Конденсированные среды и межфазные границы (Dec 2024)
Фазовые превращения тройного сульфида железа-меди Cu1.1Fe1.9S3.0 при варьировании температуры: некоторые термодинамические и кинетические аспекты
Abstract
Тройной сульфид состава Cu1.1Fe1.9S3, с отношением металл-сера, соответствующим строгой стехиометрии кубанита CuFe2S3, рассмотрен как промежуточная фаза твердого раствора замещения с химическим беспорядком Cu и Fe катионов в упорядоченном анионном каркасе. Предложен новый подход для определения природы этого твердого раствора, изучения его устойчивости и поведения при охлаждении в широком интервале температур и длительности процесса. Для синтеза образца использован процесс контролируемого затвердевания однородного расплава состава Cu1.1Fe1.9S3 в квазиравновесных условиях, реализующийся получением затвердевшего зонального слитка и количественных данных о распределении Cu, Fe и S по его длине. Для обнаружения малых структурных и химических изменений использованы методы оптической и электронной микроскопии, электронно-зондового рентгеноспектрального микроанализа, полнопрофильной рентгенографии и дифференцирующего растворения, которые были способны определять фазовое и химическое состояния образцов слитка как на макроуровне, так и с высоким уровнем пространственного разрешения. Стратегия данного подхода выявила, что сульфид состава Cu1.1Fe1.9S3 является промежуточной фазой системы с конечными членами кубанита CuFe2S3 и халькопирита CuFeS2, что вблизи 930 °С существует гомогенный твердый раствор халькопирита c 5 мол. % кубанита с хаотичным распределением Cu и Fe по существующим кристаллографическим позициям; что при 900 °С твердый раствор халькопирита с 6 мол. % кубанита снимает возникшие напряжения решетки через образование блочной наноструктуры; что в области 900-720 °С существует твердый раствор кубанита с 30 мол. % халькопирита, где внутри кубанитной матрицы состава Cu0.94Fe2S3 равномерно распределены низкоразмерные кластеры со стехиометрией халькопирита. Факторы, управляющие развитием и устойчивостью твердых растворов, обсуждаются с учетом полиморфизма халькопирита. Рассмотрена полезность новых данных для синтеза магнитных наноразмерных Cu-Fe-сульфидных материалов и технологических процессов переработки сульфидных руд, богатых медью
Keywords
