Hostname: page-component-7479d7b7d-wxhwt Total loading time: 0 Render date: 2024-07-09T09:05:36.396Z Has data issue: false hasContentIssue false
  • English
  • Français

Synthesis of Iron Layer Silicate Minerals under Natural Conditions

Published online by Cambridge University Press:  01 July 2024

Hermann Harder
Hermann Harder*
Affiliation:
Sedimentpetrographisches Institut der Universität Göttingen, Germany, Goldschmidt-Str. 1, D - 3400 Göttingen
Get access Rights & Permissions [Opens in a new window]

Abstract

The low temperature synthesis of iron silicate minerals with clay structures is possible at surface temperatures only under reducing conditions. Under oxidizing conditions clay minerals could not be synthesized. Instead quartz and quartzine were found in these X-ray amorphous Fe III hydroxide-silica precipitates after 14 days at low temperatures (20° and 3°C) as well as geothite or X-ray amorphous iron hydroxides. Only from solutions containing Fe-II could the different iron-containing clay minerals be built up within days at low temperatures. The presence of Fe-II enables an octahedral layer of the brucite-gibbsite type to be formed. This is necessary for the bidimensional orientation of SiO4-tetrahedra leading to clay mineral formation. The presence of Fe2+- and/or Mg2+-ions is necessary for the formation of the Al3+- and Fe3+-containing octahedral layers. The reducing conditions were obtained in the experiments by addition of dithionite. With a high content of silica (ca. 20 ppm SiO2,7 ppm Fe) nontronite and lembergite, the di-Fe-III and tri-Fe-II octahedral, three-layer silicates, were built up in several days at low temperatures. With a lower silica content, that is, a lower Si/Fe ratio (15 ppm SiO2 and 20 ppm Fe), the two-layer silicate minerals greenalite and chamosite could be synthesized. A higher Mg content and more reducing conditions in the solutions favored the tri- as well as dioctahedral chamosite synthesis.

The conditions of formation of recent naturally formed nontronite fit well with the synthesis conditions. Chamosites in sedimentary iron ores are characterized by a low content of SiO2, between 15–30% SiO2. This low content of silica cannot be the result of primary precipitation from seawater. The iron and silica ratio in seawater or in river waters would lead to a precipitation of ~60% SiO2 in the iron hydroxide precipitates. A probable origin for chamosite iron ores, which explains the low SiO2 content, is diagenesis of the lateritic weathering crust. Indeed, investigations of recent tropical shoreline sediments and in particular their trace element content confirm that chamosite minerals have formed diagenetically from lateritic particles in reducing sediments.

Резюме

Резюме

Низкотемпературный синтез железистых силикатных минералов с глинистыми структурами возможен при наземной температуре только в восстановительной среде.В окислительной среде глинистые минералы не синтезируются.Вместо этого в аморфных к рентгеновским лучам кремнеземных осадках,содержащих гидроокись Fe-III,после 14 дней содержания при низкой температуре /20° и 3°С/ были обнаружены кварц и кварцин,а также гетит или аморфные к рентгеновским лучам железистые гидроокиси.Только из растворов,содержащих Fe-II,могут образоваться различные железо-содержащие глинистые минералы в течение нескольких дней при низкой температуре.Присутствие Fe-II способствует образованию октаэдрического слоя брусито-гиббситового типа.Это необходимо для двумерной ориентации тетраэдров SiO4,ведущей к формированию глинистых минералов.Присутствие ионов Fe2+H /или/ Mg2+ необходимо для формирования содержащих Аl3+и Fe3+ октаэдрических слоев. При экспериментах восстановительная среда достигалась добавлением дитионита.ПРи высоком содержании кремнезема /около 20 ч/млн SiO2 и 7 ч/млн Fe/ были получены нонтронит и лембергит,двухоктаэдральный с Fe-III и трехоктаэдральный с Fe-II трехслойные силикаты,в несколько дней при низкой температуре.При низком содержании кремнезема,т.е.при низком отношении Si/Fe/15 ч/млн SiO2 и 20 ч/млн Fe/ были синтезированы двухслойные силикатные минералы гриналит и шамозит.Более высокое содержание Mg и усиление восстановительных свойств раствора способствует синтезу трех- и двухоктаэдрического шамозита.

Условия современного формирования природного нонтронита хорошо соответствуют условиям синтеза.Шамозит в осадочных железных рудах характеризуется низким содержанием SiO2,OT 15 до 30% SiO2.Низкое содержание кремнезема не может быть результатом первичного осаждения его из морской воды.Соотношение железа и кремнезема в морской или речной воде должно привести к осаждению примерно 60% SiO2 в гидроокисных железистых отложениях.Возможное происхождение шамози- товых железных руд,которое объясняет низкое содержание SiO2,связано с диагенезом продуктов латеритового выветривания поверхностных отложений.Действительно, исследования современных тропических прибрежных осадков и в особенности содержащихся в них рассеянных элементов убеждают,что шамозитовые минералы образовались диагенетически из латеритовых частиц в восстановительной среде.

