Аннотация:Сфалерит (ZnS) – основной минерал цинка, в природе встречается в виде твёрдого раствора, в котором Zn2+ изоморфно замещается на Fe2+, до 56 мол% FeS. Вхождение железа в структуру сфалерита в значительной степени влияет на его физические и термодинамические свойства. Так, в работе [1] было отмечено необычное изменение микротвердости по Виккерсу (HV): с ростом количества железа от 0 до 5 мол% FeS HV растет на 25%, с 5 до 8 мол% остается постоянной, а затем начинает плавно снижаться. Причина таких изменений HV не известна.
Рис.1. Корреляция содержания Fe3+ и микротвердости сфалерита от состава.
Для исследования распределения железа в сфалерите нами были синтезированы образцы, обогащенные изотопом 57Fe и содержащие до 9 мол % 57FeS. Образцы были получены методом сухого синтеза при контроле фугитивности серы буфером Fe/FeS. Полученные образцы исследовались методом мессбауэровской спектроскопии. Ранее аналогичные исследования проводились в работе [2] на природных и синтетических образцах. По результатам их исследований, железо в сфалерите распределяется не статистически, а с образованием пар Fe-Fe даже при малых концентрациях FeS, которые при добавлении FeS сменяются кластерами. Кроме того, в некоторых образцах авторы установили наличие трёхвалентного железа, содержание которого растет с увеличением общего содержания железа в образце. Согласно [3], отношение Fe2+/Fe3+ контролируется фугитивностью серы. Используя модель из работы [2] для описания наших спектров, были получены близкие результаты. Однако по нашим данным, количество Fe3+ растет при увеличении количества FeS от 0 до 5%, а с 5 до 9 мол% FeS остается постоянным. Количество Fe3+ при малых содержаниях FeS коррелирует с микротвердостью, и это позволяет предположить, что именно Fe3+ отвечает за аномальный рост микротвердости твердого раствора сфалерита.
