Синтез кристаллов сульфидных минералов инконгруэнтными методами на примере систем Cu–Fe–S и Cu–Fe–Se

Объект исследования. Понимание структуры и термодинамических свойств сульфидных минералов важно для изучения парагенезиса образования сульфидов на Земле и в космосе, а также для анализа технологических вопросов переработки руд и концентратов полисульфидного продукта. Для многих представителей систем Cu–Fe–S и Cu–Fe–Se отсутствуют литературные экспериментальные и теоретические данные. Цель. Синтез кристаллов в системах Cu–Fe–S и Cu–Fe–Se при минимально возможных температурах для последующего изучения их физических свойств, одновременно с этим решение главной задачи материаловедения в связке состав–структура–свойства. Материалы и методы. Синтез кристаллов проводили раствор-расплавным методом в стационарном температурном градиенте, в вакуумированных запаянных ампулах из кварцевого стекла. В эксперименте использовали два вида ампул, стандартные и длинные. Ампулы заполняли шихтой и солевой смесью RbCl-LiCl эвтектического состава, вакуумировали и запаивали, затем помещали в кварцевые или керамические стаканы по несколько штук, а стаканы – в трубчатые печи так, чтобы концы ампул с шихтой располагались ближе к центру печи, а противоположные концы ближе к краю для создания температурного градиента. Для стандартных ампул температура горячего конца составляла 520–469℃, холодного конца – 456–415℃. Для длинных: горячий конец – 470℃, холодный – 340℃. Продолжительность синтеза составляла от трех до четырех месяцев. Результаты. В зависимости от состава шихты получены кристаллы халькозина Cu2S, борнита Cu5FeS4, халькопирита CuFeS2, изокубанита CuFe2S3, железосодержащего сульфида димеди с содержанием железа до 8 ат. % и различные равновесные ассоциации с их участием, а также пирита FeS2 и пирротинов Fe1–xS. В некоторых образцах найдены дендриты меди. Кроме того, получены кристаллы фазы примерного состава CuFeSe2. Показано, что благодаря разным комбинациям степеней окисления всех трех элементов, растворенных в солевом электролите, возможно получение фаз с практически любым стехиометрическим соотношением. С помощью спектроскопии комбинационного рассеяния уверенно регистрируются халькопирит и изокубанит. При этом часть проб локально характеризуется “отсутствием” спектра, что свидетельствует, вероятно, о металлических (полуметаллических) свойствах образцов. Выводы. На примере систем Cu–Fe–S и Cu–Fe–Se показана возможность получения кристаллов сульфидов в солевом расплаве RbCl-LiCl вплоть до температуры эвтектики 313℃. Из-за низкой температуры синтеза необходимо проводить его в течение нескольких месяцев, и в результате получаются кристаллы размером в доли миллиметра.

сульфиды, медь, железо, рост кристаллов, спектроскопия комбинационного рассеяния, солевые расплавы