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Applied Experimental Ore Petrology. Report 1980/1981

Moh, Günter H.; Amstutz, G.C.; Amthauer, G.; Bernhardt, H.-J.; Burkart-Baumann, I.; Drabek, M.; Hanus, D.; Klein, D.; Kuhlmann, H.; Kullerud, G.; Lind, T.; Pebler, J.; Ramdohr, P.; Sobott, R.; Takeno, S.; Wang, N.

Neues Jahrbuch für Mineralogie - Abhandlungen Band 144 Heft 3 (1982), p. 291 - 342

96 references

published: Sep 1, 1982

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ArtNo. ESP154014403003, Price: 29.00 €

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Abstract

Dry iron sulfide melts with contents of either Co and/or Ni or Cu were heated to high temperatures and chilled. Re-equilibration of the products at 100, 160 and 185 °C over 10 months resulted in the formation of mackinawite, e.g. (Fe, Co, Ni, Cu)l+xS. During the investigation of complex tin-bearing sulfide ores from Dachang, Guangxi Province, China, the optically unusual behaviour of some jamesonites led to X-ray fluorescence and microprobe analyses which revealed the partial substitution of As for Sb, and in some cases also small tin contents and other trace elements. Subsequent experiments succeeded in syntheses of the series Pb4-xSnxFeSb6S14 (x = 0-3.5), higher Sn contents produced two additional coexisting phases: berthierite and Pb-free Sn2Sb2S5. Only very small amounts of Zn can substitute for Fe in the jamesonite lattice, otherwise new mineral phases will form. A mercury rich stannite-type mineral of approximately CU2HgSnS4 composition intergrown with Hg-bearing kesterite was described in ores from Quiruvilca, Peru. A small tin-tungsten vein from the Hock Aun Mine, near Kuala Lumpur, Malaysia, revealed interesting mineral contents; e.g. besides common sulfides also kesterite and helvite. Mineral textures give hints for the sequence of ore formation. The interpretation of textures by using experimental data in comparison with fluid inclusion measurements taken from the literature led to the estimation of the sequence of mineral formation of the Colquiri deposit, Bolivia. A part of the central portion of the 4-component system Ag-Ge-Sn-S was experimentally investigated at 400 °C. Besides the known ternary mineral phase assemblages the coexisting patterns are dominated by two newly identified quaternary phases: Ag5(Ge,Sn)4±xS9 and Ag3GeSSn5S15. Sulfidization of Cu4SnS4 at -low temperatures yielded Cu3SnS4 and covellite. The Cu3SnS4 shows two polymorphs having superstructures of the wurtzite and the sphalerite type, respectively. Similar results for the compound Cu3GeS4 were obtained from heating Cu4GeS4 under comparable conditions. Because of lacking data on thallium-containing mineral systems, emphasis was put on their investigation. The Tl2S-Sb2S3-S system which was studied over a geologically relevant temperature range up to complete melting, includes the minerals carlinite, weissbergite, parapierrotite, and stibnite. Synthetic phases, not yet observed in nature, are Tl3SbS3, Tl3SbS4, and Tl3SbsSu. The valency state of antimony in Tl3SbS4 was determined to be Sb5+, utilizing Mossbauer spectroscopy. A revision of the Tl-Sb binary system showed that, beta-Tl containing 5 at.% Sb is stable down to 90 °C. The complicated subsolidus phase relations were deduced from combined microscopical, DTA, and high-temperature X-ray investigations. Finally, the experimental studies of the chalcocite-carlinite, argentite/acanthitecarlinite, and galena-carlinite systems revealed not detectable substitution of Tl for Cu, Ag, and Pb in the existing ternary (mineral) phases: CuTlS, Cu3TlS2, Cu9TlS5; AgTlS, Ag3TlS2; Tl4PbS3. Some of these compounds may be assumed to occur in nature. Low-temperature experiments employing techniques of hydrothermal and dry sulfide syntheses resulted in the formation of Cu-bearing polydymite and of fletcherite, Cu(Co,Ni)2S4. Of more gemmological interest are spectrochemical analyses of chrysoberyls, showing certain trace element contents of Sc, Ti, V, Cr, Fe, Cu, Nb, and Sn, which may reveal the origin of the respective precious stones.

