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Clays and Clay Minerals

, Volume 26, Issue 6, pp 373–383 | Cite as

The Influence of Aluminum on Iron Oxides. Part I. The Influence of Al on Fe Oxide Formation from the Fe(II) System

  • R. M. Taylor
  • U. Schwertmann
Article

Abstract

The influence of Al on the products formed by aerial oxidation at pH 5.5-7 and 20°C of Fe(II) chloride, sulfate and carbonate solutions, was examined. In all cases Al at levels Al/Al + Fe = 0.09−0.30 inhibited the formation of y phases (lepidocrocite and maghemite) in favor of goethite under conditions where, in the absence of Al, these y phases formed. The influence of Al in these laboratory studies was supported by field observations.

At higher levels of Al, ferrihydrite formation was favored. This effect of Al was seen to be the result of a slowing down in the hydrolysis/oxidation rate of the Fe(II) system.

The presence of Al not only changed the direction of mineral formation, but also caused the formation of Al substitued goethites which resembled in particle size and morphology the natural aluminiferous goethite extracted from a soil.

Key Words

Aluminum Ferrihydrite Goethite Iron Lepidocrocite Maghemite 

Абстракция

Исследовалось влияние алюминия на продукты,образующиеся при воздушном окислении Ре(II) хлоридного, сульфатного и карбонатного растворов при рН 5.5–7,20°С. Во всех случаях на уровнях Аl/Аl+Ре=0,09–0,30 алюминий препятствовал образованию у фаз(лепидокрокит и магхемит), способствуя образованию гетита,в таких условиях, когда при отсутствии Аl, формируются эти у фазы. Это влияние Аl, обнаруженное в лабораторных условиях, было подтверждено полевыми наблюдениями.

На более высоких уровнях А1 образовывался гидрит окиси железа. Было замечено, что такое воздействие А1 является следствием замедления гидролизно-окислительного процесса в системе Fе(II).

Присутствие Аl не только изменяло направление образования минералов, но также вызывало образование гетита с замещенным А1, который напоминал по размерам частиц и морфологии натуральный алюминий-железистый гетит, экстрагированный из почвы.

Zusammenfassung

Der Einfluß von Al auf die Produkte, welche durch Luftoxydation von Fe(II)Chlorid,-Sulfat- und Karbonatlösungen bei pH 5,5–7 und 20°C formen, wurden untersucht. Bei Al/Al+Fe Werten von 0,09–0,30 verhindert Al in jedem Fall die Bildung von γ Phasen (Lepidokrokit und Maghemit) zu Gunsten von Goethitbildung, unter Bedingungen, bei denen in Abwesenheit von Al diese γ Phasen normalerweise formen. Der Einfluß von Al, der in diesen Laboratorium Untersuchungen gesehen wurde, konnte in Feldobservierungen bestätigt werden. Bei höheren Al Werten wurde Ferrihdritbildung begünstigt. Dieser Effekt des Al wurde als Resultat einer Verlangsamung in der Hydrolyse/Oxydationsgeschwindigkeit des Fe(II) Systems angesehen. Die Anwesenheit von Al ändert nicht nur die Richtung der Mineralbildung sondern bewirkt auch die Formation von Al-substituierten Goethiten, welche in Teilchengröße und Morphologie den natürlichen Aluminiumferro-Goethiten ähnlich sind, die aus Erde extrahiert werden können.

Résumé

L’influence de l’Al sur les produits formés par l’oxidation à l’air de chlorure de Fe(II), de solutions de sulphate et de carbonate à un pH de 5.5–7, et à 20°C, a été examinée. Dans tous les cas, aux niveaux Al/Al+Fe=0.09–0.03, l’Al a réprimé la formation des phases γ (lepidocro-cite et maghemite) en faveur de goethite sous des conditions sous lesquelles ces phases γ auraient été formées en l’absence d’Al. L’observation au laboratoire de cette influence de l’Al est soutenue par des observations sur le terrain.

A des niveaux plus élevés d’Al, la formation de ferrihydrite était favorisée. Cet effet de l’Al est considéré comme étant le résultat d’un ralentissement de l’allure du rapport hydrolyse/oxidation du système Fe(II).

La présence d’Al a non seulement changé la direction de la formation du minéral, mais a aussi causé la formation de goethites substitués à l’Al qui ressemblaient au point de vue de la morphologie et de la taille des particules à la goethite naturellement aluminiferreuse extraite d’un sol.