Keywords

ChamositeGreenaliteIronLembergiteNontroniteSynthesis
Type
Research Article
Information
Clays and Clay Minerals , Volume 26 , Issue 1 , February 1978 , pp. 65 - 72
Copyright
Copyright © 1978, The Clay Minerals Society

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

Bischoff, J. L. (1972) A ferroan nontronite from the Red Sea geothermal system: Clays & Clay Minerals 20, 217–223.CrossRefGoogle Scholar
Borchert, H. (1952) Die Bildungsbedingungen mariner Eisenerzlagerstätten. Chem. Erde 16, 49–74.Google Scholar
Brindley, G. W. (1951) The crystal structure of some chamosite minerals: Mineral. Mag. 29, 502.Google Scholar
Brindley, G. W. and Youell, R. F. (1953) Ferrous chamosite and ferric chamosite. Mineral. Mag. 30, 57–70.Google Scholar
Bubenicek, L. (1960) Recherches sur la Constitution et la Répartion des Minerais de fer dans L'Aalnien de Lorrain. Thèse Docteur, Nancy.Google Scholar
Caillère, S., Hénin, S. and Méring, J. (1947) Passage expérimental de la montmorillonite à une phyllite à équidistance stable de 14 Å. C. R. Acad. Sci. Fr., 224, 842.Google Scholar
Correns, C. W. (1952) Mineralogische Untersuchungen an sedimentären Eisenerzen. In Symposium sur les gisements defer du monde. Teil: Die Einerzlagerstätten Deutschlands. (Edited by Bondel, F., et Marvier, L.) XIXe Congrès Géol. Intern. Alger.Google Scholar
Ewell, R. H. and Insley, H. (1935) Hydrothermal synthesis of kaolinite, dickite, beidellite, and nontronite. J. Res. Natl. Bur. Stand., 15, 173.Google Scholar
Flehmig, W. (1967) Zur Erklärung des Kieselsäuregehalts in Nadeleisenerzooiden. Dissertation, Münster/Westf.Google Scholar
Gärtner von, H. R. and Schellmann, W. (1965) Rezente Sedimente im Küstenbereich der Halbinsel Kaloum, Guinea: Mineral. Petrogr. Mitt. 10, 349–367.Google Scholar
Hamilton, G. and Furtwängler, W. (1951) Synthese von Nontronit. Tschermaks Mineral. Petrogr. Mitt. 3. F.CrossRefGoogle Scholar
Harder, H. (1951) Über den Mineralbestand und die Entstehung einiger sedimentärer Eisenerze des Lias. Heidelb. Beitr. Mineral. Petrogr. 2, 455–476.Google Scholar
Harder, H. (1963) Können Eisensäuerlinge die Genese der Lahn-Dill-Erze erklären? Beitr. Mineral. Petrogr. 9, (5), 379–422.Google Scholar
Harder, H. (1965) Experimente zur “Ausfällung” der Kieselsäure. Geochim. Cosmochim. Acta 29, 429–442.CrossRefGoogle Scholar
Harder, H. (1972) The role of magnesium in the formation of smectite minerals. Chem. Geol. 10, 31.CrossRefGoogle Scholar
Harder, H. (1973) Synthese von eisenhaltigen Tonmineralen bei niedrigen Temperaturen. Naturwissenschaften 60, 517.CrossRefGoogle Scholar
Harder, H. and Flehmig, W. (1970) Quarzsynthese bei tiefen Temperaturen. Geochim. Cosmochim. Acta 34, 295.CrossRefGoogle Scholar
Hartmann, M. (1969) Investigations of Atlantis II Deep Samples Taken by the FS METEOR. In Hot Brines and Recent Heavy Metal Deposits in the Red Sea. (Edited by Degens, E. T. and Ross, D. A.) . Springer, Berlin, Heidelberg, New York.Google Scholar
James, H. L. (1954) Sedimentary facies of iron formation. Econ. Geol. 49, 235–293.CrossRefGoogle Scholar
Livingstone, D. (1963) Chemical composition of rivers and lakes. U.S. Geol. Surv. Prof. Pap. 440–G.Google Scholar
Menschel, G. (1970) Zum Vorkommen von Kieselsäure in sedimentären Manganerzen und zur Bildung von Mangansilikaten im Tieftemperaturbereich. Dissertation, Göttingen.Google Scholar
Müller, G. and Förstner, U. (1973) Recent iron ore formation in Lake Malawi, Africa. Mineral. Deposita (Berl.) 8, 278.CrossRefGoogle Scholar
Nikitina, A. P. and Zvyagin, B. B. (1972) Origin and crystal structure features of clay minerals from the lateritic bauxites in the European part of the U.S.S.R. Proc. Int. Clay Conf. Madrid.Google Scholar
Orcel, J., Hénin, S. and Caillere, S. (1949) Sur les silicates phylliteux des minerais de fer oolithiques. C. R. Acad. Sci. Fr., 229, 134.Google Scholar
Porrenga, D. H. (1965) Chamosite in recent sediments of the Niger and Orinoco deltas. Geol. Mijnbouwkd. 44, 400–403.Google Scholar
Porrenga, D. H. (1967) Glauconite and chamosite as depth indicators in the marine environment. Mar. Geol. 5, 495–501.CrossRefGoogle Scholar
Rohrlich, V., Price, N. B. and Calvert, S. E. (1969) Chamosite in the recent sediments of Loch Etive, Scotland. J. Sediment. Petrol. 39, 624–631.Google Scholar
Schneiderhöhn, H. (1924) Untersuchungen über die Aufbereitungsmöglichkeiten der Eisenerze des Salzgitterhöhenzuges aufgrund ihrer mineralogisch-mikroskopischen Beschaffenheit. Mitt. Kaiser Wilhelm Inst. Eisenforsch. Düsseldorf 5, 79–108.Google Scholar
Strakhov, N. M. (1959a) Schema de la diagenèse des depôts marins. Ecologae Géol. Helv. 51, 761–767.Google Scholar
Strakhov, N. M. (1959b) Sur les formes du fer dans les sédiments de la Mer Noire. Ecologae Géol. Helv. 51, 753–761.Google Scholar