Beitrag
Ore Minerals: An Experimental Approach - and New Observations
Moh, Günter H.
Neues Jahrbuch für Mineralogie - Abhandlungen Band 160 Heft 1 (1989), p. 1 - 69
139 Literaturangaben
veröffentlicht: Jan 19, 1989
ArtNo. ESP154016001001, Preis: 29.00 €
Abstract
This paper opens with an outline on present research and some aspects on future activities. Studies on natural and synthetic cuprian bravoites within the FeS2-NiS2-CuS2 system reveal a broad or even complete solid solution series up to CuS2, a new mineral from Spain. The crystal chemistry of thallium is introduced by general information about ternary systems at low temperatures, comparing the sulfur affinity of Tl with that of other metals. The Tl2S-Sb2S3 join is considered with special attention to TlSb3S5 single crystals. - Due to differing ionic radii, the mutual substitution of Tl+ for Cu+ or Ag+ in sulfides and sulfosalts is generally very low and yields new (mineral) phases: bornite -► thalcusite, chalcopyrite -► raguinite, cubanite -► picotpaulite; crystal chemical considerations about Fe-contents in these structures (trivalent, tetrahedral position) are based on Mössbauer studies. Experiments show that Tl may substitute 1/25 of the Cu-content in the tetrahedrite lattice (= approx. 5.6 wt.%), in stannite nearly 1/10 of the Cu-content; higher Tl-contents decompose the stannite structure producing thalcusite, bornite, chalcopyrite, and Tl2SnS3. Thus, the Tl2S-SnS2 join was re-investigated showing the existence of Tl4SnS4, Tl2SnS3, and Tl2Sn3.5S8 solid solution. Attention is paid to the chemical and structural characterization of Tl2SnS3. - Reactions between silver and thallium sulfosalts resulted in new intermediate compounds: trechmannite + lorandite -► AgTl. AS2S4; proustite + ellisite -► picotpaulite; crystal chemical considerations about Fe-contents in these structures (trivalent, tetrahedral position) are based on Mössbauer studies. Experiments show that Tl may substitute 1/25 of the Cu-content in the tetrahedrite lattice (= approx. 5.6 wt.%), in stannite nearly 1/10 of the Cu-content; higher Tl-contents decompose the stannite structure producing thalcusite, bornite, chalcopyrite, and Tl2SnS3. Thus, the Tl2S-SnS2 join was re-investigated showing the existence of Tl4SnS4, Tl2SnS3, and Tl2Sn3.5S8 solid solution. Attention is paid to the chemical and structural characterization of Tl2SnS3. - Reactions between silver and thallium sulfosalts resulted in new intermediate compounds: trechmannite + lorandite AgTl. AS2S4; proustite Ag9Tl3As4S12 or Ag3Tl3As2S6, respectively. In the analogous antimony system only one new phase was found: pyrargyrite + stibio-ellisite -► Ag3Tl3Sb2S6; and the presentation of the Tl2S-Ag2S - Sb2S3 system at 200 °C shows for thallium sulfide, when compared with silver, a distinctly higher affinity to stibnite. - A complete solid solution series between silver and thallium was found in the rayite formula Pb8 (Ag,Tl)2Sb8S21. In analogy to earlier and here presented Cu2S-SnS2 and TI2S-SnS2 systems, the Ag2S-SnS2 join is investigated. It includes Ag8SnS6(canfieldite) and Ag2SnS3 and Ag4Sn3S8; both phases form in the pure system at more elevated temperatures (> 251 °C, > 450 °C). - Regarding tin minerals, Ag- and increased Sb-contents in the franckeite structure are experimentally considered as a coupled substitution replacing lead: Ag+ + Sb3+ for 2Pb2+. - Complete solid solution was found between bournonite, CuPbSbS3 and seligmannite, CuPbAsS3. In an experimental study, vanadium3+ was taken to substitute for Sb, As in this type of ABCS3 formula, but instead other new compounds formed due to disproportionation of vanadium3+ to V2+ and V5+. - Of the 4th main group elements, Ge and Pb were chosen for investigation within a quaternary system including sulfur and oxygen. At 500 °C the rather complex phase relations display distinctly differing affinity of both metals either to sulfur and/or oxygen. Regarding Ni-containing sulfides: naturally occurring members of the Mss within the Fe-Ni-S system were observed in ores from two Chinese localities. In the course of experimental studies a verification of known ternary phase relations at or near godlevskite composition resulted in two parallel running ternary solid solution series at low temperatures. - In the iron-rich portion of the system, however, pyrrhotite melts including small amounts of Co, Ni, Cu sulfides which were chilled from several thousand degrees to room temperature. Some of the charges showed "pyrrhotites" slightly metal-richer than stoichiometric FeS. After annealing, the quench products re-equilibrated to mackinawite. In organic rich matter of Kupferschiefer ores two different Th-free "thucholites" were obtained; properties depend on either visible or submicroscopical distribution of uraninite contents in the matrix. - The report ends with a brief discussion on uraninite inclusions in columbite - tantalite microlite as intergrowths in pegmatitic cassiterites from an Indian locality.
