Hostname: page-component-77c89778f8-7drxs Total loading time: 0 Render date: 2024-07-22T00:52:23.575Z Has data issue: false hasContentIssue false
  • English
  • Français

The Influence of Aluminum on Iron Oxides. Part II. Preparation and Properties of Al-Substituted Hematites

Published online by Cambridge University Press:  01 July 2024

U. Schwertmann ,
R. W. Fitzpatrick ,
R. M. Taylor  and
D. G. Lewis
U. Schwertmann
Affiliation:
Institute für Bodenkunde der TU München, 8050, Freising-Weihenstephan, BRD
R. W. Fitzpatrick
Affiliation:
Dept. of Soil Science and Agrometeorology, Univ. of Natal, P.O. Box 375, Pietermaritzburg 3200, Natal, South Africa
R. M. Taylor
Affiliation:
C.S.I.R.O., Division of Soils, Private Bag, No. 2, Glen Osmond, S.A. 5064, Australia
D. G. Lewis
Affiliation:
Waite Agricultural Research Institute, Dept. of Soil Science, Univ. of Adelaide, 5064, Glen Osmond, S.A., Australia
Get access Rights & Permissions [Opens in a new window]

Abstract

Aluminum-substituted hematites (Fe2−xAlxO3) were synthesized from Fe-Al coprecipitates at pH 5.5, 7.0, and in 10−1, 10−2, and 10−2 M KOH at 70°C. As little as 1 mole % Al suppressed goethite completely at pH 7 whereas in KOH higher Al concentrations were necessary. Al substitution as determined chemically and by XRD line shift was related to Al addition up to a maximum of 16–17 mole %. The relationship between the crystallographic a0 parameter and Al substitution deviated from the Vegard rule. At low substitution crystallinity of the hematites was improved whereas higher substitution impeded crystal growth in the crystallographic z-direction as indicated by differential XRD line broadening. At still higher Al addition crystal growth was strongly retarded. The initial Al-Fe coprecipitate behaved differently from a mechanical mixture of the respective “hydroxides” and was, therefore, considered an aluminous ferrihydrite.

Резюме

Резюме

Гематиты (Fe2−xAlxO3) с замещающим алюминием были синтезированы путем соосаждения Fe-Al при pH равном 5,5 и 7,0 и в 10−1, 10−2, и 10−3 М КОН при 70°С. Всего лишь 1 моль-% А1 полностью подавлял гетит при pH = 7, в то время как в КОН необходимы более высокие концентрации А1. Замещение А1, как определяется химически и по линейному смещению в методе дифракции рентгеновских лучей (ДРЛ), зависит от добавления А1 до максимум 16–17 моле-%. Соотношение между кристаллографическим параметром а„ и замещением А1 отклоняется от правила Вегарда. При низком замещении кристалличность гематитов улучшалась в то время как при более значительном замещении рост кристалла происходил в кристаллографическом z-направлений, как следовало из дифференциального линейного расширения в методе ДРЛ. При еще более значительном добавлений А1 рост кристаллов резко замедлялся. Изначально совместно осажденный Al-Fe вел себя не так как механическая смесь соответствующих “гидроокисей” и, таким образом, рассматривается как алюминиевый железогидрит.

Resümee

Resümee

Aus Fe-Al-Kopräzipitaten wurden Al-substituierte Hämatite (Fe2−xAlxO3) bei pH 5,5 und 7,0 und in 0,1, 0,01, und 0,001 M KOH bei 70°C synthetisiert. Nur 1 Mol-% Al genügte, um bei pH 7 Goethit vollständig zu unterdrücken, während dazu in KOH sehr viel höhere Al-Konzentrationen nötig waren. Die Al-Substitution—chemisch und röntgenographisch bestimmt—war bis 16–17 Mol-% mit der Al-Zugabe korreliert. Die Beziehung zwischen dem a0 der Hämatitzelle und der Al-Substitution wich von der Vegard-Regel ab. Bei tiefer Substitution wurde die Kristallinität der Hämatite verbessert, bei höherer das Wachstum in der kristallographischen Z-Richtung behindert, angezeigt durch differentielle Röntgenlinienvergreiterung. Bei noch höherem Al-Zusatz wird die Kristallisation bei pH 7 sehr stark verzögert. Der Ausgangs-Kopräzipitat verhielt sich anders als ein mechanisches Gemisch der beiden Hydroxide und ist daher offenbar ein Al-substituierter Ferrihydrit.

Résumé

Résumé

Des hématites substituées d'aluminium (Fe2-XA1X03) ont été synthétisées de coprécipités de Fe-Al à des pH de 5.5, 7.0, et à 10−1, 10−2, et 10−3 M KOH à 70°C. Une môle-% d'Al a suffi à complètement supprimer la goethite à un pH de 7, tandis que des concentrations plus élevées de Al étaient nécéssaires pour KOH. La substitution d'Al déterminée chimiquement et par décalage de droite de diffraction aux rayons-X est apparentée à l'addition d'Al jusqu’à un maximum de 16–17%. La parenté entre le paramètre cristallographique a0 et la substitution d'Al a dévié de la règle de Vegard. A substitution basse, la cristallinité des hématites était améliorée, tandis qu’à des niveaux de substitution plus élevés, la croissance de cristaux était réprimée dans la direction cristallographique z, comme l'indique l’élargissement différentiel des droites de diffraction aux rayons-X.

