铁矿加热，并自奈耳温度以上冷却到室温时，能获得一个弱而稳定的热剩磁。当加热至300～400℃时，针铁矿脱水转变成赤铁矿。这个过程与地下水环境中长期发生的某些过程类似，在地下水环境中，铁的硅酸盐缓慢地分解形成针铁矿。针铁矿的相对密度约为4.3，并具有较低的反射系统(14%～17%)。
第二种铁的氢氧化物是纤铁矿(r－FeO(OH))。它本身没有磁性，为浅棕色及斜方晶系结构，奈耳温度为－196℃，所以在常温下不能携带剩余磁性。当加热至250～350℃之间时，脱水分解成磁赤铁矿，温度再高时，磁赤铁矿分解成赤铁矿。
第三种氢氧化物为褐铁矿(Fe2O3·nH2O)，其磁化率为50×10－5～500×10－5SI)。它是地质学上对结晶程度差、非晶质特征的水合铁氧化物的称谓，它主要由隐晶质的针铁矿和纤铁矿组成，土壤学家称为水铁矿。
由于重力压实、浓度差、毛细结构及油气本身驱动力等作用，可导致油气藏中烃类物质的微渗漏。理论上，由于这种微渗漏作用，改变了上覆岩层的物理-化学环境，导致了一系列生化和物化作用，在油气藏上覆浅部地层中可生成并积累一定浓度的硫化物分布，主要是黄铁矿，其次是磁黄铁矿，极少数情况下出现白铁矿。
20世纪80年代，在我国西南、华北和西北地区，不同时代、不同圈闭类型和不同埋深的已知油气藏上进行了地面激电法的试验研究。在新疆白碱滩、乌尔禾等油田上方浅部地层，也即石油地质一般不研究的浅部地层，地质矿物、地球物理特征的研究，包括大量激电测井、井下系统采样、物性测定、矿物和同位素分析、正演计算等表明:
1)凡进行过激电工作的已知油气藏上(地层从新生界到古生界构造圈闭到岩性圈闭，埋深在1000～3000m之间)都有不同程度的激电异常(图2-2)。
图2-2 西南某区三线激电剖面
2)油气藏上方的浅部地层，从氧化带以下都有不同浓度的黄铁矿物分布，多富集在多孔隙岩石层位(如吐谷鲁底砾岩和齐古组砂岩)。在氧化带也能见到褐铁矿。
3)油田上方地层中，也能见到原生黄铁矿物，但大比例的，特别是多孔地层中的黄铁矿是次生的。
4)油田外围无油井的样品，即使在吐谷鲁底砾岩和齐古组砂岩样品中，也见不到黄铁矿分布。
无油井中样品的硫含量远远低于工业油流井中样品的硫含量。这一现象在其他地区，如廊固凹陷也存在(图2-3)。
5)井中物性测定和正演计算结果表明，样品的高极化率值和地面、测井的激电异常确是由地层中黄铁矿化分布所引起(图2-4)。
6)宏观、微观现象分析表明，上述次生黄铁矿物与油气渗漏和逸散密切有关。
图2-5为准噶尔盆地某区(张赛珍等，1989)，区内断裂、断块发育。在M1异常区内，有20个钻孔，据已掌握的16口井试油资料，都见到了工业油(气)流。在M4号异常区的B23井也见到了工业油流。但在异常边缘的Bll井试油情况不佳。
图2-3 钻孔样品硫含量分析
图2-4 西北某区W22井综合观测结果
区内的无激电异常区，已有27口井，已掌握的20口井资料，只有4口井(B14，B38等)见到了工业油流，16口井都属无油流井。
图2-5 准噶尔盆地某区激电Ms平面图
在已知区获得地面异常后，在老地层出露区，验证了与油气有关的出生黄铁矿确实存在，并且这种矿化作用是引起激电异常的主要原因，从而表明地表激电异常与深部油气储之间的内在联系。
在塔北雅克拉油田储层上方地层岩石中(深3766m与5309～5373m之间)也含有丰富的黄铁矿，这表明该区除了存在与烃渗漏相关的磁铁矿化外，也存在明显的黄铁矿化。
Reynolds et al.(1991)通过对Cement油田、阿拉斯加的Simpson油田及南得克萨斯沿岸平原的Edwards气田地层进一步研究，表明非生物及生物作用可以在某些烃渗漏的硫化带中产生磁性硫化矿物。