Kurzfassung
Diese Arbeit beginnt mit einer Einführung in gegenwärtig laufende und künftige Forschungsvorhaben der Experimentellen Abteilung des Mineralogisch-Petrographischen Instituts der Universität Heidelberg. Untersuchungen an natürlichen und synthetischen Kupfer-Bravoiten lassen im System FeS2-NiS2 - CuS2 Mischkristallbildung bis zum CuS2-Endglied erkennen - ein neues Mineral aus Spanien. Die Kristallchemie des Thalliums wird mit einem allgemeinen Artikel über ternäre Systeme eingeleitet, in welchem Tl mit anderen Metallen hinsichtlich ihrer Affinität zu Schwefel verglichen werden. Im folgenden binären System Tl2S-Sb2S3 interessieren u. a. Details über Untersuchungen an TlSb3S5-Einkristallen. Wegen unterschiedlicher Ionenradien sind der gegenseitigen Tl+/Cu+/Ag+-Substitution Grenzen gesetzt, statt Mischkristallbildung entstehen (Mineral)Phasen: Bornit -► Thalkusit, Kupferkies -► Raguinit, Cubanit -► Picotpaulit; parallel durchgeführte Mössbaueruntersuchungen beschränken sich auf Fe-Gehalte dieser Phasen. Im Tetraedrit läßt sich 1/25 des Cu-Gehaltes (= 5.6 %) durch Tl ersetzen, im Zinnkies knapp 1/10; höhere Tl-Anteile führen zum Zerfall unter Bildung von Thalkusit, ggf. Bornit, Kupferkies und Tl2SnS2. In einer anschließenden Überarbeitung des Tl2S-SnS2-Systems ergaben sich Tl4SnS4, Tl2SnS3 und Tl2Sn3.5S8 mit geringer Mischkristallbildung; besondere Aufmerksamkeit gilt der Kristallstruktur des Tl2SnS3. - Reaktionen zwischen Ag- und Tl-haltigen Sulfosalzen ergeben intermediäre Phasen: Trechmannit + Lorandit -► AgTlAs2S4, Proustit + Ellisit -► Ag9Tl3As4S12 und/oder Ag3Tl3As2S6, und im analogen Antimonsystem Pyrargyrit + Sb-Ellisit -► Ag3Tl3Sb2S6. Das Tl2S-Ag2S-Sb2S3-System bei 200 °C wird vorgestellt; im Vergleich zu Ag2S ist die höhere Affinität des Tl2S zu Sb2S3 unter Bildung entsprechender Sulfosalze augenfällig. - Vollständiger Ag-Tl-Austausch ist in der Rayitformel möglich Pb8(Ag,Tl)2Sb8S21. In Analogie zu den untersuchten Systemen Cu2S-SnS2 und Tl2S-SnS2 wird der binäre Schnitt Ag2S-SnS2 vorgestellt, er beinhaltet Ag8SnS6 (Canfieldit) und Ag2SnS3 sowie Ag4Sn3S8. Beide Phasen bilden sich im reinen Stoffsystem nur bei höheren Temperaturen, nämlich > 251° bzw. > 450°C. - Silber- und erhöhte Antimongehalte im Franckeit ließen sich experimentell klären, nämlich durch gekoppelte Substitution für Blei: Ag+ + Sb3+ für 2Pb2+. - Vollständige Mischbarkeit besteht zwischen Bournonit und Seligmannit CuPb(Sb,As) S3, die Substitution von As und Sb durch Vanadium3+ ist wegen Disproportionierung zu V2+ und V5+ nicht möglich. - Das ternäre System Ge-Pb-S-O wird bei 500 °C untersucht, die komplizierten Phasenrelationen entsprechen der unterschiedlichen Affinität beider Metalle in bezug auf Schwefel und/oder Sauerstoff. Natürliches Eisen-Nickel- Monosulfid (Mss im System Fe-Ni-S) wird von zwei chinesischen Vorkommen beschrieben. Im gleichen binären Stoffsystem wird im unteren Temperaturbereich eine Korrektur notwendig: In unmittelbarer Nähe der Godlevskit-Komposition erstrecken sich zwei parallele Mischkristallreihen in den ternären Raum. - Co-, Ni- oder Cu-haltige Pyrrhotinschmelzen ergeben, wenn von mehreren tausend Grad schnell abgekühlt, einen homogenen "Pyrrhotin" mit deutlich höherem Metallgehalt als stöchiometrisches FeS; nach längerem Tempern reequilibrieren die Chargen zu Mackinawit. In Kupferschiefererzen wurde eine Abart des Thucholiths gefunden. Beide Thucholithe unterscheiden sich durch ihr Reflexionsvermögen und durch (submikroskopische) Uraninitgehalte nebst ihren Zerfallsprodukten. - Der Report schließt mit Beobachtungen von Uraniniteinschlüssen in Columbit-Tantalit-Mikrolith als Verwachsungen mit oder in Zinnstein eines indischen Vorkommens.
Schlagworte
Ore minerals • ore microscopy • microprobe and X-ray analyses • mineral syntheses • Mössbauer spectra • phase equilibria • Mineral observations: Cu-bravoite • CuS2 • (Fe • Ni) Mss • thucholite • U02 inclusions • Tl2S-SnS2 • Ag2-SnS2 • Tl+ / Cu+ and Tl+ /Ag substitution • Ag+ + Sb3+ /2Pb2+ substitution • CuPb(As • Sb)S3 • As3+ / V3+ substitution -> V2+ + V5+