Keywords

AluminumFerrihydriteGoethiteHematiteIron
Type
Research Article
Information
Clays and Clay Minerals , Volume 27 , Issue 2 , April 1979 , pp. 105 - 112
Copyright
Copyright © 1979, 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

Beneslavsky, S. J. (1957) Neue aluminiumhaltige Minerale in Bauxiten: Dokl. Akad. Nauk. SSSR 113, 1130–1132.Google Scholar
Biais, R., de Grammont, X., Janot, C. and Charrier, J. (1973) Contribution à l'étude des substitution Fe-Al dans des roches latéritiques ainsi que dans des hydroxydes et oxydes de synthèse: I.C.S.O.B.A. 3rd Congr. Nice, 295–306.Google Scholar
Caillière, S., Gatineau, L. and Hénin, St. (1960) Préparation à basse température d'hématite alumineuse: C. R. Acad. Sci. 250, 3677–3679.Google Scholar
Correns, C. W. and Engelhardt, W. von (1941) Röntgenographische Untersuchungen über den Mineralbestand sedimentärer Eisenerze: Nachr. Akad. Wiss. Göttingen Math. Phys. Kl. 213, 131–137.Google Scholar
Fischer, W. R. and Schwertmann, U. (1975) The formation of hematite from amorphous iron(III) hydroxide. Clays & Clay Minerals 23, 33–37.CrossRefGoogle Scholar
Gastuche, M. C., Bruggenwert, T. and Mortland, M. M. (1964) Crystallization of mixed iron and aluminium gels: Soil Sci. 98, 281–289.CrossRefGoogle Scholar
Janot, C. and Gibert, H. (1970) Les constituants du fer dans certaines bauxites naturelles étudiées par effet Mössbauer: Bull. Soc. Fr. Mineral. Cristallogr. 93, 213–223.Google Scholar
Klug, H. P. and Alexander, L. E. (1974) X-ray diffraction procedures for polycrystalline and amorphous materials, 2nd edition: J. Wiley and Sons, New York.Google Scholar
Muan, A. and Gee, C. L. (1956) Phase equilibrium studies in the system iron oxide-αAl2O3 in air and at 1 Atm. O2 pressure. J. Amer. Ceram. Soc. 39, 207–214.CrossRefGoogle Scholar
Nahon, D. (1976) Cuirasses ferrigineuses et encroûtment calcaires ou Senegal occidental et en Mauritanie: Thèse Université de Marseilles, 232 pp.Google Scholar
Norrish, K. and Taylor, R. M. (1961) The isomorphous replacement of iron by aluminum in soil goethites: J. Soil Sci. 12, 294–306.CrossRefGoogle Scholar
Parfitt, R. L., Fraser, A. R. and Farmer, V. C. (1977) Adsorption on hydrous oxides III: J. Soil Sci. 28, 289–296.CrossRefGoogle Scholar
Perinet, G. and Lafont, R. (1972) Sur le paramètres cristallographiques des hématites alumineuses: C. R. Acad. Sci. 275, 1021–1024.Google Scholar
Perinet, G. and Lafont, R. (1972a) Sur la présence d'hématite alumineuse désordonée dans des bauxites du Var: C. R. Acad. Sci. 274, 272–274.Google Scholar
Schwertmann, U. (1964) Differenzierung der Eisenoxide des Bodens durch Extraktion mit Ammoniumoxalat-Lösung: Z. Pflanzenernaehr. Dueng. Bodenk. 105, 194–202.CrossRefGoogle Scholar
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
Schwertmann, U., Fitzpatrick, R. W. and Le Roux, J. (1977) Al substitution and differential disorder in soil hematites: Clays & Clay Minerals 25, 373–374.CrossRefGoogle Scholar
Steinwehr, H. E. von (1967) Gitterkonstanten im System α-(Al,Fe,Cr)2O3 und ihr Abweichen von der Vegardregel: Z. Kristallogr. Mineral. 125, 377–403.Google Scholar
Thiel, R. (1963) Zum System α-FeOOH-α-AlOOH: Z. Anorg. Allg. Chem. 326, 70–78.CrossRefGoogle Scholar
Wefers, K. (1967) Phasenbeziehungen im System Al2O3-Fe2O3-H2O: Erzmetall 20, 71–75.Google Scholar
Wolska, E. (1976) Über die Koexistenz der Aluminium- und Eisen(III)-hydroxide und Oxide: Monatsh. Chem. 107, 349–357.CrossRefGoogle Scholar