Hostname: page-component-848d4c4894-r5zm4 Total loading time: 0 Render date: 2024-07-05T03:38:01.319Z Has data issue: false hasContentIssue false

Acid Dissolution of Chlorites: Release of Magnesium, Iron and Aluminum and Mode of Acid Attack

Published online by Cambridge University Press:  01 July 2024

G. J. Ross*
Affiliation:
Soil Research Institute, Canada Department of Agriculture, Ottawa, Ontario, Canada

Abstract

The acid dissolution of 8 chlorites in 2N Si-saturated HCl showed that there was no preferential dissolution of Al in octahedral positions and that the octahedral and tetrahedral sheets in the chlorite structure were equally attacked. An analysis of chemical data suggested a simple two-dimensional diffusion model in which the acid attack on the chlorite particles proceeded from the edges inward leaving a reacted layer which formed a diffusion barrier. Microscopic examination showed, however, that the acid attack was not simply an edge attack but started at any point where cracks, structural defects and weaknesses apparently predisposed sites to acid attack. It was also clear from the formation of etch figures and solution channels that the product layer at least partially dissolved or disintegrated during the progress of acid attack. The residue which remained after acid attack appeared to be an opaline amorphous hydrated silica as was indicated by index of refraction measurements. The orderly arrangement of etch figures on flakes of some chlorites reflected certain crystal symmetry elements. The results indicate that the acid dissolution technique to determine the ratio of Al in octahedral and tetrahedral positions can not be used as an aid in the calculation of structural formulae for chlorites.

Résumé

Résumé

La dissolution acide de 8 chlorites dans 2N Si-saturé HCl a montré qu’il n’y avait pas de dissolution préférentielle de Al dans les positions octahédriques et que les plaques octahédriques et tétrahédriques dans la structure de chlorite étaient également attaquées. Une analyse des données chimiques a permis de suggérer un simple modèle de diffusion tridimensionnelle dans lequel l’attaque de l’acide sur les particules de chlorite procédait des bords vers l’intérieur, laissant une couche ayant subie la réaction et formant une barrière de diffusion. L’examen microscopique a montré, toutefois, que l’attaque de l’acide n’était pas seulement une attaque au bord mais commençait en n’importe quel point où des craques, des défauts de structure ou des faiblesses prédisposaient apparemment les zones à l’attaque de l’acide. D’aprés la formation des figures gravées et des cannaux de solution, il était aussi clair que la couche de produit se dissolvait ou se désintégrait au moins partiellement au cours de l’attaque de l’acide. Le résidu qui restait après l’attaque acide était une silice opaline hydratée amorphe comme l’indiquait l’index des mesures de réfraction. L’arrangement régule des figures gravées sur les éclats de quelques chlorites reflétait certains éléments symétriques de cristaux. Les résultats indiquent que la technique de dissolution à l’acide pour déterminer le taux de Al dans les positions octahédriques et tétrahédriques ne peut être utilisé pour venir en aide au calcul des formules structurelles pour les chlorites.

Kurzreferat

Kurzreferat

Die saure Lösung von 8 Chloriten in 2N Si-gesättigter HCl zeigte, dass eine bevorzugte Lösung von Al in oktaedrischen Stellungen nicht stattfand, und dass die oktaedrischen und tetraedrischen Schichten im Chloritgefüge gleich stark angegriffen wurden. Eine Analyse der chemischen Messwerte deutete auf ein einfache zweidimensionales Diffusionsmodell hin, in welchem der Säureangriff auf die Chloritteilchen von den Rändern aus einwärts erfolgte, unter Zurücklassung einer ausreagierten Schicht, die eine Diffusionsbarriere bildete. Mittels mikroskopischer Prüfung konnte aber gezeift werden, dass der Säureangriff nicht bloss ein Randangriff war, sondern dass scheinbar Risse, Gefügefehler und sonstige schwache Stellen als bevorzugte Punkte für den Säureangriff angesehen werden müssen. Ferner ging klar aus Ätzfiguren und Lösungskanälen hervor, dass im Laufe des Säureangriffs die Produktschicht sich zum mindesten teilweise löste und zerfiel. Der nach dem Säureangriff zurückbleibende Rückstand erschien, wie durch Messungen des Brechungsindex gezeigt werden konnte, als eine opalartige, amorphe, hydratisierte Silika. Die regelmässige Anordnung der Atzfiguren auf den Blättchen gewisser Chlorite deutet auf Kristallsymmetrieelemente hin. Die Ergebnisse zeigen an, dass die Methode der Auflösung in Säure zur Bestimmung des Verhältnisses von Al in oktaedrischen und tetraedrischen Stellungen als Hilfsmittel bei der Berechnung von Strukturformeln von Chloriten ungeeignet ist.

Резюме

Резюме

Изучение процесса кислотного растворения 8-ми хлоритов в 2N Si-насыщенной НСl показало, что при растворении отсутствует преимущественное вымывание Аl из октаэдрических положений и что октаэдрические и тетраэдрические сетки хлоритовой структуры в равной степени подвергаются действию кислоты. Анализ химических данных позволил предположить простую двумерную диффузионную модель, при которой действие кислоты на хлорит начинается с краев частиц и в дальнейшем распространяется внутрь, что приводит к образованию поверхностного реакционного слоя, представляющего собой диффузионный барьер.