在柴达木盆地，自1994年至今的研究表明，在油气藏上方的沉积地层中，在距油气层500m甚至2000m时，便出现由于油气渗漏和逸散而形成的特态黄铁矿、磁黄铁矿、磁铁矿、褐铁矿等。其中，磁黄铁矿大多出现在含有岩盐层的湖相地层中，在磁黄铁矿块体周围往往见有稻草黄色晕，如狮子沟构造的狮23井、建设沟构造的建参1井。褐铁矿出现在红色泥岩或砂岩中。白铁矿只在建参1井一块黄铁矿含量很高的样品中，以脉状形式出现。
组成黄铁矿的主要元素是Fe和S，其中Fe与其呈类质同象的Co，Ni在元素周期表中同属第Ⅷ类，Cu亦能以类质同象形式置换黄铁矿中的Fe。Fe，Co，Ni，Cu电子构型分别是3d64s2，3d74s2，3d84s2和3d104s1，原子半径分别为1.241，1.253，1.246 和1.278，共价半径分别为1.17，1.16，1.15和1.17，离子半径分别为0.72，0.72，0.09和0.72。Se，Te，As属于亲铜元素，可与S呈类质同象存在于黄铁矿中。此外，Si，Al，Ca，Mg，Nb，Mn，Mo，Sr亦可能与煤中黄铁矿伴生。
研究中采用电子探针方法，定量分析了黄铁矿的主元素Fe和S及可以形成硫化物的Co，Ni，Cu，Pb，Cr，Mo，Ag，Sb，Se，As，Te，以及机械混入的Si，Al，Ca，Ti，Zr，Nb，Sr，Ba，Mn，Au等23个元素。将能参与黄铁矿晶格的所有元素定量结果换算成原子数，以阳离子总和为1，换算黄铁矿的分子式（表5-4）。
表5-4 不同类型黄铁矿的分子式
1）就黄铁矿形貌而言，硫铁原子比从大到小的顺序为晶形、集晶、结核和脉状、菊花状、基质状黄铁矿。晶形黄铁矿的S/Fe（原子比率）多大于2或近似于2。在矿床黄铁矿中，矽卡岩型黄铁矿在微观下多为立方体晶形，S/Fe（原子比率）近于2。热液型黄铁矿的S/Fe（原子比率）较低，为1.83，其Fe含量为48%，比标样的Fe含量高，这也是热液矿床黄铁矿的特点，可能为高温热液产物。
2）从分子式看出，南桐6号煤间接底板含铝土质粘土中黄铁矿Y10，Y5的阳离子仅有Fe，未检测出其他元素。As在煤的黄铁矿结核中最高（Y9，Y19）。Y7，Y4，Y22，Y32，Y9，Y25，Y23等样品中黄铁矿与多种微量元素共生，表明其物质来源较为复杂。黄铁矿的w（Co）/w（Ni）比是比较可靠的矿床成因地球化学标志，其Co/Ni比还可被用来研究成矿物质的来源。一般来说，沉积成因的黄铁矿及煤源黄铁矿的w（Co）/w（Ni）小于1，然而在能谱测试中并未显示出这一规律。Co含量在基质状黄铁矿Y12 及脉状黄铁矿Y8中较高，Se含量在热液黄铁矿Y30 及脉状黄铁矿Y23中较高，说明这些样品中黄铁矿具有近似的物源成因。
3）白铁矿及晶形好的黄铁矿中机械混入元素较少，而结核、脉状、基质状黄铁矿含有较多的Si，Al，Ca，Nb，Ti，Sr，Ba，Mn，Mo，Cr等。其中，脉状黄铁矿含有较多的Sr，Te，Ba，Ca，Nb和Si，结核、基质状黄铁矿含有较多的Si，Al，Mn和Mo。结核中常含Au，热液型、矽卡岩型及部分脉状黄铁矿中As含量较高。
4）相关分析表明，S/Fe原子比正比于（S+Fe）的总和，说明随黄铁矿含量的增加，容易形成晶形完好的黄铁矿，S/Fe原子比趋于2左右。然而，在含量低的Y19结核黄铁矿中存在S/Fe原子比为1左右的硫铁化合物，可能为四方硫铁矿Fe9S8和等轴硫铁矿（Fe3S4）。Se与（Fe+S）总量呈正比，这也是煤源黄铁矿的一大特点。Al与Si呈正比，反映煤源黄铁矿中常伴生粘土矿物。煤源黄铁矿不同于热液型黄铁矿，常有Ca，Si，As，Te等共生。
