Magnetite and its transformation to hematite in a soil derived from steatite

Abstract

The main objective of this work was to characterize the magnetic minerals and to identify their pedogenic transformation on a steatite-forming soil of Minas Gerais, Brazil. The iron-rich spinel phase was characterized by chemical analysis, powder X-ray diffraction, Mössbauer spectroscopy, with and without an externally applied magnetic field of 6 tesla, and saturation magnetization measurements. Nearly stoichiometric and well-crystallized magnetite was the only magnetic mineral actually detected. The cubic unit cell parameter of the fresh rock magnetite was found to be ao = 0.8407(5) nm. Hematite (hexagonal cell; a = 0.5036(3) nm, c = 1.375(4) nm) was detected in the altered rock and in the sand-soil and silt-soil fractions. Magnetite is assumed to transform into hematite during pedogenesis through progressive oxidation of structural Fe2+ to Fe3+. In partially oxidized magnetites, a relatively small proportion of Fe3+ was interpreted as being uncoupled from the Fe2+-Fe3+ charge transfer system, in octahedral sites of the spinel structure. Compositional formulae of magnetite with different degrees of non-stoichiometry are proposed. Ilmenite was found in minor proportions in the magnetically extracted portions from both rock and soil samples.

O presente trabalho objetivou caracterizar o mineral magnético e identificar suas rotas pedogenéticas de transformação em um solo formado sobre esteatito, de Minas Gerais, Brasil. O óxido de ferro isoestrutural ao espinélio foi identificado e caracterizado por análises químicas, difração de raios X, espectroscopia Mössbauer e medidas de magnetização de saturação. Na rocha fresca, foi encontrada magnetita estequiométrica e bem cristalizada, com parâmetro da rede cúbica, ao = 0.8407(5) nm. Nas frações areia e silte, foram detectadas magnetita parcialmente alterada e hematita estequiométrica e bem cristalizada, com parâmetros da rede hexagonal, a = 0.5036(3) nm e c = 1.375(4) nm. A ocorrência dessas hematitas deveu-se principalmente à oxidação do Fe2+ a Fe3+, no sítio octaédrico da magnetita, durante a pedogênese. Esse processo foi caracterizado pelo aparecimento de pequena quantidade de Fe3+ eletronicamente desacoplada, encontrada nas magnetitas parcialmente oxidadas, cujas fórmulas para as diferentes estequiometrias foram propostas. Verificou-se também pequena quantidade de ilmenita nas amostras de rocha e de solo.