Chalcocite and other sulfides from a 2013 discovery

Mar 13, 2014

Tongshan Copper-Iron Mine, Daye, Huangshi County, Hubei Province, China

Mineralogical Record, Jan-Feb 2014, Volume 45

View the Original PDF as published in the MR

Written by Dr. Robert Lavinsky, Chen Xiaojun, Yang Hexiong, and Dr. Robert Downs

A few strange specimens of a colorful metallic mineral were first brought to The Arkenstone’s buying office in Shanghai around the end of 2012. They were labeled as “copper” at the time. By January, emails had been received with pictures of a bewildering variety of habits, all clearly of the same material. It was time to see in person! Before the 2013 Tucson Show, Arkenstone representatives visited the specimen market in Chenzhou in Hunan Province, and tracked down the source. A friend of ours made contact with the mine manager and was allowed to visit the mine twice during the productive period of this deposit/vein, once at the start and once at the end, after it was mined out. After seeing photos of specimens in place on heavy rock faces, Arkenstone helped funding a US-made diamond chain saw of the kind so often used in specimen recovery projects these days, but unfortunately the saw would not cut through the matrix—perhaps because of the high content of copper and iron in the matrix. Consequently very few large specimens were recovered, because of the difficulty of chopping them out of the solid walls. Only at the end of this open pocket were attempts made to extract larger specimens which could be sent to a lab in the US for trimming.

This fine mineral specimen photo shows multiple different copper minerals on matrix. Scattered chalcocite/chalcopyrite/djurleite in situ at the Tongshan Mine, Daye, Huangshi County, Hubei Province, China. Chen Xiaojun Photo.

The occurrence consisted of one long open pocket (perhaps a watercourse) that wound for at least a dozen meters, and was so big that men could sit in it. Thousands of small pieces came out, including many fine thumbnails which, sadly, were scraped off the wall into containers, damaging many of them. Of the larger pieces, many were damaged, especially in the early days, and are now just a “colorful crust” on rock. The miners simply did not have the tools, training or patience to collect specimens properly. So there are few matrix pieces. However, on the specimens that do include matrix, there is sometimes a beautiful mix of copper mineralization and calcite crystals. Probably a few hundred pieces of well-collected material of miniature size and larger were recovered, and only a few dozen truly outstanding larger pieces. The last large pocket was collected in April of 2013, from the original channel. We are not aware of any new pocket found since that time, although some material continues to trickle out to the market from the original find.

This is certainly one of the more exciting finds from China in recent times, and because there are so many specimens, there should be plenty available in every size and price range at the 2014 Tucson show.

Eight samples of different habits were provided by Arkenstone for analysis. Two of us (Hexiong Yang and Bob Downs) at the University of Arizona’s Mineralogy Department ran analyses on these strange specimens. Chinese dealers who obtained them were labeling them variously as “bornite,” “copper,” or “chalcocite” by September of 2013 when the last stragglers came to market. Eight samples were given for analysis, each showing a slightly different habit or style of crystallization.

In general, sulfides and sulfosalts do not produce useful Raman spectra, so X-ray diffraction was employed for identification. From the X-ray diffraction data, the unit-cell parameters can be determined and the species identified. All analyses were conducted using a Bruker X8 APEX2 CCD X-ray diffractometer equipped with graphite-monochromatized MoKα radiation.

A Chalcopyrite-coated Chalcocite and Djurleite from Tongshan, China. Full specimen plus close-up images by Joe Budd. More details on the specimen page.

The results were interesting. All of the colorful outside patina of these specimens, of any type or habit, is chalcopyrite (we had guessed that it was bornite). Additionally there are primary elongated crystals of chalcopyrite that look like narrow, extruded straws, which erupt from masses of djurleite of a bubbly habit. Larger, more massive crystals with three-dimensional form (to 2 cm) proved to be chalcocite covered with chalcopyrite, and this chalcocite occurs in both an elongated habit and a platy habit similar to that of specimens from Cornwall or Connecticut.

