Hostname: page-component-84b7d79bbc-g78kv Total loading time: 0 Render date: 2024-07-25T07:46:17.820Z Has data issue: false hasContentIssue false

Flint Clay and a Flint-Clay Facies

Published online by Cambridge University Press:  01 July 2024

W. D. Keller*
Affiliation:
Department of Geology, University of Missouri, Columbia, Mo. 65201

Abstract

Flint clay is defined as a sedimentary, microcrystalline to crystalline clay (rock) composed dominantly of kaolin, which breaks with a pronounced conchoidal fracture and resists slaking in water. Additional ceramic (refractory) properties are implied, but not expressed, in the definition. Flint clay first given recognition in the U.S.A., has been observed on all continents; it will probably be found to be more abundant than its occurrences reported to date. It occurs in rocks mainly Carboniferous or Cretaceous in age, and is invariably associated with plant- or coal-bearing measures.

The environment of deposition is commonly lowlying paludal, in basins in either clastic silicate rocks or in karstic carbonates. It is inferred that parent illitic and/or kaolinitic clay colloids were transported into the swamps and there under-went further dialysis, alteration, and eventual crystallization in situ, producing a notably homogeneous kaolinite clay possessing interlocking crystallinity. Some occurrences were further desilicated to high-alumina minerals, particularly to diaspore and boehmite.

Flint clay is interpreted as being an intermediate member of a so-called flint-clay facies which is a claystone sequence ranging from high-alumina minerals (or potentially so) formed on the highest part, structurally and/or topographically, of the depositional area, and grading down-structure and/or lower in elevation through flint clay to iliite-kaolinite plastic clay and thence to marine illitic shale, all being equivalent stratigraphically. The geochemical reactions are depotassification of parent clay by substitution of K+ by H+, and desilication, especially where high-alumina minerals are formed.

Résumé

Résumé

L’argile réfractaire se définit comme une argile (roche) sédimentaire, microcristalline à cristalline, composée surtout de kaolin, dont la cassure est fortement conchoïdale et n’absorbe pas l’eau. Les autres propriétés céramiques (réfractaires) sont sous-entendues, mais non exprimées dans la définition. Reconnue pour la première fois aux Etats-Unis, l’argile réfractaire a été découverte dans tous les continents, et on en trouvera probablement en quantité plus abondante que celles observées jusqu’ici. On la rencontre surtout dans les roches carbonifères et crayeuses, et elle s’associe invariablement aux zones plantifères et gisements houillers.

Le dépôt se trouve généralement dans un milieu marécageux à faible niveau, en bassins de roches clastiques de silicate ou de carbonates karstiques. On en conclut que des colloûdes de parenté illitique et/ou d’argile kaolinitique furent transportés dans les marais et y subirent encore une dialyse, une altération et éventuellement une cristallisation in situ, produisant une argile kaolinitique notablement homogène et possédant une cristallinité solide. D’autres dépôts subirent une désilicatisation qui les transorma en minéraux à haute teneur d’alumine, en particulier en diaspore et boehmite.

L’argile réfractaire est considérée comme étant un intermédiaire entre ce quel’on appelle les facies d’argile réfractaire, qui sont une succession d’argiles allant des minéraux à haute teneur d’alumine (ou potentiellement tels) formés sur la partie la plus élevée de la zone de dépôt, du point de vue structurel et/ou topographique, et s’échelonnant des structures basses et/ou plus inférieure en élévation à travers l’argile réfractaire jusqu’à l’argile élastique illite-kaolin et ainsi au shale marin illitique, tous étant équi-valents du point de vue stratographique. Les réactions géochimiques sont la dépotas- sification de l’argile mère par substitution de K+ par H+, et la désilicatisation, surtout là où sont formés les minéraux à haute teneur en alumine.

Kurzreferat

Kurzreferat

Schieferton wird definiert als sedimentärer, mikrokristalliner bis kristalliner, vorwiegend aus Kaolin bestehender Ton (Stein), mit ausgesprochenem Muschelbruch und Löschwiderstand gegnüber Wasser. Die Definition deutet ferner, wenn auch nicht ausdrücklich, auf keramische (feuerhemmende) Eigenschaften hin. Der erstamalig in den USA namentlich erwähnte Schieferton wird auf sämtlichen Kontinenten angetroffen; es darf angenommen werden, das er in weit grösseren als den bisher bekannt gewordenen Mengen aufgefunden wird. Er tritt hauptsächlich in Gestein aus dem Karbon und der Kreide auf und ist immer mit pflanzen-oder kohleführenden Lagern verbunden.

