XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Литературная часть

Предметом данного исследования является изучение трёхкомпонентной системы Pd-Bi-Te при температурах 450 и 550°С и давлении ~1 атм. Соединения палладия обладают интересными физическими, химическими и структурными свойствами, которые размещают эти соединения на стыке химии, минералогии, физики твердого тела и материаловедения.

Минералы системы Pd-Bi-Te встречаются на Cu-Ni-PGE месторождениях и обычно ассоциированы с мафическими и ультрамафическими породами. Для изучения системы необходимо знание фазовых отношений для понимания природных процессов и прогнозирования стабильных минеральных комплексов в естественных условиях, а также знание термической стабильности фаз, которое помогает понять их образование, возникновение и накопление в природе, что применимо к изучению месторождений полезных ископаемых.

Исходной информацией для изучения фазовых отношений в трехкомпонентной системе служат данные о существующих бинарных фазах при заданной температуре и их областях гомогенности. В двухкомпонентной системе Bi-Te из-за сложных фазовых отношений и малых отличий в кристаллохимии данных фаз, было принято, что в системе Bi-Te существует один твердый раствор Bi_xTe_1-xс широкой областью гомогенности. Ниже представлен анализ данных двухкомпонентных систем (Таблица 1).

Таблица 1. Фазы, их минеральные аналоги и температурная стабильность

Фаза	Минерал	Температура стабильности, °C	Зона гомогенности при 450°C	Зона гомогенности при 550°C
система Pd-Te [1]
Pd13Te3	–	<770	18.7-19.4	18.4-19.4
Pd3Te	–	727–785	-	-
Pd20Te7	Кейтконнит	<750	25.6-27.4	25.06 - 28.0
Pd8Te3	–	563–905	-	-
Pd7Te3	–	<495	29.1-30.0	-
Pd9Te4	Теллуропаладинит	<472	30.08.	30.08.
Pd3Te2	–	<507	40	-
PdTe	Котульскит	<746	50.0-52.5	50-54.3
PdTe2	Меренскит	<752	66.3-66.7	65.9-66.7
система Pd-Bi [2]
α-BiPd3	–	<800	75	75
β-BiPd3	–	800–935	-	-
Bi12Pd31	–	550–605	-	? 72.1
Bi2Pd5	–	<550	71.4	? 71.4
γ (Bi3Pd5)	–	400–683	64.2-66.2	63.0-67.8
α-BiPd	–	<210	-	-
β-BiPd	Соболевскит	210–618	50.0	50.0
α-Bi2Pd	Фрудит	<380	-
β-Bi2Pd	–	380(?)–485	33.5-34.7	-
система Bi-Te [3]
BiTe	Цумоит	‹520
Bi6Te7	-	‹540
Bi4Te5	Пильзенит	‹562
Bi2Te3	Теллуровисмутит	‹586

Материалы и методы

Фазовые отношения изучались закалочным методом. Синтез равновесных фазовых ассоциаций проводился методом «сухого» синтеза из простых веществ (чистота не менее 99 мас. %) [4]. Температурная экспозиция проводилась в горизонтальных трубчатых печах сопротивления в течение ~90 суток. Чтобы ускорить приход системы к равновесию производилось одно перетирание промежуточных продуктов реакции. После отжига ампулы извлекались из печи и быстро погружались в холодную воду.

Локальный фазовый состав полученных фазовых ассоциаций изучался на сканирующем электронном микроскопе TESCAN Vega II XMU с системой энерго-дисперсионного микроанализа INCA Energy 450/XT (20 кВ) и на электронно-зондовом микроанализаторе JEOL JXA-8200 в режиме с дисперсией по длине волны. Общий фазовый состав изучался методом порошковой рентгеновской дифрактометрии (дифрактометр Rigaku D/Max2200, излучение CuK_α, Fe фильтр).