The matrix on which the chalcocite grows is typically a bubbly mass of colorful djurleite; small, sharp, thin and fragile crystals up to 2 cm are also djurleite. Some djurleite crystals are thin, elongated, flat blades with multiple pointed terminations like fingers. The chalcocite crystals are all much thicker and of a stout to platy habit. So habit can be used to identify which sulfide is underneath the protective layer of chalcopyrite.

Upon analysis, the chalcocite crystals yielded such ideal results that samples from this find are clearly among the most pure known, and have been added to the repository of mineralogical standards housed at the University of Arizona (the RRUFF project).


In May 2014, Lapis Magazine also published an article on this unusual find of fine minerals. The full PDF is available for viewing here

Bizarre Kupfersulfide aus der Tongshan Mine, China

von Robert Lavinsky, XiaoJun Chen, Hexiong Yang und Bob Downs

Ins Deutsche übertragen und ergänzt von Stefan Weiß Kontakt: rob@irocks.com (Robert Lavinsky/The Arkenstone)
lles begann mit einigen unge- wöhnlichen Stücken eines far- big schillernden Erzminerals, die wir Ende 2012 in unserem Vertriebsbüro in Shanghai zu sehen bekamen. Beschriftet waren sie damals als „Kupfer“. Bis Januar erreichten mich eMails mit Fotos weiterer Stücke in einer verblüffenden Formenvielfalt, alle eindeutig aus demselben Fund. Das musste man sich persönlich ansehen! Im Vorfeld der Tucson Show 2013 be- suchten wir den Mineralienmarkt von Chenzhou in der Provinz Hunan und verfolgten die Spur der Stücke bis zu ihrer Quelle – der kleinen, privat be- triebenen Tongshan Mine im Kupfer/ Eisen-Revier Daye Tonglushan, Pro- vinz Hubei. Aus diesem Bergbaugebiet, das Berthold Ottens 2008 in seiner „China“-Monographie detailliert be- schrieb (S. 189-194), kannte man bisher schöne Calcite sowie wenig attraktive Azuritknollen. Neben dem großen, staatlich betriebenen Kupfer-Tagebau Tonglushan sind hier zahlreiche private Bergwerke aktiv.

Bizarres „Kupfer“ in Calcitdrusen

Einer unserer Freunde stellte den Kontakt mit dem Grubenleiter der Tongshan Mine her und konnte das Bergwerk zweimal besuchen – ganz zu Beginn der Abbauarbeiten in dem produktiven Erzgang und nach Ab- schluß der Ausbeutung. Nun sahen wir Fotos der enormen Drusen vor Ort, mit bizarren, farbig schillernden Kupfermineralien – doch die saßen auf einem extrem massiven Ganggestein! Daher finanzierten wir den Kauf einer amerikanischen Diamantsäge, wie sie heutzutage sehr oft beim „Stufenberg- bau“ zum Einsatz kommt. Doch auch diese Säge schaffte es nicht, durch die überaus zähe Matrix des Erzganges zu schneiden, was wohl an den hohen Kupfer- und Eisengehalten dieser Zone lag. Nur am Ende der schlauchförmi- gen Drusenzone versuchte man, erst auf unser Drängen hin, größere Stufen zu bergen, um sie später an ein Präpa- rationslabor in den USA zu schicken. Daher existieren nur sehr wenige große Stücke, denn die Schwierigkeiten, Ma- trixstufen aus den Wänden der Druse zu stemmen, waren extrem.

