Hostname: page-component-848d4c4894-mwx4w Total loading time: 0 Render date: 2024-06-25T08:10:44.645Z Has data issue: false hasContentIssue false

Transformation of Iron-Bearing Kaolinite to Iron-Free Kaolinite, Goethite, and Hematite

Published online by Cambridge University Press:  02 April 2024

Israel Rozenson
Affiliation:
Department of Geology, The Hebrew University, Jerusalem, Israel
Baruch Spiro
Affiliation:
Department of Geology, The Hebrew University, Jerusalem, Israel
Israel Zak
Affiliation:
Department of Geology, The Hebrew University, Jerusalem, Israel

Abstract

Ferruginous clay partings in limestones of the marine, largely evaporitic, Upper Triassic Mohila Formation (Makhtesh Ramon, Israel) contain hexagonal plates and cube-like bodies up to one millimeter across. Analyses by electron microscopy, infrared and Mössbauer spectroscopy, and X-ray powder diffraction indicate that the matrix contains Fe-rich anhedral kaolinite, up to 100 μm in size; the hexagonal plates are composed of euhedral, Fe-free kaolinite covered with well-developed acicular goethite and platy hematite (0.5 to 2 μm in size), and the cubes consist of fine-grained goethite with minor amounts of kaolinite. The anhedral kaolinite appears to be detrital, the hexagonal plates to be authigenic, and the cubes to be pseudomorphs after pyrite. Oxidation appears to have altered Fe-rich kaolinite and pyrite to Fe-free kaolinite, goethite, and hematite and was accompanied by recrystallization and pseudomorphic replacement. The alteration process was slow and was probably induced by a small increase in pH and in the Al/Fe ratio, resulting from oxidation of reduced components (pyrite, ferrous carbonate, organic matter) in a semiclosed, sediment-mud system. Overlying kaolinitic flint clay deposits may be the final product of a similar process.

Резюме

Резюме

Резюме—В морских хемогенных известняках свиты Мохила (верхний триас р-на Махтеш Рамон, Израиль) встречаются тонкие обогащенные железом глинистые прослойки, содержащие гексагональные пластинки и кубики размером до 1 мм. Электронная микроскопия, инфракрасная и моссабауэровская спектроскопия и рентгеновская дифрактометрия позволили установить, что вмещающая порода состоит из ксеноморфных частиц железистого каолинита размером до 100 μм. Гексагональные пластинки сложены идиоморфным безжелезистым каолинитом. Пластинки покрыты хорошо окристаллизованными игольчатыми агрегатами гетита и пластинчатого гематита размером 0,5 — 2,0 μм. Кубики содержат тонкозернистый гетит со следами каолинита. Ксеномо-рфный каолинит по-видимому является обломочным, гексагональные пластинки—аутигенные. Кубики представляют собой псевдоморфозы по пириту. В результате окисления железистый каолинит и пирит были преобразованы в безжелезистый каолинит, гетит и гематит. Этот процесс сопровождался перекристаллизацией и псевдоморфизмом. Процесс замещения был медленным и вероятно был вызван небольшим увеличением рН и отношения Al/Pe как результат окисления пирита, железистых карбонатов и органического вещества в полузамкнутой системе рыхлого ила. Залегающие выше по разрезу слои каолиновых огнеупорных глин возможно являются конечным продуктом аналогичного процесса. [A. Cohen]

Resümee

Resümee

Eisenhaltige Tonanteile in Kalken der marinen, hauptsächlich evaporitischen, obertriassischen Mohila Formation (Makhtesh Ramon, Israel) enthalten hexagonale Plättchen und würfelförmige Teilchen bis zu einem Millimeter Durchmesser. Untersuchungen mittels Elektronenmikroskop, Infrarot- und Mössbauerspektroskopie sowie Röntgenpulverdiffraktometrie deuten darauf hin, daß die Matrix Fe-reichen, xenomorphen, bis zu 100 μm großen Kaolinit enthält; die hexagonalen Plättchen sind idiomorphe Fe-freie Kaolinite, die mit gut kristallisiertem nadelförmigem Goethit, und plättchenförmigem Haematit (0,5 bis 2 μm groß) umgeben sind. Die Würfel bestehen aus feinkörnigem Goethit mit geringen Anteilen von Kaolinit. Die xenomorphen Kaolinite scheinen detritisch zu sein, die hexagonalen Kaolinite authigen und die Würfel dürften Pseudomorphosen nach Pyrit darstellen. Durch Oxidation scheint der Fe-reiche Kaolinit und der Pyrit in Fe-freien Kaolinit, Goethit, und Haematit umgewandelt worden zu sein, wobei es gleichzeitig zur Rekristallisation und zur Bildung von Pseudomorphosen kam. Der Umwandlungsprozeß ging langsam vor sich und wurde wahrscheinlich durch eine kleine Erhöhung des pH-Wertes und des Al/Fe-Verhältnisses verursacht, was aus der Oxidation der reduzierten Komponenten (Pyrit, Fe-haltige Karbonate, organisches Material) in einem halbgeschlossenen Sediment-Schlamm-System resultierte. Die überlagernden kaolinitischen Flintclay-Lagerstätten könnten das Endprodukt eines ähnlichen Prozesses sein. [U.W.]

