Substitution of Cu by Zn, Fe and Ag in synthetic tetrahedrite, Cu12Sb4S13

Résumé En Fr

The general formula of natural tetrahedrite is (Cu, Ag)₁₀(Zn, Fe, Cu)₂ Sb₄S₁₃. The synthesis of substituted tetrahedrites was undertaken to confirm this general formula and relate chemical composition to physical properties. Tetrahedrite was observed to exibit non-stoichiometry and high and low temperature cubic polymorphism in experiments in the Cu-Sb-S system but a ' normal ' tetrahedrite, Cu₁₂ Sb₄S₁₃, a = 10.319 ± 0.001 Å and Vickers microhardness of 260 kg/mm² (100 p), was characterised. Substitution of Cu by Zn, Fe and Ag resulted in the same increase in unit cell edge of tetrahedrite (+ 0.0093 Å/1.0 at. % Cu substituted). Substitution by Zn and Fe resulted in the same increase in Vickers microhardness of tetrahedrite (+ 20 V. H. N./1.0 at. % Cu substituted) but substitution by Ag led to a decrease. Substituted tetrahedrite, Cu₁₀ (Zn, Fe)₂ Sb₄S₁₃ was found to have a = 10.383 ± 0.001 Å and a Vickers microhardness of 390 kg/mm² (100 p). Substitution by Zn and Fe had a limit corresponding to that of the general formula. Substitution by Ag was temperature dependent, the breakdown products of Ag-tetrahedrite being stibioluzonite (Cu₃SbS₄) and (Cu, Ag)₃ SbS₃. Substitution is discussed in relation to chemical bonding in tetrahedrite. The possibility of applying the results to the recognition of high silver contents in natural tetrahedrites is also discussed.

La formule générale des tétraédrites naturelles est (Cu, Ag)₁₀(Zn, Fe, Cu)₂ Sb₄S₁₃. La synthèse des tétraédrites substituées a été entreprise dans le but de confirmer cette formule générale et d'établir un rapport entre leur composition chimique et leurs propriétés physiques. On a observé, au cours d'expériences sur le système Cu˗Sb˗S, des tétraédrites non˗stœchiométriques, avec des polymorphes cubiques de haute et basse température, mais aussi une tétraédrite ' normale ' identifiée, Cu₁₂ Sb₄S₁₃, a = 10,319 ± 0,001 Å et microdureté Vickers = 260 kg/mm² (100 p). La substitution de Cu par Zn, Fe, ou Ag s'est traduite par la même augmentation de la maille de la tétraédrite (+ 0,0093 Å/1,0 at. % de Cu substitué). La substitution par Zn ou Fe a provoqué la même augmentation de la microdureté Vickers de la tétraédrite (+ 20 V. H. N./1,0 at. % de Cu substitué) alors que la substitution par Ag s'est traduite par sa diminution. La tétraédrite substituée Cu₁₀ (Zn, Fe)₂ Sb₄S₁₃ a pour valeurs calculées a = 10,383 ± 0,001 Å et V. H. N. = 390 kg/mm² (100 p). On observe que la limite de la substitution de Zn et Fe est conforme à celle de la formule générale. La substitution de Ag dépend de la température, et le refroidissement de l'Ag˗tétraédrite donne un mélange pseudomorphique de stibioluzonite (Cu₃SbS₄) et (Cu, Ag)₃ SbS₃. La discussion générale porte sur les rapports entre la substitution et la liaison chimique dans la tétraédrite ainsi que sur l'application éventuelle des résultats à l'identification de hautes teneurs en argent dans les tétraédrites naturelles.