High temperature transformations and thermal expansion of halotrichite FeAl2 (SO4)4⋅22H2O

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Тек жазылушылар үшін

Аннотация

Halotrichite is a widespread mineral in post-volcanic environments and oxidation zones of ore deposits. Halotrichite is stable at temperature up to 70 °C; further heating leads to the formation of an X-ray amorphous phase I. There are reflections of millosevichite (prevailing) and mikasaite appearing in the range of temperatures 340–660 °C. Millosevichite and mikasaite are decomposing at temperatures > 660 °C with the formation of an X-ray amorphous phase II. According to data of the synchronous thermal analysis, the transition from halotrichite into anhydrous sulfates is accompanied by the loss of H2O molecules, which makes about 42.9 wt %, the transition to the X-ray amorphous phase II is caused by the loss of SO3, which is ca. 37.4 wt %, associated with two endothermal effects. The thermal expansion of halotrichite is sharply anisotropic, the maximum expansion is determined by the shear deformations of the lattice in its monoclinic plane along the bisectrix of the obtuse angle β, and the minimum one – in the direction of strong S–O–Fe bonds inside [Fe(SO4)(H2O)5]0 complexes. The significant volumetric expansion of halotrichite (9(3)∙10-5 ºC-1) occurs due to the determing role of hydrogen bonds in composition of the crystal structure.

Толық мәтін

Рұқсат жабық

Авторлар туралы

R. Sheveleva

Institute of Volcanology and Seismology RAS; Saint Petersburg State University

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: rezeda_marsovna@inbox.ru
Ресей, Petropavlovsk-Kamchatsky; Saint Petersburg