Die Umgebung der Lagerstätte ist im allgemeinen tiefliegendes Sumpfland in Becken von entweder klastischen Silikatgesteinen oder karstischen Karbonaten. Es wird vermutet, dass illitische bzw. kaolinitische Tonmutterkolloide in die Sümpfe verbracht wurden und dort Gegenstand weiterer Dialyse, Veränderung und schliesslich Kristallisierung an Ort und Stelle waren, wobei es zur Bildung eines ausgesprochen homogenen, verkettete Kristallinität aufweisenden Kaolinittones kam. Manche der vorkommenden Gebilde wurden weiter zu tonerdereichen Mineralen entsilikatisiert und zwar besonders zu Diaspor und Boehmit.

Schieferton wird als Zwischenglied einer sogennanten Schieferton-Fazies angesehen, die eine Tonsteinfolge darstellt, welche sich von den an tektonisch bzw. topographisch höchster Stelle der Lagerstätte gebildeten (oder bildungs-fähigen) tonerdereichen Mineralen tektonsich oder höhen-mässig über Schieferton bis zu illit-kaolinischem, plastischem Ton und von da zu illitischen Meeresschiefern erstreckt, wobei alle diese Gebilde stratigraphisch gleichwertig sind. Die geochemischen Reaktionen bestehen aus der Entfernung des Kaliums aus dem Mutterton durch Ersatz des K+ durch K+ und Entsilikatisierung, besonders dort, wo tonerdereiche Minerale gebildet werden.

Резюме

Резюме

Твердая огнеупорная глина определяется как осадочная микрокристаллическая до кристаллической глина (порода), состоящая главным образом из каолина, который когда ломается дает отчетливо конхоидальный излом и сопротивляется отслаиванию в воде. В определении подразумеваются (но не выражаются) добавочные керамические (огнеупорные) свойства. Твердая огнеупорная глина была впервые признана в США, но уже обнаружена на всех материках и, по всей вероятности, более изобильна, чем в залеганиях известных по настоящее время. Встречается глина эта главным образом в породах углесодержащего или мелового периода и всегда связана с растительными или каменноугольными отложениями.

Окружающая среда отложений обычно низменная, болотистая и находится в бассейнах в обломочных силикатных породах осадочного происхождения или в карстовых карбонатах. Подразумевается, что исходные иллитовые и/или каолинитовые глинистые коллоиды были перенесены в болота и там подверглись дальнейшему диализу, изменению и последующей кристаллизации на месте, что дает заметно гомогенную каолинитную глину, обладающую взаимносоединяющей кристалличностью. Некоторые залегания подверглись дальнейшему удалению силикагов, преобразовываясь в минералы с высоким содержанием глинозема, особенно в диаспор и бёмит.

Твердая огнеупорная глина определяется, как промежуточный член т.наз. фаций твердых огнеупорных глин, являющихся аргиллитовой последовательностью, простирающейся от высокоглиноземных минералов (или потенциально таковых) образуемых в наиболее высокой как структурно) так и (или топографически) части на участке отложений и нисходя по структуре и/или ниже по уровню через огнеупорную глину до иллито-каолинитовой пластичной глины, а затем до морских иллитовых сланцев, причем все они стратиграфически эквивалентные.

Геохимическая реакция это удаление калия из исходной глины замещением Н+ вместо К+, а также удаление силикатов, особенно там, где образуются минералы с высоким содержанием глинозема.

Type
Research Article
Copyright
Copyright © Clays and Clay Minerals 1968

Access options

Get access to the full version of this content by using one of the access options below. (Log in options will check for institutional or personal access. Content may require purchase if you do not have access.)