分析中子活化测试成果（表5-5），也得到如下认识：
1）不同的煤源黄铁矿，其元素的共生组合不同。例如，形成于残积平原相（南桐6号煤）的黄铁矿（Y4，Y5），其共生元素尤其是稀土元素∑REE及亲石元素的含量很低，而形成于澙湖潮坪（南桐4号，5号煤）的结核、脉状基质状黄铁矿却有大量元素共生，如Mn，Cr，亲铁元素（Mn，Co，Cr，Ni），V，Ba，Mg等。
2）在煤及顶底板岩石的煤源黄铁矿中，Fe含量具有从晶体、结核状、脉状黄铁矿、基质状向砂层状黄铁矿逐渐降低的趋势，而Co，Mn，∑REE及其他元素却随黄铁矿晶形变差而逐渐增高。晶形越差，亲石元素Ca，Mg，Na，Al的含量越高。在脉状黄铁矿中，Sb和Se的含量高，Mg含量低，具有低温热液成因的性质。Y23脉状黄铁矿更多地呈现出热液成因的特征，Y8可能更近于地下水成因。矿床黄铁矿与煤源黄铁矿的差别，在于前者中亲石元素Ca，Mg，Na，Al等的含量较低，稀土元素少，但更富As，Co，I，Sb等元素。
3）黄铁矿中As，Sb，Se，Co，Ni，Mo，Zr，Cu，Br等微量元素的含量高于其地壳丰度。砂层状黄铁矿（Y25，Y6）、聚晶透镜状（Y17）、栉壳状黄铁矿（Y7）富集稀土元素，尤其是Ce及其他轻稀土元素，说明细粒单晶黄铁矿集合体的形成与轻稀土元素有着密切的成因联系。形成于近碳酸盐潮坪环境的草莓状黄铁矿（Y20）中富集U，Mo，Cs，Cl，Br，Lu，Mn和Ca，反映出这些元素多为机械混入成因。卤族元素，尤其是Br，多出现于强还原环境及闭流体系中形成的黄铁矿，如南桐煤及顶板中黄铁矿（Y6，Y17，Y8，Y14，Y20）。脉状黄铁矿的（As+Sb+Se）值很高，接近于热液型黄铁矿及矽卡岩型黄铁矿，具有后生成因。
表5-5 黄铁矿部分元素的中子活化分析测试结果
4）黄铁矿中La，Sm，∑REE，Th，Cr，Sc互为显著相关，说明它们具有相同来源或成因相似。根据聚类分析，在置信度＞90%的水平可将元素划分为两个群：Ⅰ群包括La，Sm，∑REE（La+Ce+Nd+Sm+Eu+Tb+Yb+Lu），Cr，Sc，Th，Cu，∑1（Cu+As+Se+Sb+Zn），Sb，As，Co，Se和Al；Ⅱ群包括V，∑2（Co+Ni+Mn+Cr），Mn，Mg，Ca，∑3（Ca+Mg+Na+Al），Th/U，Fe，Ba和Na。显然，Ⅱ群多是与黄铁矿磁化率有关的元素，多与Fe有关，含量都很高；Ⅰ群中多为稀土元素、亲铜元素和亲硫元素。降低置信度水平，可将上述两群进一步区分为若干亚群：Ⅰ-1亚群包括La，Sm，REE，Cr，Sc和Th；Ⅰ-2亚群包括Cu，∑1和Sb；Ⅰ-3亚群包括As和Co；Ⅰ-4亚群为Se；Ⅰ-5亚群为Al；Ⅱ-1亚群包括V，Mn，Mg，Ca，∑2，∑3；Ⅱ-2亚群包括Fe；Ⅱ-3亚群为Th/V；Ⅱ-4亚群为Ba和Na。Ⅰ-1亚群显然与稀土元素具有相同成因，煤中稀土元素与火山作用或残积相中元素吸取作用有关。Ⅰ-1和Ⅰ-2亚群都说明黄铁矿中存在伴生矿物或有类质同象离子进入黄铁矿晶格。
关于煤中硫的成因研究可追溯到20世纪初White(1913)的报道。
唐跃刚、任德贻(1996)曾运用微区电子探针、中子活化、X光电子能谱和硫同位素等多种方法系统地研究了四川晚二叠世煤中黄铁矿的结构、成分、价态及同位素等成因标型特征，对黄铁矿标型特征进行了成因探讨，并提出直接沉淀系列(自形晶→集合→聚晶)和复杂成因(微粒、莓粒→圆球→结核→团块)等两大类成因演化模式。