Résumé

Résumé

Des lamines d'argiles ferrugineuses dans les calcaires de la formation Mohila, marine et en grande partie évaporitique du Triassique Superieur (Makhtesh Ramon, Israel) contiennent des plaques hexagonales et des cubes mesurant jusqu’à un millimètre de large. Des analyses par microscopie électronique, par spectroscopie infrarouge et de Mossbauer, et par diffraction des rayons-X indiquent que la matrice contient de la kaolinite anhédrale riche en Fe mesurant jusqu’à 100 μm; les plaques hexagonales sons composées de kaolinite euhédrale sans Fe couverte de goethite aciculaire bien dévelopée et d'hématite en plaquettes (mesurant de 0,5 à 2 μm), et les cubes consistent de goethite à fins grains avec des quantités moindres de kaolinite. La kaolinite anhédrale semble être detritique, les plaques hexagonales authigéniques, et les cubes semblent être des pseudomorphes après la pyrite. L'oxidation semble avoir altéré la kaolinite riche en Fe et la pyrite en kaolinite sans Fe, goethite et hématite, et avoir été accompagnée d'une recristallisation et d'un remplacement pseudomorphique. Le procédé d'altération était lent et a été probablement induit par une faible augmentation du pH et de la proportion Al/Fe résultant de l'oxidation de composants réduits (pyrite, carbonate ferreux, matière organique) dans un système sédiment-boue miconfiné. Des dépôts susjacents de “fint-clay” kaolinitiques pourraient être les produits finaux d'un procédé semblable. [D.J.]

Type
Research Article
Copyright
Copyright © 1982, 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

Atkinson, R. J., Posner, A. M. and Quirk, J. P., 1977 Crystal nucleation and growth in hydrolysing iron(III) chloride solutions Clays & Clay Minerals 25 4956.CrossRefGoogle Scholar
Bentor, Y. K., 1966 The clays of Israel, guidebook to the excursions Int. Clay Conf., Jerusalem, 1966 .Google Scholar
Berry, L. G. and Mason, B., 1959 Mineralogy: Concepts, Descriptions, Determinations .Google Scholar
Goldberg, M. and Friedman, G. M. (1974) Paleoenvironments and paleogeographic evolution of the Jurassic System in southern Israel: Geol. Surv. Israel Bull. 61, 44 pp.Google Scholar
Goldbery, R., 1979 Sedimentology of the Lower Jurassic flint clay bearing Mishhor Formation, Makhtesh Ramon, Israel Sedimentology 26 229251.CrossRefGoogle Scholar
Grim, R. E., 1968 Clay Mineraology 2nd ed. New York McGraw Hill.Google Scholar
Hogg, C. S., Malden, P. J. and Meads, R. E., 1975 Identification of iron-containing impurities in natural kaolinites using the Mössbauer effect Mineral. Mag. 40 8996.CrossRefGoogle Scholar
La Iglesia, A. and Van Oosterwyck-Gastuche, M. C., 1978 Kaolinite synthesis. I. Crystallization conditions at low temperatures and calculation of thermodynamic equilibria; application to laboratory and field observations Clays & Clay Minerals 26 397408.CrossRefGoogle Scholar
Kodama, H., McKeague, J. A., Tremblay, R. J., Gosselin, J. R. and Townsend, M. G., 1977 Characterization of iron oxide compounds in soils by Mössbauer and other methods Can. J. Earth Sci. 14 115.CrossRefGoogle Scholar
Kundig, W., Bömmel, H., Constabaris, G. and Lindquist, R. H., 1966 Some properties of supported small α-Fe2O3 particles determined with Mössbauer effect Phys. Rev. 142 327333.CrossRefGoogle Scholar
Mendelovici, E., Yariv, S.h. and Villalba, R., 1979 Aluminum-bearing goethite in Venezuelan laterites Clays & Clay Minerals 27 368372.CrossRefGoogle Scholar
Murad, E., 1979 Mössbauer spectra of goethite: evidence for structural imperfections Mineral. Mag. 43 355361.CrossRefGoogle Scholar
Parker, T. W., 1969 Infra-red spectra, relationships and origins of kaolinites in the clays of South Devon Brit. Ce-ram. Soc. Proc. 13 117124.Google Scholar
Rozenson, I., Bauminger, E. R. and Heller-Kallai, L., 1979 Mössbauer spectra of iron in 1:1 phyllosilicates Amer. Mineral. 64 893901.Google Scholar
Rozenson, I., Zak, I. and Spiro, B., 1980 The distribution and behavior of iron in sequences of dolomites, clays and oxides Chem. Geol. 31 8396.CrossRefGoogle Scholar
Slatkine, A. and Heller, L., 1961 A petrological study of the flint clay from Makhtesh Ramon, Israel Inter. Geol. Cong. 21 sess. Norden Part 24 88107.Google Scholar
Spiro, B. and Rozenson, I., 1980 Distribution of iron species in some “oil shales” of the Judea Desert, Israel Chem. Geol. 28 4154.CrossRefGoogle Scholar
Tardy, Y. and Garrels, R. M., 1974 A method of estimating the Gibbs energies of formation of layer silicates Geochim. Cosmochim. Acta 38 11011116.CrossRefGoogle Scholar
Zak, I., 1981 The Ramon Group (Triassic-Lower Jurassic) in Makhtesh Ramon Geol. Surv. Israel Bull .Google Scholar