Clay mineral formation under lateritic weathering conditions

Abstract

Amorphous hydroxides of Al, Fe, Mn, Mg, Zn, Co, Ni, etc., are capable of coprecipitating SiO₂ even from very dilute (weathering) solutions. Silica minerals form only in those precipitates from solutions undersaturated with respect to amorphous silica (100 ppm SiO₂ at 20°C). With higher SiO₂ concentrations the precipitates remain amorphous. The size of the cations should allow 6-fold coordination and giving a brucite-like layer. Most suitably sized octahedral ions are Mg, Zn, Ni, Co and Fe²⁺ (size 0·78–0·82 Å), and chemically pure three- and two-layer clay minerals with these ions are easily synthesized. With a relatively high content of silica in solution (60 ppm SiO₂ with 1–2·5 ppm metal) several smectite minerals could be synthesized. With a low content of silica in solution (5–20 ppm SiO₂ and ca. 2 ppm metal) the serpentine minerals, could be synthesized.

It is possible to crystallize the difficult to form Al-clay minerals in a solid solution with these more easily synthesized clay minerals.

Clay minerals with the heavy metal ions of Ni, Co, Zn, and with Cu, Cr, etc., can be found in the weathering zone of Gossan and in the lateritic weathering crust of ultrabasic rocks.

Résumé

Les hydroxides amorphes de Al, Fe, Mn, Mg, Zn, Co, Ni, etc., sont capables de coprécipiter du SiO₂ même à partis de solutions altérées très diluées. Les minéraux siliceux se forment seulement dans les précipités de solutions sous-saturées en ce qui concerne la silice amorphe (100 ppm SiO₂ à 20°C) Avec de plus fortes concentrations de SiO₂, les précipités restent amorphes. Les dimensions des cations devraient permettre une co-ordination sextuple donnant une couche semblable à la brucite. Les dimensions des ions octaédriques de Mg, Zn, Ni, Co et Fe²⁺ (dimensions 0·78–0·82 Å) conviennent le mieux et les minéraux chimiquement purs à trois et à deux couches d'argile avec ces ions sont aisément synthétisés. Avec une teneur relativement forte de silice en solution (60 ppm SiO₂ avec avec 1–2·5 ppm de métal) plusieurs minéraux de smectite pourraient être synthétisés. Avec une faible teneur en silice en solution (5–20 ppm SiO₂ et ca. 2 ppm de métal), les minéraux serpentins pourraient être synthétisés.

Il est possible de cristalliser les difficiles pour former des minéraux d'argile Al dans une solution solide avec les minéraux d'argile plus facilement synthétisés. L'on peut trouver les minéraux d'argile à ions métalliques lourds de Ni, Co, Zn, et avec Cu, Cr, etc., dans la zone altérée de Gossan et dans la croûte altérée latéritique de roches ultrabasiques.

Kurzreferat

Die Synthese von Tonmineralen ist auch bei niedrigen Temperaturen in kurzer Zeit möglich, wenn einige wichtige Bedingungen beachtet werden. Nur aus verdünnten monomeren Kieselsäurelösungen ist ein Aufbau von Silikatmineralen möglich. Hohe polymere Kieselsäurekonzentrationen verhindern einen Bildung von Tonmineralen. Die Grösse der Kationen begünstigt den Aufbau einer Oktaederschicht oder erschwert die Synthese von Tonmineralen. Die Ionengrösse des Mg, Zn, Ni, Co und Fe²⁺ (zwischen 0·78 bis 0·82 Å) begünstigt die Synthese von Zwei-bzw. Dreischichttonmineralen mit diesen Kationen in den Oktaederpositionen. Wahrscheinlich ist das Al-Ion (0·57 Å) für einen energetisch begünstigten Aufbau der Oktaederschicht zu klein und erschwert so die Synthese reiner Al-Tonminerale bei niedrigen Temperaturen. Als Mischkristalle von leicht zu synthetisierenden Tonmineralen mit Kationen von schwer zu synthetisierenden Tonmineralen ist jedoch auch der Aufbau von aluminiumreichen Tonmineralen bei niedrigen Temperaturen leicht möglich.

Resumen

Los hidróxidos amorfos de Al, Fe, Mn, Mg, Zn, Co, Ni, etc., son capaces de coprecipitar SiO₂ hasta partiendo de soluciones de intemperización diluidas. Sólo se forman minerales de sílice en los precipitados de soluciones no saturadas respecto a la sílice amorfa (100 ppm SiO₂ a 20°C). Con concentraciones más altas los precipitados permanecen amorfos. El tamaño de los cationes deberia permitir la coordinación séxtuple que produce una capa semejante a la brucita. Los de tamaño màs adecuado en los iones octaédricos son Mg, Zn, Ni, Co y Fe²⁺ (tamaño 0·78–0·82 Å), y los minerales de arcilla químicamente puros de tres y de dos capas que tienen estos iones se sintetizan fácilmente. Con un contenido relativamente elevado de sílice en solución (60 ppm SiO₂ con 1–2.5 ppm de metal) podrían sintetizarse varios minerales esmectiticos. Con un bajo contenido de silice en solución (5–20 ppm SiO₂ y 2 ppm de metal) podrian sintetizarse los minerales de serpentina.

Con estos minerales de arcilla que se sintetizan más fácilmente es posible cristalizar en una solución sólida los minerales de Al-arcilla mils dificiles de formar. Pueden hallarse minerales de arcilla con los iones metálicos pesados de Ni, Co, Zn y con Cu, Cr, etc., en la zona de intemperización de Gossan y en la corteza laterítica de intemperización de las rocas ultrabgtsicás.