Phase relations and mineral assemblages in the Ag-Bi-Pb-S system

Abstract

Phase relations within the Ag-Bi-S, Bi-Pb-S, and Ag-Pb-S systems have been determined in evacuated silica tube experiments. Integration of experimental data from these systems has permitted examination and extrapolation of phase relations within the Ag-Bi-Pb-S quaternary system. — In the Ag-Bi-S system liquid immiscibility fields exist in the metal-rich portion above 597±3°C and in the sulfur-rich portion above 563±3°C. Ternary phases present correspond to matildite (AgBiS₂) and pavonite (AgBi₃S₅). Throughout the temperature range 802±2°C to 343±2°C the assemblage argentite (Ag₂S) + bismuth-rich liquid is stable; below 343°C this assemblage is replaced by the assemblage silver + matildite. — Five ternary phases are stable on the PbS-Bi₂S₃ join above 400°C — phase II (18 mol-% Bi₂S₃), phase III (27 mol-% Bi₂S₃), “cosalite” (33.3 mol-% Bi₂S₃), phase IV (51 mol-% Bi₂S₃), and phase V (65 mol-% Bi₂S₃). Phase IV corresponds to the mineral galenobismutite and is stable below 750±3°C. Phases II, III, and V do not occur as minerals, but typical lamellar and myrmekitic textures commonly observed among the Pb-Bi sulfosalts and galena evidence their previous existence in ores. Phase II and III are stable from 829±6°C and 816±6°C, respectively, to below 200°C; Phase V, stable only between 730±5°C and 680±5°C in the pure Bi-Pb-S system is stabilized to 625±5°C by the presence of 2% Ag₂S. Experiments conducted with natural cosalites suggest that this phase is stable only below 425±25°C in the presence of vapor. — In the Ag-Pb-S system the silver-galena assemblage is stable below 784±2°C, whereas the argentite + galena mineral pair is stable below 605±5°C. — Solid solution between matildite and galena is complete above 215±15°C; below this temperature characteristic Widmanstätten structure-like textures are formed through exsolution. Schematic phase relations within the quaternary system are presented at 1050°C, at 400°C, and at low temperature.

Zusammenfassung

Die Phasenbeziehungen in den Systemen Ag-Bi-S, Bi-Pb-S und Ag-Pb-S wurden durch Versuche in evakuierten Quarzglasröhrchen bestimmt. Die Auswertung aller experimentellen Daten gestattete eine Extrapolation der Phasenbeziehungen im quaternären System Ag-Bi-Pb-S. — Im System Ag-Bi-S besteht ein Zwei-Schemlzenfeld im metallreichen Teil über 597±3°C und im schwefelreichen Teil über 563±3°C. Die ternären Phasen entsprechen den Mineralien Schapbachit (AgBiS₂) und Pavonit (AgBi₃S₅). Zwischen 802±2°C und 343±2°C ist die Paragenese Silberglanz (Ag₂S) + Bi-reiche Schmelze stabil; unterhalb 343°C wird sie jedoch ersetzt durch die Paragenese Silber + Schapbachit. — Fünf ternäre Phasen sind stabil im Schnitt PbS-Bi₂S₃ oberhalb von 400°C: Phase II (18 Mol-% Bi₂S₃), Phase III (27 Mol-% Bi₂S₃), „Cosalite“ (33.3 Mol-% Bi₂S₃), Phase IV (51 Mol-% Bi₂S₃) und Phase V (65 Mol-% Bi₂S₃). Phase IV entspricht dem Mineral Galenobismutit und ist stabil unterhalb 750±3°C. Die Phasen II, III und V kommen zwar nicht in der Natur vor, jedoch weisen typische myrmekitische und lamellare Gefüge, die man häufig in Pb-Bi-Sulfosalzen und deren Verwachsungen mit Bleiglanz beobachtet, auf die ehemalige Existenz solcher Phasen in diesen Erzen hin. Die Phasen II und III sind stabil von 829±6°C bzw. 816±6°C bis unter 200°C. Die Phase V, die im reinen System Bi-Pb-S zwischen 730±5°C und 680±5°C auftritt, wird in Gegenwart von 2% Ag₂S stabilisiert bis herab zu 625±5°C. Versuche mit natürlichen Cosaliten lassen darauf schließen, daß diese Phase nur unterhalb 425±25°C in Gegenwart einer Gasphase stabil ist. — Im System Ag-Pb-S ist die Paragenese Silber-Bleiglanz unterhalb von 784±2°C stabil, die Paragenese Silberglanz-Bleiglanz dagegen unterhalb 605±5°C. — Die Mischkristallreihe von Schapbachit und Bleiglanz ist vollständig oberhalb 215±15°C; unterhalb dieser Temperatur entstehen charakteristische Entmischungsgefüge ähnlich den Widmannstättenschen Figuren. Für das quaternäre System werden schematische Phasenbeziehungen für 1050°C, 400°C und eine noch tiefere Temperatur gegeben.