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Properties of Goethites of Varying Crystallinity

Published online by Cambridge University Press:  02 April 2024

Udo Schwertmann ,
Philippe Cambier  and
Enver Murad
Udo Schwertmann
Affiliation:
Lehrstuhl für Bodenkunde, Technische Universität München, D-8050 Freising-Weihenstephan, Federal Republic of Germany
Philippe Cambier*
Affiliation:
Lehrstuhl für Bodenkunde, Technische Universität München, D-8050 Freising-Weihenstephan, Federal Republic of Germany
Enver Murad
Affiliation:
Lehrstuhl für Bodenkunde, Technische Universität München, D-8050 Freising-Weihenstephan, Federal Republic of Germany
*
1On leave from Station de Science du Sol, INRA, F-78000 Versailles, France.
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Abstract

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Goethites were synthesized from ferrihydrite in 0.7 M KOH between 4° and 90°C. As temperatures increased, the goethite crystals became larger and of less domainic character, and surface areas decreased from 153 to 9 m2/g. Surface area, oxalate-soluble Fe to total Fe ratios, chemisorbed water, Mössbauer parameters, and dissolution rate in 6 M HCl at 25°C are particle-size controlled, whereas mean crystallite dimensions, a-dimension of the unit cell, differences between the two OH-bending modes, and dehydroxylation temperatures suggest the existence of a low-temperature (high-a-dimension) and a high-temperature (low-a-dimension) goethite, with a narrow transition range at a synthesis temperature of 40°–50°C. Hydrothermal treatment at 125°–180°C of a low-temperature goethite led to a healing of the multidomainic, microporous high-a-dimension goethite into a monodomainic low-a-dimension goethite of similar overall crystal size with the properties of a low-a-dimension goethite.

Kurzfassung

Kurzfassung

Goethite wurden aus Ferrihydrit durch Lagerung in 0,7 m KOH bei Temperaturen zwischen 4° und 90°C hergestellt. Mit zunehmender Synthesetemperatur wurden die Goethitkristalle größer und deren Domänen-Charakter weniger stark ausgeprägt, während die spezifische Oberfläche von 153 auf 9 m2/g abnahm. Spezifische Oberfläche, Feo/Fet-Verhälmis, adsorptiv gebundenes Wasser, Mößauerparameter und Lösungsgeschwindigkeit in 6 m HCl bei 25°C erwiesen sich als teilchengrößenabhängig. Dagegen sprachen die mittere Teilchengröße, a-Gitterdimension, Abstand der beiden OH-Knickschwingungen und die Dehydroxylierungstemperatur für die Existenz eines Tieftemperatur- (hohe a-Gitterdimension) und eines Hochtemperatur-Goethits (niedrige a-Dimension) mit einem engen Übergangsbereich bei Synthesetemperaturen zwischen 40–50°C. Hydrothermale Behandlung eines Tieftemperatur-Goethits zwischen 125–180°C bewirkte ein Verheilen des vieldomänigen, mikroporösen Hoch-a-Goethits zu einen eindomänigen Niedrig-a-Goethit von ähnlichen Gesamtabmessungen der Kristalle mit den Eigenschaften eines Niedrig-a-Goethits.

Résumé

Résumé

Une série de goethites a été synthétisée à partir de ferrihydrite évoluant en milieu 0,7 M KOH, à une température variable comprise entre 4° et 90°C. Pour une température croissante, la taille des particules croît, leur caractère polycristallin disparaît, la surface diminue de 153 à 9 m2/g. La surface, la quantité d'eau chimisorbée, les paramètres Môssbauer, et la vitesse de dissolution dans HCl 0,6 M sont contrôlés par le facteur taille des particules, tandis que les dimensions moyennes des domaines cohérents, le paramètre a de la maille, l’écart entre les fréquences de déformation des OH et la température de déshydroxylation reflètent l'existence de 2 types de goethites, synthétisées respectivement à basse et haute température, caractérisées respectivement par un paramètre a grand et petit. Le domaine de transition en température se situe vers 40°–50°C. Un traitement hydrothermal à 125°–180°C d'une goethite “basse température” soude les domaines à l'intérieur du volume global des particules, fait décroître le paramètre a et apporte ainsi toutes les propriétés d'une goethite “haute température,” à l'exception du volume global des cristallites qui est conservé.

Keywords

CrystallinityDissolutionGoethiteHydrothermal treatmentIronUnit-cell dimensionX-ray powder diffraction
Type
Research Article
Information
Clays and Clay Minerals , Volume 33 , Issue 5 , October 1985 , pp. 369 - 378
Copyright
Copyright © 1985, The Clay Minerals Society

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