一、煤中黄铁矿成因标志
煤中黄铁矿的结构有粒状、胶状、生物组构、聚型聚晶、交代、充填、纤维等，尤其以胶状、生物结构充填及粒状为主。构造上，最发育浸染状、层状、结核状、脉状。显微镜下，以分散状、集会状自形和半自形晶、莓粒状、结核状和脉状为多，生物组构黄铁矿占一定比例。不同类型黄铁矿在不同环境下形成煤中的分布如图4-2所示，低硫煤中，莓粒状黄铁矿占主导地位，且基底大多为粘土。南桐5号、6号煤中硫含量高，黄铁矿大多以结核状、细胞充填型黄铁矿为主，表明其形成于成岩早期，海相的影响不可忽视。五一矿煤中以自形晶、莓粒为主，并有黄铁矿集合块体，自形晶多以八面体为主，其成煤环境为受海水影响明显。由晶体、薄粒，结核，脉状，大致判别黄铁矿成因为原生、成岩、后生3个阶段。
黄铁矿的电子探针和中子活化分析表明:
1)自形晶黄铁矿及其集合体S/Fe原子比多在2左右，机械混入元素较少，伴生元素总量不超过1%。而结核状、砂层状、透镜状黄铁矿的伴生元素较多。晶形越差，亲石元素Al，Ca，Mg等含量越高。
图4-2 煤中不同类型黄铁矿的分布
2)形成于近陆源的煤顶板的集合状黄铁矿中Al，Ti，V，Ce，Hf，Zr，Th，Ba等亲石元素及Co，Cr等亲铜元素含量高。
形成于潟湖潮坪的煤中及其顶板中结核状、砂层状、透镜状黄铁矿中Ca含量高，大多在1%以上，有的Mn，As，Br，Na，Se及U含量亦高，伴生元素总量均超过2%。
3)煤中热液型脉状黄铁矿的Σ(As+Sb+Se)值高，接近于热液型矿床黄铁矿及矽卡岩型矿床黄铁矿。一般，沉积型黄铁矿S/Se值＞104，而煤中同生和早期成岩黄铁矿S/Se值＞104，后生脉状黄铁矿的S/Se值＜104，多在103～104之间(图4-3)。
图4-3 典型成因黄铁矿的XPS氧谱和拟合曲线
煤及其项底板中黄铁矿表面主要有FeS2，FeSO4，Fe2(SO4)3，Fe2O3，FeOOH及过渡态的FeO，FeSO3。
不同类型黄铁矿的铁硫氧化比值各不相同，煤源黄铁矿由原生、成岩、后生(次生)表面氧化程度逐渐增加。黄铁矿表面S/Fe原子比与其氧含量大致呈反比。
硫同位素的测定能为硫的起源、各种硫包括黄铁矿硫所形成的快慢，甚至世代及形成环境介质条件等问题提供依据。对四川晚二叠世煤和黄铁矿硫同位素分析表明:
1)煤及其顶底板中黄铁矿的δ34S变化很大，由－32.3‰～+39.5‰。南桐煤田南桐矿6号、5号和4号主采煤层中黄铁矿的δ34S有由下而上，由负值向正值变化的总趋势，反映其成煤环境由开放体系向封闭体系方向变化(图4-4)。
图4-4 南桐煤矿主采煤层中及顶底板中黄铁矿的δ34S分布
2)成岩型脉状黄铁矿的δ34S都为正值，与其相邻的结核状黄铁矿的δ34S相近，表明具有同一流源，形成于成岩期。而与热液有关的脉状黄铁矿，其δ34S约为+6‰～+9‰，其同位素值变化狭窄。
3)美国佛罗里达的泥炭研究表明，由Okefenokee淡水泥炭→Everglades微咸水泥炭→Everglades咸水泥炭，其有机硫的同位素比值逐渐变轻，即更富32S。四川晚二叠世煤中黄铁矿的δ34S值，由房连湖泊相C8煤中黄铁矿δ34S为+4.1‰，到潮坪相的南桐5号煤中的δ34S为－9.2‰，受海水影响的南桐6号煤(残积平原)中δ34S约为－13.9‰，海相的五一煤中黄铁矿δ34S为－19.0‰，亦反映出由淡水向咸水方向δ34S变负，同位素逐渐变轻而富32S。
二、直接沉淀黄铁矿成因演化模式
