Das Cu-W-S-System und seine Mineralien sowie ein neues Tungstenitvorkommen in Kipushi/Katanga

Abstract

The phase relations in the Cu-W-S-system were investigated at various temperatures ranging from almost room temperature up to ∼900 °C. The experiments were performed in evacuated silica glass tubes with a minimum vapor space. At low temperatures alteration experiments were carried out in water solutions containing copper(II)-sulfate or iron(III)-sulfate. No ternary phase exists in the system. At 900 °C Cu₂S and W are coexisting phases. Tie lines connect WS₂ with the digenite-chalcocite solid solution and with a sulfuric liquid containing ∼0.5 wt.-% WS₂. Below 813 °C the sulfuric liquid disappears in the Cu-S system (monotectic). On continuous cooling CuS will appear at 507 °C in the Cu-S system and shortly below this temperature covellite coexists with tungstenite. At temperatures below 70 °C tungstenite can coexist with covellite, blaubleibender covellite, anilite, djurleite, and with chalcocite in the pure system. If traces of iron are present anilite will not be formed and digenite remains stable with tungstenite. A new occurrence of tungstenite was observed from the Kipushi mine (Katanga), displaying excellent intergrowth with chalcocite (fig. 4 and 5).

Zusammenfassung

Die Phasenbeziehungen im Cu-W-S-System wurden zwischen 900 °C und Zimmertemperatur durch DTA- und Abschreckungsexperimente in Quarzglas-und in unter Druck kollabierenden Goldampullen, sowie durch eine Reihe von Verwitterungsversuchen und Umsetzungen in wässrigen Lösungen untersucht. Die im System auftretenden Verbindungen sind Cu₂S (Kupferglanz), Cu_1.97S (Djurleit), Cu_1.75S (Anilit), Cu_1+xS (blaubleibender Covellin), CuS (Covellin) und oberhalb ∼70°C Cu_1.8S (Digenit), sowie WS₂ (Tungstenit). Es gibt keine ternären Verbindungen. Von allen genannten Phasen ist nur der Tungstenit über den gesamten untersuchten Temperaturbereich stabil. Das System zeigt bei 900 °C neben Schwefelschmelze (L₁) eine Sulfidschmelze (L₂). Es handelt sich um das oberhalb 813 °C auftretende Monotektikum im Randsystem Cu-S, welches im ternären System ∼0.5 Gew.-% WS₂löst. Die Phase WS₂ koexistiert bei 900 °C mit L₁, L₂ und mit der bei dieser Temperatur lückenlosen Kupferglanz-Digenit-Mischkristallreihe sowie mit W. Außerdem besteht eine Konode zwischen W und Cu₂S. Das gegenseitige Lösungsvermögen der Verbindungen ist selbst bei 900 °C gering. Während Digenit ≲0.5 Gew.-% WS₂ in fester Lösung aufzunehmen vermag, beträgt umgekehrt die Löslichkeit von Kupfersulfid in WS₂≪0.2%. Die Phasenbeziehungen unter 900 °C sind charakterisiert durch das Stabilwerden des Covellins bei 507 °C. Kurz unterhalb dieser Temperatur werden WS₂ und CuS nebeneinander stabil. Die Mischungsreihe zwischen Digenit und Kupferglanz ist unterhalb 430 °C nicht mehr lückenlos. Das System Cu-W-S zeigt daher bei 400 °C Konoden von WS₂ zu Covellin, Digenit und Kupferglanz. Unterhalb ∼70 °C zerfällt der mit Tungstenit koexistierende Digenit zu Anilit und Djurleit. Bei künstlicher Verwitterung von Kupferglanz oder Digenit mit WS₂-Einschlüssen konnten durch teilweise Oxidation mit verdünnter Fe‴-Sulfat- oder Cu″-Sulfatlösung die Kupfersulfide in blaubleibenden Covellin überführt werden, während Tungstenit unter gleichen Bedingungen den Agenzien widerstand, wodurch sich die Koexistenz zwischen Cu_1+xS und WS₂ nachweisen ließ. Die bei niedrigen Temperaturen mit Tungstenit im Cu-W-S-System koexistierenden Phasen sind: Kupferglanz, Djurleit, Anilit, blaubleibender und normaler Covellin; bei Spuren von im Digenitgitter gelösten Fe tritt Anilit nicht auf, statt dessen ist Digenit mit Tungstenit stabil. Ein neues natürliches Tungstenitvorkommen (Kipushi/Katanga) wird beschrieben, das Mineral ist orientiert in massivem Kupferglanz eingewachsen (Abb. 4 und 5).