E. Zhitova

Institute of Volcanology and Seismology RAS

Email: rezeda_marsovna@inbox.ru
Ресей, Petropavlovsk-Kamchatsky

A. Kupchinenko

Institute of Volcanology and Seismology RAS

Email: rezeda_marsovna@inbox.ru
Ресей, Petropavlovsk-Kamchatsky

M. Krzhizhanovskaya

Saint Petersburg State University

Email: rezeda_marsovna@inbox.ru
Ресей, Saint Petersburg

A. Nuzhdaev

Institute of Volcanology and Seismology RAS

Email: rezeda_marsovna@inbox.ru
Ресей, Petropavlovsk-Kamchatsky

Әдебиет тізімі

  1. Abdulina V.R., Siidra O.I. Crystal chemistry and high-temperature X-ray diffraction of hydrated iron sulfate minerals. In: Non-Ambient Diffraction and Nanomaterials (NADM-4): Book of Abstracts IV Conference and School for Young Scientists. Saint Petersburg, 2020. P. 80.
  2. Active volcanoes of Kamchatka. Vol. 2 Eds. Fedotova S.A. and Masurenkova Yu.P. Moscow: Nauka, 1991. 415 p.
  3. Bibring J.-P., Arvidson R.E., Gendrin A., Gondet B., Langevin Y., Le Mouelic S., Mangold N., Morris R.V., Mustard J.F., Poulet F., Quantin C., and Sotin C. Coupled ferric oxides and sulfates on the Martian surface. Science. 2007. Vol. 317. P. 1206–1210.
  4. Bibring J.-P., Langevin Y., Mustard J.F., Poulet F., Arvidson R., Gendrin A., Gondet B., Mangold N., Pinet P., and Forget F. Global mineralogical and aqueous Mars history derived from OMEGA/Mars express data. Science. 2006. Vol. 312. P. 400–404.
  5. Bruker-AXS. TopasV4.2: General Profile and Structure Analysis Software for Powder Diffraction Data. Karlsruhe, Germany, 2009.
  6. Bubnova R.S., Filatov S.K. Thermal radiography of polycrystals. Part II. Determination of quantitative characteristics of the thermal expansion tensor: tutorial. Saint Petersburg: Saint Petersburg State University, 2013. 143 p.
  7. Bubnova R.S., Firsova V.A., Filatov S.K. Software for determining the thermal expansion tensor and the graphic representation of its characteristic surface (theta to tensor-TTT). Glass Physics and Chemistry. 2013. Vol. 39. P. 347–350.
  8. Burns R.G. Ferric sulfates on Mars. J. Geophys. Res. 1987. Vol. 92(B4). P. E570–E574.
  9. Buzatu A., Dill H.G., Buzgar N., Damian G., Maftei A.E., Apopei A.I. Efflorescent sulfates from Baia Sprie mining area (Romania) — Acid mine drainage and climatological approach. Science of The Total Environment. 2016. Vol. 542. P. 629–641. doi: 10.1016/j.scitotenv.2015.10.139.
  10. Christidis P.C., Rentzeperis P.J. The crystal structure of rhombohedral Fe2(SO4)3. Zeitschrift fuer Kristallographie. 1976. Vol. 144. P. 341–352.
  11. Eremin O.V., Epova E.S., Yurgenson G.A., Smirnova O.K. Prognosis of geoecological consequences of development of deposits of the Bom-Gorkhon tungsten deposit (Transbaikalia). Chemistry for Sustainable Development. 2014. Vol. 22. N 2. P. 123–129.
  12. Filatov S.K. Negative linear thermal expansion of oblique-angle (monoclinic and triclinic) crystals as a common case. Phys. Stat. Solidi. 2008. Vol. 245 (b). N 11. P. 2490–2496.
  13. Filatov S.K. High-temperature crystal chemistry. Theory, methods and research results. Leningrad: Nedra, 1990. 288 p.
  14. Frost R.L., Wain D., Martens W.N., Locke A.C., Martinez-Frias J., Rull F. Thermal decomposition and X-ray diffraction of sulphate efflorescent minerals from El Jaroso Ravine, Sierra Almagrera, Spain. Thermochim. Acta. 2007. Vol. 460. N 1–2. P. 9–14.
  15. Frost R., Palmer S., Kristóf J., Horváth E. Dynamic and controlled rate thermal analysis of halotrichite. J. Therm. Anal. Calorim. 2010. Vol. 99. N 2. P. 501–507.
  16. Gongalsky B., Krivolutskaya N. The Cu-Ag-Fe Udokan deposit. In: World-class mineral deposits of Northeastern Transbaikalia, Siberia, Russia. Springer, 2019. P. 37–85.
  17. Kahlenberg V., Braun D.E., Krüger H., Schmidmair D., Orlova M. Temperature-and moisture-dependent studies on alunogen and the crystal structure of meta-alunogen determined from laboratory powder diffraction data. Phys. Chem. Miner. 2017. Vol. 44. P. 95–107.
  18. Kato E., Daimon K. Crystal structure of anhydrous aluminum sulfate. Yogyo Kyokaishi, 1979. Vol. 87. P. 590–595.
  19. King P.L., McSween Jr H.Y. Effects of H2O, pH, and oxidation state on the stability of Fe minerals on Mars. J. Geophys. Res. Planets. 2005. 110(E12).
  20. Košek F., Culka A., Jehlička J. Raman spectroscopic study of six synthetic anhydrous sulfates relevant to the mineralogy of fumaroles. J. Raman Spectroscopy. 2018. Vol. 49. N. 7. P. 1205–1216.
  21. Kruszewski Ł. Supergene minerals from the burning coal mining dumps in the Upper Silesian Coal Basin, South Poland. Int. J. Coal Geology. 2013. Vol. 105. P. 91–109.
  22. Krzhizhanovskaya M.G., Sennova N.A., Bubnova R.S., Filatov S.K. Thermal transformations of minerals of the series borax–tinkalconite–kernite. Zapiski VMO (Proc. Russian Miner. Soc.).1999. N 1. P. 115–122 (in Russian).
  23. Lovas G.A. Structural study of halotrichite from Recsk (Mátra Mts., N-Hungary). Acta Geologica Hungarica. 1986. Vol. 29. P. 389–398.
  24. Marszałek M., Gaweł A., Włodek A. Pickeringite from the Stone Town nature reserve in Ciężkowice (the Outer Carpathians, Poland). Minerals. 2020. Vol. 10. P. 187.
  25. McCollom T.M., Robbins M., Moskowitz B., Berquó T.S., Jöns N., Hynek B.M. Experimental study of acid‐sulfate alteration of basalt and implications for sulfate deposits on Mars. J. Geophys. Res. Planets. 2013. Vol. 118. P. 577–614.
  26. Riaza A., Müller A. Hyperspectral remote sensing monitoring of pyrite mine wastes: a record of climate variability (Pyrite Belt, Spain). Environ Earth Sci. 2010. Vol. 61. P. 575–594.
  27. Rodríguez A., van Bergen M.J. Superficial alteration mineralogy in active volcanic systems: An example of Poás volcano, Costa Rica. J. Volcanol. Geotherm. Res. 2017. Vol. 346. P. 54–80.
  28. Sheveleva R.M., Nazarova M.A., Nuzhdaev A.A., Zhegunov P.S., Zhitova E.S. Distribution and chemical composition of halotrichite in geothermal fields of Kamchatka. Bull. of Kamchatka Reg.Assoc.«Educ.-Sci. Center». Earth Sci. 2023. Vol. 58. N 2. P. 5–16 (in Russian).
  29. Ulloa A., Gázquez F., Sanz-Arranz A., Medina J., Rull F. , Calaforra J.M., Alvarado E.G., Martínez M., Avard G., De Moor J.M., and De Waele J. Extremely high diversity of sulfate minerals in caves of the Irazú Volcano (Costa Rica) related to crater lake and fumarolic activity. Int. J. Speleology. 2018. Vol. 47. P. 229–246.
  30. Zhitova E.S., Sergeeva A.V., Nuzhdaev A.A., Krzhizhanovskaya M.G., Chubarov V.M. Tschermigite from thermal fields of Southern Kamchatka: high-temperature transformation and peculiarities of IR–spectrum. Zapiski RMO (Proc. Russian Miner. Soc.). 2019. N 1. P. 100–116 (in Russian).
  31. Zhitova E.S., Sheveleva R.M., Zolotarev A.A., Krivovichev S.V., Shilovskikh V.V., Nuzhdaev A.A., Nazarova M.A. The crystal structure of magnesian halotrichite, (Fe,Mg)Al2(SO4)4·22H2O: hydrogen bonding, geometrical parameters and structural complexity. J. Geosci. 2023. Vol. 68. P. 163–178.
  32. Zolotarev Jr A.A., Zhitova E.S., Krzhizhanovskaya M.G., Rassomakhin M.A., Shilovskikh V.V., Krivovichev S.V. Crystal chemistry and high-temperature behaviour of ammonium phases NH4MgCl3· 6H2O and (NH4) 2Fe3+5· H2O from the burned dumps of the Chelyabinsk coal basin. Minerals. 2019. Vol. 9(8). P. 486.