当介质含有由硫酸盐还原的炮和H2S及铁，且还原环境pH＜6.5，Fe2+与H2S不超过FeS的浓度积时，水介质环境中可直接沉淀出具有晶形的黄铁矿，晶形常见立方体(a)、五角十二面体(e)、八面体(o)。黄铁矿晶形受结晶习性及介质条件影响，由于立方体(a)表面能最小，所以黄铁矿雏晶为简单立方体，即饱和状态形成立方体。Donnay和Harkerj认为八面体是黄铁矿最稳定的状态，a理应向o转化。黄铁矿雏晶在稳定的、过饱和度较低的介质环境中，立方体上出现八面体结晶面。形成a+o聚形晶，实现a→a+o→o的转变。一般黄铁矿化的演化完整序列是:a→a+e→e→e+a→a→a+o→o。黄铁矿雏晶a在不稳定的过饱和度高的介质环境中，{100}面生长层边缘构成高指数{hko}面，形成{100}+{hko}聚形晶。
形成于陆源淡水酸性环境(pH＜6.5)中的低硫煤，硫酸盐浓度低，Fe供应较足，在局部小环境中，一旦介质中S－与Fe2+达到饱和态，则形成立方体雏晶，呈星点状散布。由于介质浓度低，它不会再向e，o转变，因此，低硫煤中的黄铁矿晶体多为立方体。五一高硫煤，由于受海水影响，硫源供应充足，硫酸盐还原菌活动强烈，S－及Fe2+供给充足，呈过饱和态。黄铁矿晶体向最稳定的八面体方向转化，因此所见晶体多为八面体。黄铁矿与白铁矿共生，说明介质呈中偏酸性。
随着黄铁矿生成环境介质浓度的增加，空间黄铁矿个数增加，相互集合，呈现透镜状、层状集合体，进一步溶化、空间浓度增加，形成聚晶，由点连生体向部分连生体及完全连生体方向演化。
由上述，可推断晶体黄铁矿形成及演化模式如图4-5所示。图4-5中箭头指向为浓度增加，e与a+e，a，a+o线相交，表示e变o经历了e→a+e→a→a+o→o。由Fe，S转变为a，则取决于介质条件，并经历了硫酸盐还原作用及黄铁矿成矿作用，其中可能经历了不稳定的单硫化铁阶段(低饱和度)。
图4-5 自形晶黄铁矿形成及演化模式
直接沉淀而成的黄铁矿晶体，形成较快。相对而言，立方体形成快，而由立方体形成五角十二面体、八面体的过程则较为缓慢。且各阶段形成的黄铁矿，介质条件要求很高，形成矿物质纯，伴生元素少。
三、复杂成因黄铁矿的形成样式
在咸水及pH＞6.5的条件下，当介质中溶解的硫离子浓度也高时，黄铁矿的形成经历了由单硫化物到四方硫铁矿(Fe9S8)至等轴硫铁矿(Fe3S4)，最后形成黄铁矿的过程。尽管Fe9S8和Fe3S4分别属四方晶系和立方晶系，但宏观及显微镜下常呈“胶态”，由此演化成的黄铁矿亦不显晶形，呈“胶状”。由于所经历的阶段多而复杂，形成多较为缓慢。Bailey(1990)研究表明，大的单晶黄铁矿S/Fe值多近于2.0，而小的微粒状黄铁矿或细微莓粒黄铁矿则为高浓度微氧化的介质条件下形成，S/Fe值＜2.0，且含有一定量的氧。此时，单硫化物沉淀要求超饱和度。
随着结晶作用的加强，组成莓粒状黄铁矿的更小个体，由微粒状(胶态)转变为立方体半自形晶、自形晶，以至具较稳定状态的十二面体或八面体单晶转变为球状黄铁矿。
在许多结构中，常可见到多个圆球的集合。南桐5号煤层底板中的黄铁矿结核，由波谱测定，其成分为FeS1.061≈Fe8S9，FeS0.834≈Fe9S8等低硫硫化铁矿物，并呈圆球，不显晶粒的颗粒，它们显然是复杂成因黄铁矿形成的雏形。由此可知结核的成因之一可为莓粒演化而成。由上述可知，在介质饱和状态，pH＞6.5，复杂成因的黄铁矿其形成较慢，形成模式如图4-6所示。
图4-6 缓慢复杂成因黄铁矿的形成模式
