Experimental investigation of stannite-sphalerite system in relation to ores

자연계의 硫化鑛物 産出狀態를 보면 Stannite는 Chalcopyrite나 Sphalerite등의 硫化鑛物과 隨伴이 잘 되며 Kesterite와는 넓은 범위에 걸친 固溶體를 형성한다. 따라서 이러한 隨伴現象에 따르는 地質學的 관계가 鑛床生成條件, 特히 그 溫度에 대한 指示物로서 활용가능성이 인정되고 있다. 그러나 자연계의 鑛物隨伴 및 共生關係의 연구자료는 극히 제한되어있으므로 鑛物生成에 대한 物理化學的 條件의 究明은 현대식 장비로 조직적인 실험을 통해서만 가능하다. 본연구에서는 鑛床生成의 온도를 변수로 택하고 순수한 Stannite-Sphalerite系에 대한 相平衝關係를 구명하고 이系에 미치는 不純物(자연계에서 가장 흔히 隱伴되는 FeS)과 壓力(5kb)의 영향에 대한 실험을 실시하였다. 먼저 두 始作物質(Stannite와 Sphaleite)을 合成하고 이들의 一定한 童量比의 혼합을 石英管속에 넣어 진공밀폐하고 이것을 實驗試料로서 400℃에서부터 용융온도까지 일정온도로 유지시킨 Horirgontal Furnace에서 加熟反應시켰다. 대부분의 家驗試料는 加熟反應을 촉진시키기위하여 再混合하였다. 平衡에 도달된 (實驗試料는 急冷하여 ore-microscope, X-ray diffractometer 및 DTA로 相平衡關係를 검토하였다.

The subject of this study deals with phase relations between stannite (Cu₂FeSnS₄) and sphalerite (β-ZnS)/wurtzite (a-ZnS). The phase relations were systematically investigated from liquidus temperature to 400℃ under controlled conditions. β-stannite (tetragonal) is stable up to 706±5℃, where it inverts to a high-temperature polymorph a-stannite (cubic) melting congruently at 867±5℃. Sphalerite (cubic, β-ZnS) inverts at 1013±3℃ to wurtzite, which is the hexagonal hightemperature polymorph of ZnS. Between a-stannite and sphalerite a complete solid solution series exists above approximately 870℃ up to solidus temperature. The melting temperature of a-stannite rises towards sphalerite and reaches a maximum at 1074±3℃, which is the peritectic with the composition of 91 wt. % sphalerite and 9 wt. % a-stannite. At this temperature, wurtzite takes only 5wt. % a-stannite in solid solution which decreases with increasing temperature. The inverson temperature of a/β-stannite is lowered with increasing amounts of sphalerite in solid solution down to 614±7℃, which is the eutectoid with the composition of 13 wt. % sphalerite and 87 wt. % a-stannite. Here, β-stannite contains only 10wt. % sphalerite in solid solution. With decreasing temperature, the ranges of the solid solution on both sides of the system narrow.