Intermetallics Cu–Sn, Cu–Zn–Ni, Cu–Sn–Ti in ignegic rocks of the Shatak complex (western slope of the Southern Urals)
Authors: Kovalev Sergei Grigor’evich , Kovalev Sergei Sergeevich , Puchkov Viktor Nikolaevich 
Published: December 2022

При исследовании магматических пород шатакского комплекса были обнаружены ранее не отмечавшиеся, нетипичные минералы, представленные природной бронзой, никелистой α-латунью, дисилицидом железа и интерметаллидами системы Cu–Sn–Ti.

В результате проведенных исследований установлено, что генезис самородной бронзы удовлетворительно описывается эволюцией расплава в бинарной системе Cu–Sn. При этом, процесс формирования интерметаллида в природной среде подразделяется на две стадии: магматическую и метаморфогенную. Cu–Sn–Ti интерметаллиды образовались в температурном интервале >1005-798°С, нижний предел которого характеризуется совместным существованием оловянной бронзы (Cu–Sn) и интерметаллидов Cu–Sn–Ti.

Предложена модель образования комплексных Cu–Sn + Cu–Sn–Ti + Cu2S выделений, которая заключается в следующем: – ликвационное обособление гомогенного расплава сложного (Cu–Sn–S–Fe–Ti) состава при температуре выше 1000°С; – диффузионное перераспределение компонентов расплава с накоплением некогерентных для системы Cu–Sn элементов в краевых частях ликвационных обособлениий; – градиент концентраций приводит к совместной кристаллизации интерметаллидов Cu–Sn + Cu–Sn–Ti и «вторичной» ликвации сульфидного расплава (Cu2S), как в виде отдельных капель, так и в виде «оболочки», который при последующем метаморфизме превращается в халькозин.

Установлено, что температурные условия образования дисилицида железа описываются диаграммой Fe–Si, из анализа которой следует, что при 1220°С образуется высокотемпературная модификация FeSi2, которая при 982°С по перитектоидной реакции при постоянном содержании кремния формирует низкотемпературную модификацию дисилицида железа.

Делается вывод о том, что генезис интерметаллидов в магматических породах шатакского комплекса является многоэтапным процессом и обусловлен эволюционным развитием магматической системы в целом.

In the study of igneous rocks of the Shatak complex, previously not noted, atypical minerals were found, represented by natural bronze, nickel-plated α-brass, iron disilicide and intermetallic compounds of the Cu–Sn–Ti system.

As a result of the research, it was found that the genesis of native bronze is satisfactorily described by the evolution of the melt in the Cu–Sn binary system. At the same time, the process of intermetallic formation in the natural environment is divided into two stages: magmatic and metamorphogenic. Cu–Sn–Ti intermetallic compounds were formed in the temperature range >1005–798°C, the lower limit of which is characterized by the coexistence of tin bronze (Cu–Sn) and Cu–Sn–Ti intermetallic compounds.

A model for the formation of complex Cu–Sn + Cu–Sn–Ti + Cu2S precipitates is proposed, which is as follows: segregation separation of a homogeneous melt of complex (Cu–Sn–S–Fe–Ti) composition at a temperature above 1000°C; – diffusion redistribution of melt components with accumulation of elements incoherent for the Cu–Sn system in the marginal parts of segregations; – concentration gradient leads to joint crystallization of Cu–Sn + Cu–Sn–Ti intermetallic compounds and “secondary” segregation of sulfide melt (Cu2S), both in the form of separate drops and in the form of a «shell», which turns into chalcocite during subsequent metamorphism.

It has been established that the temperature conditions for the formation of iron disilicide are described by the Fe–Si diagram, from the analysis of which it follows that at 1220°C a high-temperature modification of FeSi2 is formed, which at 982°C forms a low-temperature modification of iron disilicide by a peritectoid reaction at a constant silicon content.

It is concluded that the genesis of intermetallic compounds in the igneous rocks of the Shatak complex is a multi-stage process and is due to the evolutionary development of the magmatic system as a whole.