低硫煤形成时，泥炭沼泽环境pH大多＜6.5，但仍然有许多莓粒状黄铁矿，且多分布于粘土薄层中。Canfield(1992)指出，H2S能与层状硅酸盐中格子上铁反应而形成FeS2，其形成速度比沉积物中最活的氢氧化铁与H2S的反应要慢108倍。由此可知，煤中莓粒状黄铁矿中Fe主要来源于粘土，莓子皆为微粒，形成过程缓慢。
主要矿物为磁黄铁矿和红镍矿。晶体结构属红镍矿（NiAs）型。磁黄铁矿成分近似于FeS，一般表示为Fe1-xS。它有两个同质多像变体，分别稳定于320℃之上和之下。高温变体为六方晶系（6/mmm），其成分相当于FeS-Fe7S8之间的固溶体；低温变体为单斜晶系（2/m），其成分为Fe7S8。此外，低温变体除单斜磁黄铁矿外，还存在其他超结构类型，不同超结构类型的产生是由于结构中铁离子缺位的有序排列所引起的。
磁黄铁矿Pyrrhotite—Fe1-xS
晶体参数 六方晶系；对称型6/mmm。空间群P63/mmca0=0.343nm,c0=0.569nmZ=2。单斜晶系；对称型2/m。空间群C2/ca0=1.190nm,b0=0.686nm,c0=1.285nm，β＝118°Z=32。
成分与结构 FeS的理论值为Fe 63.53%,S 36.47%。自然界的磁黄铁矿往往较理论值含有更多的S，可达39%～40%。常见Ni、Co置换Fe，磁黄铁矿分子式为Fe1-xS（x=0～0.2），存在Fe3+替代Fe2+，故属非化学计量化合物。高温磁黄铁矿晶体结构：硫呈六方最紧密堆积，铁充填所有八面体空隙。平行c轴方向上Fe—S6配位八面体共面联接呈链状，垂直c轴方向上Fe—S6配位八面体共棱联接呈层。低温磁黄铁矿结构复杂，出现各种畸变和超结构。
形态 晶形呈六方板状、柱状或桶状，但少见（图8-7、8-8）。依 呈双晶或三连晶。通常呈致密块状。
图8-7 磁黄铁矿的晶形
c{0001},m{1010},s{1012},u{2021）
（据Berry等，1983，修改）
图8-8 磁黄铁矿（俄罗斯）
（据Johnsen,2002）
物理性质 暗青铜黄色，表面常具暗褐锖色；条痕灰黑色；金属光泽。硬度4，性脆；解理平行 不完全；具平行底面裂理。密度4.6～4.7g/cm3。具导电性和磁性。
鉴定特征 暗青铜黄色，具磁性。
次生变化 在氧化带，磁黄铁矿极易分解而变为褐铁矿。
成因与产状 磁黄铁矿分布于各种类型内生矿床中。在基性岩体内的铜镍硫化物岩浆矿床中，它是主要矿物成分之一，与镍黄铁矿、黄铜矿密切共生。在接触交代矿床中，有时形成较大的聚积，与其共生的矿物有黄铜矿、黄铁矿、磁铁矿、铁闪锌矿和毒砂等。在热液矿床，如锡石硫化物矿床、铅锌矿床中，它与锡石、方铅矿、闪锌矿、黄铜矿等共生。
主要用途 用于制作硫酸的原料，但其经济价值远不如黄铁矿矿石大。含镍、铜较高时可作为综合利用的矿石。
［化学组成］Fe∶Ni=1∶1时，Fe32.55%，Ni34.22%，S33.23%。常含Co的类质同像替代，有时含有Se，Te。
［结晶形态］等轴晶系。晶体常呈叶片状或火焰状连生于磁黄铁矿中，系固溶体分离的产物。亦常呈微粒或细脉状被包裹于其他矿物中。
［物理性质］古铜黄色，色调稍浅于磁黄铁矿。绿黑色或亮青铜褐色条痕。金属光泽。不透明。解理完全。硬度3～4。相对密度4.5～5。
［成因及产状］主要分布于与基性、超基性岩有关的Cu－Ni硫化物矿床中，与磁黄铁矿、黄铜矿密切共生极富特征。在氧化带中易氧化成鲜绿色被膜状镍华或含水硫酸镍。
［鉴定特征］常呈极细的析出体连生在磁黄铁矿中。显微镜下具较磁黄铁矿稍淡的色调、古铜黄色条痕和裂理与之区分。镍黄铁矿无磁性，而磁黄铁矿通常有磁性。
［主要用途］富集时为镍的重要矿石矿物。常含有可综合利用的钴、铜、铂族元素及硒、碲等。
