The Effect of Al on Fe Oxides. XIX. Formation of Al-Substituted Hematite from Ferrihydrite at 25°C and pH 4 to 7

Abstract

Abstract--Iron oxides in surface environments generally form at temperatures of 25 • 10~ but synthesis experiments are usually done at higher temperatures to increase the rate of crystallization. To more closely simulate natural environments, the transformation of 2-line ferrihydrite to hematite and goethite at 25~ in the presence of different A1 concentrations and at pH values from 4 to 7 was studied in a long-term (16-20 y) experiment. Aluminum affects the hydrolysis and charging behavior of 2-line fenihydrite and retards crystallization. A1 also promotes the formation of hematite over goethite and leads to multidomainic discoidal and framboidal crystals instead of rhombohedral crystals. The strong hematite-promoting effect of A1 appears to be the result of a lower solubility of the Al-containing ferrihydrite precursor relative to pure ferrihydrite. Hematite incorporates A1 into its structure, as is shown by a decrease in the a and c-cell lengths and a decrease in magnetic hyperfine fields (M6ssbauer spectroscopy). With hematite formed at low-temperature, these decreases were, however, smaller for the cell length and greater for the magnetic field than for hematite produced at higher temperatures. Both phenomena are removed by heating the hematite at 200~ They are attributed to structural OH and/or structural defects. The relative content of AI in the structure is lower for hematite formed at 25~ than for hematites synthesized at higher temperatures (80 and 500~The maximum possible substitution of one sixth of the Fe positions was not achieved, similar to soil hematites. These results show that properties of widely distributed soil A1-containing hematites can reflect formation environment.

Release of arsenic associated with the reduction and transformation of iron oxides

“…The presence of foreign ions, either coprecipitated with ferrihydrite, adsorbed onto the ferrihydrite surface or present in solution, may influence the rate of transformation (Cornell and Schwertmann, 1979;Gálvez et al, 1999;Schwertmann et al, 2000;Campbell et al, 2002;Ford, 2002;Alvarez et al, 2005). Both arsenate and phosphate have been found to retard the recrystallization rate (Paige et al, 1996(Paige et al, , 1997bSun et al, 1999;Ford, 2002).…”

Sorption of Am(III) onto 6-Line-Ferrihydrite and Its Alteration Products: Investigations by EXAFS

“…Upon heating pure ferrihydrite converts to crystalline goethite and hematite [4]. In the presence of di-or trivalent metal ions the transformation is affected leading to the promotion of one crystal formation over the other and incorporation of these ions [5,6]. This Study deals with the question if released Am(III) can be immobilized by sorption onto 6-line-ferrihydrite.…”

Relações entre a substituição isomórfica de Fe por Al e as características químicas e mineralógicas de hematitas sintéticas

“…Contudo, esta grande quantidade de material removido através da dissolução seletiva não se trata, pelo menos em sua maior parte, de ferridrita, que é, segundo Schwertmann & Taylor (1989) O material removido com oxalato ácido de amônio nas hematitas 13% Al e 16% Al aparentemente trata-se de hematita, mas com grau de cristalinidade muito reduzido e porosidade muito alta, passível de dissolução (Torrent et al, 1987;Schwertmann, 1991), apesar de terem permanecido, como as demais, por um longo período de "cura", 65 dias a 80°C, período, insuficiente para seu desenvolvimento e definição de maior grau de cristalinidade. Gamble & Daniels (1972) Torrent et al (1987) observaram que, embora a quantidade de oxalato ácido de amônio utilizada na lavagem dos materiais fosse várias vezes maior do que a quantidade estequiométrica necessária para a remoção dos materiais amorfos, o material resultante ainda teria algum "material amorfo", não confirmado pelos autores.…”

“…Barrón et al (1988), para hematitas microcristalinas, para as quais determinaram valores de até 115 m 2 g -1 , obtidos através de adsorção de N 2 , que, geralmente, é menor do que ASE determinada pela adsorção de EGME. Torrent et al (1987) (Barrón et al, 1988), o que explicaria os elevados valores de ASE, e que as duas hematitas, que apresentaram elevadas ASEs, continham grandes volumes de microporos (Torrent et al, 1987). Obteve-se, então, uma alta correlação positiva (R = 0,99), entre ASE e os teores de Fe o + Al o , representada pela seguinte equação linear: ASE = 8,8759 + 2,63 (Fe o + Al o ), revelando a estreita correlação entre o grau de SI e a ASE para este grupo de hematitas.…”

“…Em condições normais, isto ocorre com freqüência, porque, geralmente, há disponibilidade de Al no sistema (Schwertmann et al, 2000), sendo possível o átomo de Al apresentar a mesma valência e tamanho similares aos do Fe (r = 0,053 nm para o Al 3+ e r = 0,064 nm para o Fe 3+ ), podendo, então, substituí-lo na posição octaedral nos óxidos de Fe.…”