Hisingerite Material from a Basalt Quarry Near Geelong, Victoria, Australia

Abstract

A material resembling what has been described in the literature as hisingerite has been identified in the joints of Cenozoic grey basalt near Geelong, Victoria. The material gives an X-ray powder diffraction pattern with weak broad peaks at 4.49, 2.58, and 1.53 Å and a chemical analysis of SiO₂ = 34.2, TiO₂ = 0.28, A1₂O₃ = 4.16, Fe₂O₃ = 17.10, FeO = 3.52, MnO = 0.04, MgO = 5.19, CaO = 0.68, Na₂O = 0.26, P₂O₅ = 0.05, H₂O+ = 5.3, H₂O− = 25.4, total = 96.18% (3.82% siderite impurity). Assuming a smectite model with 44 negative charges per unit cell, the chemical composition gives a unit-cell formula with −1.14 charges, corresponding to a cation-exchange capacity (CEC) of 135 meq/100 g. The same unit-cell charge is obtained when the structural formula is calculated on the basis of (Si + Al) = 8. The measured CEC of 60 meq/100 g indicates that the smectite structure may not apply to this hisingerite-material, and that in the alternative structure, all of the Al atoms may not be in the tetrahedral positions. Although the specific surface area of this material is between 662 and 758 m²/g (comparable to that of smectite), the infrared spectra do not show the characteristic OH vibrations, and the thermal analysis curves lack the dehydroxylation peak at 550–600°C expected for a smectite. Transmission electron microscopy shows indications of a layer structure and apparently hollow spherical bodies with ‘onion’ structure of 140 to 200 Å internal diameter, which might represent the sites of the large amounts of water contained by the material. The mode of occurrence and the nature of the hisingerite-material suggest precipitation from solution at relatively low temperatures.

Резюме

Материал, похожий на описанный в литературе гизингерит, находился в соединениях кайнозойского серого базальта в поблизости Гилонг в Виктории. Материал дает порошковую дифрак-тограмму со слакыми широкими линиями при 4,49, 2,58, и 1,53 Å, а химический анализ материала следующий: SiO₂ = 34,2; TiO₂ = 0,28; Al₂O₃ = 4,16; Fe₂O₃ = 17,10; FeO = 3,52; MnO = 0,04; MgO = 5,19; CaO = 0,68; Na₂O = 0,26; P₂O₅ = 0,05; H₂O+= 5,3; H₂O− = 25,4; сумма = 96,18% (3,82% включения сидерита). Принимая модель смектита с 44 отрицательными зарядами на элементарную ячейку, химический состав дает формулу для элементарной ячейки с −1,14 зарядами, соответствующую катионообменной способности (КОС) равной 135 мэкв/100 г. Такой же самый заряд элементарной ячейки получается, когда структурная формула рассчитывается на основании (Si + Al) = 8. Измеренная величина КОС, равная 60 мэкв/100 г, указывает на то, что структура смектита не относится к этому гизингеритовому материалу и что в альтернативной структуре все атомы Al не могут находиться в тетраэдрических местах. Хотя удельная площадь поверхности этого материала находится между 662 и 758 м²/г (сравнимая с величиной для смектита), инфракрасные спектры не показывают полос характеристических для ОН, и кривые по термальному анализу не имеют пика дегидроксилирования при 550–600°С, ожидаемого для смектита. Трансмиссионная электронная микроскопия показывает симптомы слоистой структуры и видимые пустые сферические тела с луковичной структурой и внутренним диаметром 140 до 200 Å, которые могут представлять местонахождения больших количеств воды, содержащейся в этом материале. Вид залегания и характер гизингеритового материала указывают на его осаждание из растворе при относительно низкой температуре. [E.G.]