Результаты и их обсуждение:

Система Pd-Bi-Te при 450°С: ранее нами было найдено четыре твёрдых раствора: ss-PdTe₂ (структура меренскита), ss-PdBiTe (структура майчнерита), ss-PdBi₂ (структура фрудита), ss-PdTe (структура котульскита) с участием которых были установлены следующие двойные и тройные фазовые равновесия: ss-PdBiTe – Bi_xTe_1-x, Bi(L) – Bi_xTe_1-x, Bi(L) – ss-PdTe, Bi_xTe_1-x – Bi(L) – ss-PdBiTe, ss-PdTe – Bi(L) – ss-PdBi₂. Широкую область гомогенности имеет твердый раствор ss-PdTe.

В ходе данной работы было найдено четыре твёрдых раствора: ss-PdBi (структура соболевскита), Pd₂₀Te₇, Pd₃Bi и Pd₉Te₄. Также было установлено двухфазное равновесие PdBi-PdTe, и, мы можем предположить, что существует двухфазное равновесие между Pd₉Te₄ и PdTe, чтобы проверить это, необходимо сделать анализ методом порошковой рентгеновской дифрактометрии (Рис.1.)

 

б

а

Рис.1. а. Исходный состав образцов и минералы, существующие в системе при температуре 450°С;

б. Изотермическое сечение фазовой диаграммы Pd-Bi-Te для 450°С

Система Pd-Bi-Te при 550°С: на основе полученных данных мы видим, что большую часть системы занимает расплав Bi, который находится в двухфазном равновесии с PdTe (Рис.2.), на диаграмме отмечены линии пунктиром, это означает, что данные предположения необходимо проверить методом порошковой дифрактометрии. Было доказано, что существует фазаи твёрдый раствор Bi₂Te₃. Двухфазные равновесия: PdTe₂-Te, PdTe₂-Bi₂Te₃, PdTe₂-PdTe, Bi₂Te₃-PdTe_2, Bi₂Te₃-Bi. Трёхфазные равновесия: Bi₂Te₃-Te-PdTe₂, PdTe₂-Bi-Bi₂Te₃ (Рис.2.).

Рис.2. а. Исходный состав образцов при температуре 550°С; б. Изотермическое сечение фазовой диаграммы Pd-Bi-Te для 550°С

Выводы:

В системе Pd-Bi-Te при температуре синтеза 450°С существует восемь твёрдых растворов: ss-PdTe₂, ss-PdBiTe, ss-PdBi₂, ss-PdTe, ss-PdBi, Pd₂₀Te₇, Pd₃Bi и Pd₉Te₄ и следующие двухфазные и трехфазные ассоциации: ss-PdBiTe – Bi_xTe_1-x, Pd₉Te₄ и PdTe (?), PdBi-PdTe, Bi(L) – Bi_xTe_1-x, Bi(L) – ss-PdTe, Bi_xTe_1-x – Bi(L) – ss-PdBiTe, ss-PdTe – Bi(L) – ss-PdBi₂. В системе Pd-Bi-Te при температуре синтеза 550°С найдены двухфазные равновесия: PdTe₂-Te, PdTe₂-Bi₂Te₃, PdTe₂-PdTe, Bi₂Te₃-PdTe_2, Bi₂Te₃-Bi и трёхфазные равновесия: Bi₂Te₃-Te-PdTe₂, PdTe₂-Bi-Bi₂Te₃. Cуществует фазаи твёрдый раствор Bi₂Te₃.

Список литературы:

Okamoto H. The Pd-Te system (PalladiumeTellurium). J Phase Equil 1992; 13: 73 – 8.

Okamoto H. The Bi-Pd (bismuth-palladium) system //Journal of phase equilibria. – 1994. – Т. 15. – №. 2. – С. 191-194.

Okamoto H., Tanner L.E. in: Massalski T.B. (Ed.) Binary Alloy Phase Diagrams, 2nd Ed., 1990.

Kullerud G. Experimental techniques in dry sulfide research //Research techniques for high pressure and high temperature. – Springer, Berlin, Heidelberg, 1971. – С. 289-315.Golden-inform.ru [электронныйресурс]. URL: http://golden-inform.ru/prochee/palladij/ (датаобращения 20. 09. 2019).

Код для цитирования: Скопировать