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

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—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

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

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.]