Resümee

Eine Substanz, die der entspricht, die in der Literatur als Hisingerit beschrieben wurde, wurde in den Spalten des känozoischen grauen Basalts in der Nähe von Geelong, Victoria, gefunden. Das Material ergibt ein Röntgenpulverdinraktogramm mit schwachen, breiten Linien bei 4,49; 2,58, und 1,53 Å und eine chemische Analyse mit SiO₂ = 34,2; TiO₂ = 0,28; A1₂O₃ = 4,16; Fe₂O₃ =17,10; FeO = 3,52; MnO = 0,04; MgO = 5,19; CaO = 0,68; Na₂O = 0,26; P₂O₅ = 0,05; H₂O+ = 5,3; H₂O− = 25,4; Summe = 96,18% (3,82% Siderit-Verunreinigung). Legt man ein Smektitmodell mit 44 negativen Ladungen pro Elementarzelle zugrunde, so ergibt die chemische Zusammensetzung eine Formel für die Elementarzelle mit −1,14 Ladungen, was einer Kationenaustauschkapazität (CEC) von 13 5 meq/ 100 g entspricht. Die gleiche Ladung der Elementarzelle erhält man, wenn man die Strukturformel auf der Basis Si + Al = 8 berechnet. Der gemessene CEC-Wert von 60 meq/100 g deutet darauf hin, daß die Smektitstruktur auf dieses Hisingerit-Material nicht angewendet werden kann, und daß in einer Alternativstruktur nicht alle Al-Atome Tetraederplätze besetzen. Obwohl die spezifische Oberfläche dieses Materials zwischen 662 und 758 m²/g beträgt (was vergleichbar mit der von Smektit ist), zeigt das Infrarotspektrum keine charakteristischen (OH)-Schwingungen, und die Kurven der thermischen Analyse haben keinen Dehydroxilie-rungspeak bei 550°-600°C, den man bei einem Smektit erwartet. Transmissionselektronenmikroskopische Untersuchungen zeigen Hinweise für eine Schichtstruktur und offensichtlich hohle kugelige Körper mit einer “Zwiebelschalenstruktur” mit einem inneren Durchmesser von 140–200 Å. Dies könnten die Plätze Scin, auf denen der hohe Wassergehalt dieses Materials sitzt. Die Art, wie dieses Hisingerit-Material vorkommt, und Scine Eigenschaften deuten auf eine Entstehung durch Ausfallung aus einer Lösung bei relativ niedrigen Temperaturen hin. [U.W.]

Résumé

Un matériau semblable à ce qui a été décrit dans la litérature comme étant de l'hisingerite a été identifié dans les joints de basait gris Cénozoïque près de Geelong, Victoria. Le matériau donne un cliché de diffraction de rayons-X avec de faibles larges sommets à 4,49, 2,58, et 1,53 Å, et une analyse chimique de SiO₂ = 34,2, TiO₂ = 0,28, A1₂O₃ = 4,16, Fe₂O₃ = 17,10, FeO = 3,52, MnO = 0,04, MgO = 5,19, CaO = 0,68, Na₂O = 0,26, P₂O₅ = 0,05, H₂O+ = 5,3, H₂O− = 25,4, total = 96,18% (3,82% impureté sidérite). En admettant un modèle smectite avec 44 charges négatives par maille, la composition chimique donne une formule de maille avec —1,14 charges, ce qui correspond à une capacité d’échange de cations (CEC) de 135 meq/100 g. On obtient la même charge de maille lorsque la formule structurale est calculée sur la base de (Si + Al) = 8. La CEC de 60 meq/100 g mesurée indique que la structure de la smectite ne peut peut-être pas être appliquée à ce matériau-hisingerite, et que dans la structure alternative, tous les atomes Al ne sont peut-être pas dans les positions tetraédrales. Quoique l'aire de surface spécifique de ce matériau est entre 662 et 758 m²/g (comparable à celle de la smectite), les spectres infrarouges ne montrent pas les vibrations OH caractéristiques, et il manque aux courbes d'analyse thermale le sommet de déshydroxylation à 550–660°C comme l'on s'attendrait d'une smectite. La microscopie d’électrons à transmission montre des indications d'une structure à couches, et des corps sphériques apparemment creux avec une structure “onion” de 140 à 200 Å de diamètre interne, qui pourraient representer les sites de larges quantités d'eau contenues dans le matériau. Le mode d'occurrence et la nature du materiau-hisingerite suggère la precipitation à partir d'une solution à des températures relativement basses. [D.J.]