Kurzfassung

Trockene Eisensulfidschmelzen mit Zusätzen von Co und/oder Ni oder Cu wurden von sehr hohen Temperaturen schnell auf Zimmertemperatur abgeschreckt. Durch anschließendes l0monatiges Tempern bei 100, 160 und 185 °C gelang die Synthese von Mackinawit, (Fe,Co,Ni,Cu)1+xS. Die sorgfältige Durchmusterung von im Dachang-Distrikt, Guangxi-Provinz, China, gesammelten Erzen lenkte die Aufmerksamkeit auf ungewöhnlich anmutenden Jamesonit, welcher bei der Analyse augenfällige As-Gehalte und zumindest teilweise die Substitution von Pb durch Sn erkennen ließ. Experimentell konnte Pb4-xSnxFeSb6S14 (x = 0-3,5) problemlos hergestellt werden. Höhere Zinngehalte ergaben die zusätzliche Bildung von Berthierit und bleifreiem Sn2Sb2S5. Der Einbau von Zn für Fe ins Jamesonitgitter ist außerordentlich begrenzt. Ein Hg-Zinnkies idealisiert Cu2HgSnS4, verwachsen mit Hg-haltigem Kösterit, wurde in Quiruvilca/Peru-Erzen identifiziert. Interessante Mineralkombinationen fanden sich in einem Gang der Hock Aun Mine, nahe Kuala Lumpur, Malaysia; neben herkömmlichen Mineralien fanden sich u.a. reichlich Kösterit und Helvin. Die mineralogische Abfolge läßt sich aus den Mineralverwachsungen herleiten. Ähnlich wird die Abfolge anhand von Mineralverwachsungen der Colquiri-Lagestätte, Bolivien, interpretiert, nämlich unter Zuhilfenahme von experimentellen Ergebnissen in Kombination mit Literaturdaten über Flüssigkeitseinschlüsse. Die fortgeführte Untersuchung des Ag-Ge-Sn-S-Systems, durchgeführt bei 400 °C, ergab neben schon bekannten Mineralien und Phasen sowie deren Mischkristallreihen u.a. zwei weitere quaternäre Sulfidverbindungen, Ag5(Ge,Sn)4±xS9 und Ag3Ge5Sn5S15. Bei der Sulfidisierung von Cu4SnS4 entstehen Covellin und Cu3SnS4. Diese ternäre Phase läßt sich in zwei Modifikationen erhalten, die jeweils als Überstrukturen des Wurtzits und des Zinkblendetyps anzusehen sind. Ganz analoges Verhalten zeigt Cu3GeS4, welches ebenfalls durch Sulfidisierung von Cu4GeS4 zu erhalten ist. Über Thalliummineralien und hierher gehörende Stoffsysteme sind wenig Informationen erhältlich, was zur Untersuchung des Systems Tl2S-Sb2S3-S Anlaß gab, und zwar über den gesamten geologisch relevanten Temperaturbereich. Neben den Mineralien Carlinit, Weissbergit, Parapierrotit und Antimonit existieren noch Tl3SbS3, Tl3SbS4 und Tl3Sb5S11. In der Phase Tl3SbS4 liegt fünfwertiges Antimon vor, wie sich mit Hilfe der Mössbauer-Spektroskopie nachweisen ließ. Bei den detaillierten Untersuchungen wurde eine Revision des komplizierten Tieftemperaturbereichs auf der Tl-reichen Seite des binären Tl-Sb-Systems notwendig. Schließlich wurden die Mineralsysteme Kupferglanz-Carlinit, Argentit/Akanthit-Carlinit und Bleiglanz-Carlinit in bezug auf Mischkristallbildung und stabile Phasen untersucht, nämlich CuTlS, Cu3T1S2, Cu9TlS5; AgTlS, Ag3TlS2 sowie Tl4PbS3. Einige dieser Phasen sind als natürlich vorkommende Mineralien denkbar. Bei niedrigen Temperaturen durchgeführte Hydrothermalversuche und trockene Sulfidsynthesen führten zur Darstellung Cu-haltigen Polydymits und des wenig bekannten Minerals Fletcherit, Cu(Co,Ni)2S4. Überwiegend gemmologisches Interesse dürften mit Hilfe des Gitterspektrographen durchgeführte Spurenanalysen von Chrysoberyllen haben; charakteristische Spurenelementgehalte von Sc, Ti, V, Cr, Fe, Cu, Nb und Sn erlauben Rückschlüsse auf die Herkunft der betreffenden Edelsteine.

Keywords

Annual report (1980/1981)experimental studiessynthesissulfidessulfosaltsore microscopycrystallographystectroscopy: phase equilibriaFeCoNiCuSmackinawite # jamesoniteSnsulfosalts (Pb-Sb)China (Dachang-districtGuangxi-province) # stanniteHgVeinsSnWkesteritehelvitetexturemineral deposits genesistemperaturePeru (Quiruvilca)Malaysia (Hock Aun MineKampon Pandan): # phase equi