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References

  1. Bernai, J. D., Dasgupta, D. R. and Mackay, A. L. (1959) The oxides and hydroxides of iron and their structural interrelationships: Clay Miner. Bull. 4, 15–30.CrossRefGoogle Scholar
  2. Correns, C. W. and von Engelhardt, W. (1942) Röntgenographische Untersuchungen über den Mineralbestand sedimentärer Eisenerze: Nachr. Ges. Wiss. Göttingen Math. Phys. Kl. Heft 2, 131–137.Google Scholar
  3. Detournay, J., Ghodsi, M. and Derie, R. (1975) Influence de la température et de la présence des ions étrangers sur la cinétique et le mécanisme de formation de la goethite en milieus aqueux: Z. Anorg. Allg. Chem. 412, 184–192.CrossRefGoogle Scholar
  4. De Villiers, J. M. and van Rooyen, T. H. (1967) Solid solution formation of lepidocrocite-boehmite and its occurrence in soils: Clay Miner. 7, 229–235.CrossRefGoogle Scholar
  5. Feitknecht, W. and Keller, G. (1950) Über die dunkelgrünen Hydroxyverbindungen des Eisens: Z. Anorg. Allg. Chem. 262, 61–68.CrossRefGoogle Scholar
  6. Fischer, W. R. and Schwertmann, U. (1975) The formation of hematite from amorphous Fe(III) hydroxide: Clays & Clay Minerals 23, 33–37.CrossRefGoogle Scholar
  7. Inouye, K., Ishii, S., Kaneko, K., Ishikawa, T. (1972) The effect of copper (II) on the crystallization of alpha-FeOOH: Zeit f. Anorg. u. Allg. Chemie, Leipzig 391, 86–96.CrossRefGoogle Scholar
  8. Krause, A. and Borkowska, A. (1963) The influence of foreign ions on the air oxidation of Fe(OH)2 and the structure of the oxidation products: Z. Anorg. Allg. Chem. 326, 216–224.CrossRefGoogle Scholar
  9. Krause, A., Ignasiak, J. and Kostrzewa, E. (1970) Formation of X-ray amorphous iron (III) hydroxide by air oxidation of iron (II) hydroxide and iron (II) carbonate: Z. Anorg. Allg. Chem. 378, 210–212.CrossRefGoogle Scholar
  10. Norrish, K. and Taylor, R. M. (1961) The isomorphous replacement of iron by aluminium in soil goethites: J. Soil Sci. 12, 294–306.CrossRefGoogle Scholar
  11. Schellmann, W. (1959) Experimentelle Untersuchungen über die sedimentäre Bildung von Goethit und Hämatit: Chem. Erde 20, 104–135.Google Scholar
  12. Schwertmann, U. (1959) Über die Synthese definierter Eisenoxyde unter verschiedenen Bedingungen: Z. Anorg. Allg. Chem. 298, 337–348.CrossRefGoogle Scholar
  13. Schwertmann, U., Fischer, W. R. and Papendorf, H. (1968) The influence of organic compounds on the formation of iron oxides: Trans. 9th Int. Congr. Soil Sci. Adelaide 1, 645–655.Google Scholar
  14. Schwertmann, U. and Fitzpatrick, R. W. (1977) Occurrence of lepidocrocite and its association with goethite in Natal Soils: Soil Sci. Soc. Amer. J. 41, 1013–1018.CrossRefGoogle Scholar
  15. Schwertmann, U. and Taylor, R. M. (1977) Minerals in the Soil Environment (Edited by Dixon, J. B. and Weed, S. B.), pp. 145–180. Amer. Soc. Agron., Madison, U.S.A.Google Scholar
  16. Schwertmann, U. and Thalmann, H. (1976) The influence of Fe(II), Si and pH on the formation of lepidocrocite and ferrihydrite during oxidation of aqueous FeCl2 solutions: Clay Mineral. 11, 189–200.CrossRefGoogle Scholar
  17. Stauffer, T. E. and Lovell, H. L. (1968) The oxygenation of Fe(II)-relationship to coal mine drainage treatment: Coal Res. Board, Com. of Pennsylvania, Special Research Report SR-69.Google Scholar
  18. Taylor, R. M. and Schwertmann, U. (1974a) Maghemite in soils and its origin. II. Maghemite syntheses at ambient temperatures and pH 7: Clay Mineral. 10, 299–310.CrossRefGoogle Scholar
  19. Taylor, R. M. and Schwertmann, U. (1974b) Maghemite in soils and its origin. I. Properties and observations of soil maghemites: Clay Mineral. 10, 289–298.CrossRefGoogle Scholar

Copyright information

© The Clay Minerals Society 1978

Authors and Affiliations

  • R. M. Taylor
    • 1
  • U. Schwertmann
    • 2
  1. 1.CSIRO Division of SoilsPrivate Bag 2 Glen OsmondSouth Australia
  2. 2.Institut für BodenkundeTechnische Universität MünchenFreisingBRD

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