Über das enorme Ausmaß dieses Fun- des sind wir uns inzwischen ziemlich sicher: Die mit Calcitkristallen und farbigen Kupfersulf iden ausgeklei- dete Drusenzone erstreckte sich über mindestens 12 m Länge, und sie war so groß, dass mehrere Männer darin sitzen konnten. Sie lieferte Tausende kleiner Stücke, darunter viele schöne Miniaturstufen. Leider wurden diese Thumbnails förmlich „von den Wän- den gekratzt“ und einfach in Behälter gefüllt, wobei nur wenige heil blieben. Auch von den größeren Stücken wur- den viele beschädigt, speziell zu Be- ginn der Ausbeutung, wobei nur noch „Steine mit farbigen Krusten“ übrig blieben. Die einheimischen Bergleute hatten weder die geeigneten Werk- zeuge noch die Geduld, schonend zu sammeln. Daher gibt es nur wenige Stücke mit Matrix. Diese wenigen zeigen allerdings eine wunderschöne Kombination aus Calcitkristallen und farbigen Kupfersulfiden.

Rätselhafte Bildungen

Doch aus was bestanden diese bizarren, oft indigoblau schillernden Bildungen – teils traubig-stalaktitisch, teils im spießförmigen Habitus? Chinesische Händler hatten sie bis September 2013, als die letzten „Nach- zügler“ auf den Markt kamen, ganz unterschiedlich als „Bornit“, „Kupfer“ oder „Chalkosin“ etikettiert. Nun stellte die Firma Arkenstone acht Proben zur Verfügung, jede mit unterschiedlicher Form und Kristallisationstyp. Zwei von uns – Hexiong Yang und Bob Downs – analysierten diese Proben am mineralogischen Institut der University of Arizona mit einem äußerst präzi- sen CCD-Röntgendiffraktometer des Bruker-Typs, um die Kristallstruktur aller beteiligten Mineralien schnell und effektiv zur ermitteln.

Farbiges „Blasen- kupfer“ überdeckt Djurleit und Chalkosin

Die Ergebnisse waren interessant: Die gesamten bunten Überzüge der Stücke bestehen aus Chalkopyrit. Oft zeigt dieser Kupferkies eine traubig- feinkristalline Oberfläche, vergleichbar dem „Blasenkupfer“ – blister copper – aus Cornwall (Anm. StW). Auch ei- nige dünne, wie Strohhalme gestreckte Kristalle bestehen aus Chalkopyrit, der aus rundlichen Djurleit-Massen herauswächst. Größere kompaktere Kristalle (bis 2 cm) erwiesen sich als Chalkosin, wiederum mit Chalkopy- rit-Überzug. Hierbei erscheint der Chalkosin sowohl im gestreckten als auch im tafeligen Habitus, ähnlich wie bei Stücken aus Cornwall oder Con- necticut. Die Matrix, aus der dieser Kupferglanz herauswächst, besteht oft aus kugeligem, farbig oxidiertem Djurleit; dünne, scharfkantige und sehr fragile Kristalle sind ebenfalls Djurleit. Einige Djurleite erreichen 2 cm Länge; sie bilden dünne, langtafelig gestreckte Kristalle, oft mit mehreren fingerarti- gen Spitzen. Die Chalkosin-Kristalle sind dagegen alle viel dicker und immer deutlich gedrungener.

So gibt der Habitus der Stücke immer einen klaren Hinweis, welches Kupfer- sulfid sich unter der bunten „Schutz- schicht“ aus Chalkopyrit verbirgt. Der Chalkosin aus der Tongshan Mine zählt zum reinsten bisher bekannten Material, so dass die Proben nun als mineralogisches Referenzmaterial beim RRUFF-Projekt der University of Arizona deponiert wurden.

Ein reicher Fund

Trotz der „abenteuerlichen“ Umstände ihrer Bergung sind wohl einige wenige hundert Stücke gut erhaltenen Materi- als in Kleinstufengröße auf den Mine- ralienmarkt gelangt, zusammen mit nur einigen wenigen Dutzend wirklich außergewöhnlicher Kabinettstücke und Großstufen. Die letzte be- deutende Druse dieser Sulfidzone wurde im April 2013 ausgeräumt. Seitdem wurden unseres Wissens nach keine weiteren „Pockets“ geöffnet; allerdings sickern noch immer Stücke aus dem alten Fund auf den Mineralienmarkt.

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