References

Bolam, T. R., (1932) The Donnan equilibrium: Bell, London , 232 pp.Google Scholar
Bolger, R. C. and Weitz, J. H. (1952) Mineralogy and origin of the Mercer fire clay of north-central Pennsylvania: AIME Symp. Volume, Problems of Clay and Laterite Genesis, 8193.Google Scholar
Brindley, G. W. and de Souza Santos, P. (1966) New varieties of kaolin-group minerals and the problem of finding a suitable nomenclature: Proc. Int. Clay Conf. 1966, Israel, 1, 3-10, Israel Program for Sci. Translations, Jerusalem.Google Scholar
Carroll, D. (1962) Rainwater as a chemical agent of geologic processes —a review: U.S. Geol. Survey Water Sup. Paper 1535-G, 18 pp.Google Scholar
Chukhrov, F. V. and Zvyagin, B. B. (1966) Halloysite, a crystallochemically and mineralogically distinct species: Proc. Int. Clay Conf. 1966, Israel, 1, 11-26, Israel Program for Sci. Translations, Jerusalem.Google Scholar
Cook, R. A. (1886) The manufacture of fire-brick at Mt. Savage, Maryland: Trans. AIME, 14, 698706.Google Scholar
Erickson, E. S. Jr. (1963) Mineralogical, petrographic, and geochemical relationships in some high-alumina and associated claystones from the Clearfield Basin, Pennsylvania: Unpublished Ph.D. thesis, Pennsylvania State University, University Park, Pennsylvania, 190 pp.Google Scholar
Foose, R. (1944) High-alumina clays of Pennsylvania: Econ. Geol. 39, 557577.CrossRefGoogle Scholar
G alpin, S. L. (1912) Studies of flint fire clays and their associates: J.Am. Ceram. Soc. 14, 301346.Google Scholar
Garrels, R. M. and Christ, C. L. (1965) Solutions, Minerals, and Equilibria: Harper and Row, New York , 450 pp.Google Scholar
Greaves-Walker, A. F. (1939) The origin, mineralogy, and distribution of the refractory clays of the United States: N. Carolina Eng. Exp. Sta. Bull. 19, Raleigh, North Carolina, 87 pp.Google Scholar
Hahn, G. W. (1954) Clay mineral relationships in the Ocheskey fire clay pit: Unpublished M.A. thesis, Univ. of Missouri Library, Columbia, Missouri, 90 pp.Google Scholar
Halm, L. (1952) Comparative study of American and French flint clays: J.Am. Ceram. Soc. 31, 7984.Google Scholar
Hanson, R. F. and Keller, W. D. (1966) Genesis of refractory clay near Guanajuato, Mexico: Clays and Clay Minerals, Pergamon Press, New York, 14, 259267.CrossRefGoogle Scholar
Howe, W. V. and Koenig, J. W. (1961) The stratigraphic succession in Missouri: Missouri Geol. Surv. Water Resources, Rep. Invest., 40, 2nd Series, 185 pp.Google Scholar
Howell, J. V. (1957) Glossary of geology and related sciences: NAS-NRC Publ. 501, pp.Google Scholar
Keller, W. D. (1938) Diaspore clay cast of fossil wood in a Missouri disapore pit: Am. Mineralogist 23, 461463.Google Scholar
Keller, W. D. (1938) A sandstone-covered Missouri flint clay pit: J.Am. Ceram. Soc. 17, 322.Google Scholar
Keller, W. D. (1952) Observations on the origin of Missouri high-alumina clays: AIME Symp. Vol., Problems of Clay and Laterite Genesis, 115135.Google Scholar
Keller, W. D. (1952) Torbernite in Missouri fire clay: Am. Mineralogist 37, 125–28.Google Scholar
Keller, W. D. (1957) The Principles of Chemical Weathering, Lucas Bros., Columbia, Missouri, 113 pp.Google Scholar
Keller, W. D. (1964) Processes of origin and alteration of clay minerals: Soil Clay Mineralogy Symposium Vol., North Carolina Press, Raleigh, North Carolina, 376.Google Scholar
Keller, W. D. (1967) Geologic occurrences of clay minerals: Layer-silicate short course, Geol. Soc. Am., 1967 meeting.Google Scholar
Keller, W. D., Gentile, R. J. and Reesman, A. L. (1967) Allophane and Na-rich alunite from kaolinitic nodules in shale: J. Sediment Petrol. 37, 215220.Google Scholar
