Phase Equilibria of the System Pd-Sb-Te and Its Geological Implications

팔라듐-안티몬-테루르 계(系)의 상평형(相平衡)과 지질학적(地質學的) 의의(意義)

Phase relations in the system Pd-Sb-Te were investigated at $1000^{\circ}$, $800^{\circ}$, and $600^{\circ}C$, using the sealed-capsule technique; the quenched products were studied by reflected light microscopy, X-ray diffraction, and electron microprobe analysis. At $1000^{\circ}C$, the solid phases Pd, $Pd_{20}Sb_7$, $Pd_8Sb_3$, $Pd_{31}Sb_{12}$, and $Pd_5Sb_2$ are stable with a liquid phase that occupies most of the isothermal diagram. Additional solid phases at $800^{\circ}C$ are $Pd_5Sb_3$, PdSb, $Pd_8Te_3$, $Pd_7Te_3$, and a continuous $Pd_{20}Te_7-Pd_{20}Sb_7$ solid solution becomes stable. At $600^{\circ}$, $PdSb_2$, $Pd_{17}Te_4$, $Pd_9Te_4$, PdTe, $PdTe_2$, $Sb_2Te_3$, and Sb and continuous PdSb-PdTe and $PdTe-PdTe_2$ solid solutions are stable. All the solid phases exhibit solid solution, mainly by substitution between Sb and Te to an extent that varies with temperature of formation. The maximum substitution (at.%) of Te for Sb in the Pd-Sb phases is: 44.3 in $Pd_8Sb_3$, 52.0 in $Pd_{31}Sb_{12}$, 46.2 in $Pd_5Sb_2$ at $800^{\circ}C$; 15.3 in $Pd_5Sb_3$, 68.3 in $PdSb_2$ at $600^{\circ}C$. The maximum substitution (at.%) of Sb for Te in the Pd-Te phases is 34.5 in $Pd_5Sb_3$ at $800^{\circ}C$, and 41.6 in $Pd_7Te_3$, 5.2 in $Pd_{17}T_4$, 12.4 in $Pd_9Te_4$, and 19.1 in $PdTe_2$ at $600^{\circ}C$. Physical properties and X-ray data of the synthetic $Pd_9Te_4$, PdTe, $PdTe_2$, $Pd_8Sb_3$, PdSb, and $Sb_2Te_3$ correspond very well with those of telluropalladinite, kotulskite, merenskyite, mertieite II, sudburyite, and tellurantimony, respectively. Because X-ray powder diffraction data consistently reveal a 310 peak ($2.035{\AA}$), the $PdSb_2$ phase is most probably of cubic structure with space group $P2_13$. The X-ray powder pattern of a phase with PdSbTe composition, synthesized at $600^{\circ}C$, compares well with that of testibipalladite. Therefore, testibiopalladite may be a member of the $PdSb_2-Pd(Sb_{0.32}Te_{0.68})$ solid solution series which is cubic and $P2_13$ in symmetry. Thus the ideal fonnula for testibiopalladite, presently PdSbTe, must be revised to PdTe(Sb, Te). Borovskite($pd_3SbTe_4$) has not been found in the synthetic system in the temperature range $1000^{\circ}-600^{\circ}C$.

자연에는 팔라듐을 주성분으로 하는 백금족광물이 다수 산출되고 있다. 그 중 일부 광물은 독립된 광물로서 결정학적 광물학적 연구가 잘 되어 있는 반면 아직도 광물로서의 특성이 완전하게 규명되지 못한 경우도 상당수가 있다. 따라서 이 연구에서는 팔라듐-안타몬-테루르 성분계를 택해 이 3성분계에서의 상관계를 $1000^{\circ}C$, $800^{\circ}C$, $600^{\circ}C$에서 각각 연구하고 이들 연구결과를 천연광물을 보다 체계적으로 규명 보완하는데 적용시키는 것을 그 연구 목적을 두었다. 합성실험을 위해 순수한 원소물질을 정량적으로 혼합시킨 후 실리카 튜브에 넣고 진공상태에서 밀봉하였다. 전기 고온로에서 가열반응시킨 시료는 얼음물을 이용해 급냉시켰으며 반응물은 반사현미경, 전자현미분석, X선 회절법 등으로 분석하였다. $1000^{\circ}C$에서 안정한 고체로는 Pd, $Pd_{20}Sb_7$, $Pd_8Sb_3$, $Pd_{31}Sb_{12}$, $Pd_5Sb_2$가 있다. $800^{\circ}C$에서는 $Pd_5Sb_3$, PdSb, $Pd_8Te_3$, $Pd_7Te_3$, $Pd_{20}Tc_7-PdSb_7$ 완전고용체가 추가로 존재한다. $600^{\circ}C$에서는 $PdSb_2$, $Pd_{17}Te_4$, $Pd_9Te_4$, PdTe, $PdTe_2$, $Sb_2Te_3$, Sb, 그 밖에 PdSb-PdTe와 PdTe-$PdTe_2$ 고용체가 다시 안정한 고체 화합물로 추가된다. 모든 고체 화합물이 Sb와 Te간의 원소치환에 의해 고용체를 이루고 있으며 그 고용한계의 범위는 생성온도에 따라 변한다. Pd-Sb화합물에서 안티몬(Sb)를 치환하는 테루르(Te) 최대 치환범위(at.%)는 $Pd_8Sb_3$에서 44.3, $Pd_{31}Sb_{12}$에서 52.0, $Pd_5Sb_2$에서 46.2이며 그 최대 치환현상은 $800^{\circ}C$에서 일어난다. $Pd_5Sb_3$와 $PdSb_2$에서의 최대 치환은 $600^{\circ}C$에서 일어나며 그 정도는 각각 15.3, 68.3이다. Pd-Te화합물에서 Te를 치환하는 Sb의 최대치(at.%)는 $Pd_8Te_3$가 $800^{\circ}C$에서 34.5, $Pd_7Te_3$, $Pd_{17}Te_4$, $Pd_9Te_4$, $PdTe_2$는 $600^{\circ}C$에서 각각 41.6, 5.2, 19.1로 나타난다. $Pd_9Te_4$, PdTe, $PdTe_2$, $Pd_8Sb_3$, PdSb, $Sb_2Te_3$는 각각 tellurantimony와 일치하며 광학적 결정구조적 성질이 매우 잘 일치한다. 지금까지 등축정계의 Pa3구조를 가지고 있는 것으로 알려진 $PdSb_2$화합물은 Gandolfi camera와 Guinier camera법에 의해 310으로 격자 지수화할 수 있는 $2.035{\AA}$ peak가 일정하게 기록이 되므로 $P2_13$공간군에 속하는 것으로 재평가 된다. Testibiopal1adite의 성분을 가지는 PdSbTe성분의 화합물을 합성하여 X선 회절분석을 실시하면 testibiopalladite의 X선 회절양상과 일치함을 알 수 있다. 이 사실은 testibiopalladite가 등축정계이며 동시에 $P2_13$공간군에 속하는 $PdSb_2-Pd(Sb_{0.32}Te_{0.68})$고용체의 일부분에 속하는 광물임을 알 수 있게 한다. 따라서 현재의 testibiopalladite의 이상화학식인 PdSbTe는 PdTe(Sb, Te)로 바뀌어져야 할 것으로 믿어진다. $Pd_3SbTe_4$로 표현되는 borovskite는 $1000^{\circ}{\sim}600^{\circ}C$의 온도범위에서는 존재하지 않음을 알 수 있다.