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу
2. Fig. 1. White acicular crystals of halotrichite from thermal field of the Bolshoi Semiachik volcano (a, б) and SEM (BSE mode) images of halotrichite: (в) fibrous aggregates of halotrichite (Hth), (г) halotrichite in association with opal (Opl), gypsum (Gp) and illite (Ilt).

Жүктеу (213KB)
Метадеректер
3. Fig. 2. Stages of the high-temperature halotrichite transformation within range from 30 up to 740 ºС: (I) halotrichite; (II) X-ray amorphous phase, (III) mikasaite and millosevichite and (IV) X-ray amorphous phase.

Жүктеу (238KB)
Метадеректер
4. Fig. 3. Indexed X-ray diffraction patterns of halotrichite (with an admixture of alunogen, which is marked by a hexagon) at T = 30 ºC, and a mixture of mikasaite (Mik) and millosevicite (Msv) at T = 500 ºC.

Жүктеу (107KB)
Метадеректер
5. Fig. 4. Phase relation of millosevicite Al2(SO4)3 and mikasaite Fe3+2(SO4)3.

Жүктеу (82KB)
Метадеректер
6. Fig. 5. Synchronous thermal analysis data for halotrichite. Peak area of the DTA curve (in μVs/mg): (I) 248.6; (II) 44.9; (III) 1342; (IV) 46.8.

Жүктеу (97KB)
Метадеректер
7. Fig. 6. Plots of dependencies of the unit-cell parameters on temperature. Approximation equations: a = 6.1899(18) + + 0.320(40)*T*10-3 (R2 = 0.93); b = 24.287(14) – 0.43(31) *T*10-3; c = 21.239(14) + 1.01(32)*T*10-3 (R2 = 0.74); β = 100.346(3) – 2.2(6)*T*10-3 (R2 = 0.68); V = 3140.6(4.7) + 289(104)*T*10-3 (R2 = 0.73), where R2 – coefficient of determination, T – temperature.

Жүктеу (57KB)
Метадеректер
8. Fig. 7. Correlation of the crystal structure of halotrichite and the TEC figure in the cb plane (a), crystal structure and hydrogen bonds in the ac plane (б), decrease (compression) of the β angle upon heating, and the TEС figure in the ac plane (в).

Жүктеу (269KB)
Метадеректер

© Russian Academy of Sciences, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».