Compositional and structural variabilities of Mg-rich iron oxide spinels from tuffite Translated title: Variabilidades composicional e estrutural de óxidos de ferro ricos em Mg de tufito

Abstract

Maghemite (γFe2O3) from tuffite is exceptionally rich in Mg, relatively to most of those reportedly found in other mafic lithosystems. To investigate in detail the compositional and structural variabilities of this natural magnetic iron oxide, sets of crystals were isolated from samples collected at different positions in a tuffite weathering mantle. These sets of crystal were individually powdered and studied by X-ray diffractometry, Mössbauer spectroscopy, magnetization measurements and chemical analysis. Lattice parameter of the cubic cell (a0) was found to vary from 0.834(1) to 0.8412(1) nm. Lower a0-values are characteristic of maghemite whereas higher ones are related to a magnetite precursor. FeO content ranges up to 17 mass % and spontaneous magnetization ranges from 8 to 32 J T-1 kg-1. Zero-field room temperature Mössbauer spectra are rather complex, indicating that the hyperfine field distributions due to Fe3+ and mixed valence Fe3+/2+ overlap. The structural variabilities of the (Mg, Ti)-rich iron oxide spinels is essentially related to the range of chemical composition of its precursor (Mg, Ti)-rich magnetite, and probably to the extent to which it has been oxidized during transformation in soil.

Translated abstract

A maghemita (γFe2O3) de tufito é, excepcionalmente, rica em magnésio, se comparada às comumente encontradas em outros litossistemas máficos. Na tentativa de investigar em detalhes a variabilidades composicional e estrutural desses óxidos naturais de ferro, alguns conjuntos de cristais foram separados de amostras coletadas a diferentes posições de um manto de intemperismo de tufito. Esses conjuntos de cristais foram, individualmente, estudados por difração de raios-X, espectroscopia Mössbauer, medidas de magnetização e análise química. Da difratometria de raios-X, observou-se que o parâmetro da célula cúbica (a0) varia de 0,834(1) a 0,8412(1) nm. Os valores mais baixos de a0 são característicos de maghemita; os mais altos são atribuídos à magnetita, mineral magnético precursor. Os teores de FeO alcançam 17 mass % e os valores de magnetização espontânea variam de 8 a 32 J T-1 kg-1. Os espectros Mössbauer, obtidos com a amostra mantida à temperatura do ambiente, na ausência de campo magnético aplicado, são bastante complexos, com indicações de ocorrência de superposição de distribuições de campo hiperfino, devidas ao Fe3+ e ao íon de valência mista Fe3+/2+. A variabilidade estrutural dos óxidos de ferro, isoestruturais ao espinélio e ricos em Mg e Ti, é, essencialmente, relacionada com os graus variáveis de oxidação do mineral precursor, a magnetita rica em Mg e Ti.