Keller, W. D. and Hanson, R. F. (1967) Hydrothermal refractory clay near San Luis Potosi, Mexico: Abstr. Clay Min. Soc. Meeting, Denver, Aug. 1967.Google Scholar
Keller, W. D., Pickett, E. E. and Reesman, A. L. (1966) Elevated dehydroxylation temperature of the Keokuk geode kaolinite —a possible reference mineral: Proc. Int. Clay Conf. 1966, Jerusalem, 1, 7585.Google Scholar
Keller, W. D., Westcott, J. F. and Bledsoe, A. O. (1954) The origin of Missouri fire clays: Clays and Clay Minerals, Proc. 2nd conf. Nat'l Acad. Sci-Nat'l Res. Coun. Publ. 327, 746.Google Scholar
Loughnan, F. C. (1962) Some tonstein-like rocks from New South Wales, Australia: N. Jahrbuch f. Mineral., Stuttgart, 99, no. 1, 2944.Google Scholar
Lovering, T. S. (1959) Significance of accumulator plants in rock weathering: Bull. Geol. Soc. Am. 70, 781800.CrossRefGoogle Scholar
McQueen, H. S. (1943) Fire clay districts of east central Missouri: Missouri Geol. Surv. Water Resources Rep. Invest., 2nd Ser., 23, 250 pp.Google Scholar
Orton, E. (1893) The clays of Ohio, their origin, composition, and varieties: Rep. Geol. Surv. Ohio 7, 4568.Google Scholar
Patterson, S. H. and Hosterman, J. W. (1962) Geology and refractory clay deposits of the Haldeman and Wrigley Quadrangles, Kentucky: U.S. Geol. Surv. Bull. 1122-F, 113 pp.Google Scholar
Popoff, C. C. (1955) Cowlitz clay deposits near Castle Rock, Washington: U.S. Bur. Mines, Rep. Invest. 5157.Google Scholar
Reesman, A. L. (1966) A study of clay mineral dissolution: unpublished Ph.D. thesis, Library, Univ. of Missouri at Columbia, 163 pp., 3 appendices 49 pp. Extracts in press.Google Scholar
Reesman, A. L. and Keller, W. D. (1967) Chemical composition of illite: J. Sediment Petrol. 37, 592596.Google Scholar
Reesman, A. L., and Keller, W. D. (In press) Aqueous solubility studies of high-alumina and clay minerals: Am. Mineralogist.Google Scholar
Ries, H. (1909) Economic Geology of the United States, MacMillan, New York, p. 99, 451 pp.Google Scholar
Robbins, C. and Keller, W. D. (1952) Clay and other non-carbonate minerals in some limestones: J. Sediment Petrol. 22, 146152.Google Scholar
Searle, A. V., (1924), Refractory materials: their manufacture and uses: Griffin, London, 730 pp.Google Scholar
Searle, A. V. and Grimshaw, R. W. (1959) The chemistry and physics of days and other ceramic materials: Inter-science, New York , 942 pp.Google Scholar
Slatkine, A. and Heller, L. (1961) A petrological study of the flint clays from Makhtesh Ramon, Israel: Proc. Int. Comm. Study Clays, Int. Geol. Cong., 24, 88107.Google Scholar
Thornberry, M. H. (1925) Treatise on Missouri clays: Tech. Ser. Bull. School Mines and Metallurgy, Univ. of Missouri, Rolla, Missouri, 8, 69 pp.Google Scholar
Urbina, J. E. (1910) Informe acerca de una excursion geologica preliminar efectuada en el Estado de Yucatan: .Google Scholar
Parergones del Inst. de Mexico, Tomo III, No. 7.Google Scholar
Waage, K. M. (1950) Refractory clays of the Maryland coal measures: Maryland Geol. Surv. Bull. 9, 182 pp.Google Scholar
Waage, K. M. (1953) Refractory clay deposits of south- central Colorado: U.S. Geol. Surv. Bull. 993, 104 pp.Google Scholar
Warde, J. M. (1950) Refractory clays in the Union of South Africa: J. Am. Ceram. Soc. 29, 257260.Google Scholar
Wheeler, A. A. (1896) Clay Deposits of Missouri: Missouri Geol. Surv. 11, 622 pp.Google Scholar
Williams, E. G. (1960) Relationship between the stratigraphy and petrography of Potts vi lie sandstones and the occurrences of high-alumina Mercer clay: Econ. Geol. 55, 12911302.CrossRefGoogle Scholar
Wurzburger, V. (1963) The flint clay of Makhtesh Ramon: Israel J. Earth Sci. 12, 1.Google Scholar