Однако, исследования под микроскопом показали, что кислота неравномерно воздействует на края частиц; действие кислоты начинается преимущественно с тех точек, где имеют место трещинки, структурные дефекты и другие нарушения, которые создают благоприятные условия для кислотного воздействия. Из анализа образующихся фигур травления и каналов растворения совершенно ясно следует также, что реакционный слой, по крайней мере частично, растворяется или разрушается под действием кислоты. Остаток, который получается после обработки кислотой, представляет собой, как было установлено измерением показателя преломления, опаловый аморфный гидратированный кремнезем. Упорядоченное располежение фигур травления на чешуйках некоторых хлоритов отражает определенные элементы симметрии кристаллов. Полученные результаты указывают на то, что метод кислотного травления, применяемый с целью определения относительного количества Аl в октаэдрических и тетраэдрических положениях, не может быть использован для вычисления структурных формул хлоритов.

Type
Research Article
Copyright
Copyright © 1969, 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.)

Footnotes

*

Contribution No. 308.

References

Brindley, G. W. and Youell, R. F. (1951) A chemical determination of “tetrahedral” and “octahedral” aluminum ions in a silicate: Acta Cryst. 4, 495496.Google Scholar
Brydon, J. E. and Ross, G. J. (1966) Stability of chlorite in dilute acid solutions: Soil Sci. Soc. Am. Proc. 30, 740744.CrossRefGoogle Scholar
Carter, R. E. (1961) Kinetic model for solid-state reactions: J. Chem. Phys. 34, 20102015.CrossRefGoogle Scholar
Chaussidon, J. and Valain, M. (1962) Etude cinétique de la dissolution acide d'une vermiculite: Ann Agron. 13, 519.Google Scholar
Cloos, P., Gastuche, M. C. and Groegaert, M. (1961). Cinétique de la destruction de la glauconite par l'acide chlorhydrique étude préliminaire: Intern. Geol. Congr. 21st Rept. Session, Norden, 3550.Google Scholar
Foster, M. G. (1962) Interpretation of the composition and a classification of the chlorites: U.S. Geol. Surv. Prof. Paper 414-A, 133.Google Scholar
Friedel, G. (1926) Leçons de Cristallographie: Berger-Levrault (Editeurs), Paris , 289298.Google Scholar
Frondel, C. (1962) Dana's The System of Mineralogy, In Silica Minerals 7th Edn., Vol. 3, 287306. Wiley, New York.Google Scholar
Gastuche, M. C., Delmon, V. and Vielvoye, L. (1960) La cinétique des réaction hétérogènes. Attaque du réseau silico-aluminique des kaolinites par l'acide chlorhydrique: Bull. Soc. Chim. France 1, 6070.Google Scholar
Gastuche, M. C. and Fripiat, J. J. (1962) Acid dissolution techniques applied to the determination of the structure of clay and controlled by physical methods: Science of Ceramics, (Edited G. H. Stewart) Brit. Ceram. Soc., 121138.Google Scholar
Hey, M. H. (1954) A new review of the chlorites: Mineral Mag. 30, 277291.Google Scholar
Holt, J. V., Cutler, T. V. and Wadsworth, M. E. (1962) Rate of thermal dehydration of kaolinite in vacuum: J. Am. Ceram. Soc. 45, 133136.CrossRefGoogle Scholar
Jacobs, P. W. M. and Tompkins, F. C. (1955) Classification and theory of solid reactions: Chemistry of the Solid State, (Edited by Garner, W. E.), pp. 184212. Butterworths, London.Google Scholar
Jackson, M. L. (1958) Soil Chemical Analysis, pp. 272325. Prentice-Hall , Englewood Cliffs, New Jersey.Google Scholar
Kodarna, H., Brydon, J. E. and Stone, B. C. (1967) X-ray spectrochemical analysis of silicates using synthetic standards with a correction for interelemental effects by a computer method: Geochim. Cosmochim. Acta. 31, 649659.Google Scholar
Miller, R. J. (1965) Mechanisms for hydrogen to aluminum transformation in clays: Soil Sci. Soc. Am. Proc. 29, 3639.CrossRefGoogle Scholar
Miller, R. J. (1968) Electron micrographs of acid-edge attack of kaolinite: Soil Sci. 105, 166171.CrossRefGoogle Scholar
Osthaus, B. (1954) Chemical determination of tetrahedral ions in nontronite and montmorillonite: Clays and Clay Minerals, Nat. Acad. Sci-Nat. Res. Council Publ. 327, 404417.Google Scholar
Osthaus, B. (1956) Kinetic studies on montmorillonites and nontronite by the acid dissolution techniques: Clays and Clay Minerals 4, 301321.Google Scholar
Reichen, L. E. and Fahey, J. J. (1962) An improved method for the determination of FeO in rocks and minerals including garnet: U.S. Geol. Surv. Bull. 1144-B, 15.Google Scholar
Ross, G. J. (1967) Kinetics of acid dissolution of an orthochlorite mineral: Can. J. Chem. 45, 30313034.CrossRefGoogle Scholar
Ross, G. J. (1968) Structural decomposition of an orthochlorite during its acid dissolution: Can. Mineralogist 9, 522530.Google Scholar
Sharp, J. H., Brindley, G. W. and Narahari, A. (1966) Numerical data for some commonly used solid state reaction equations: J. Am. Ceram. Soc. 49, 379382.CrossRefGoogle Scholar