Temperature-induced changes of iron and aluminium hydroxysulfates: an experimental study

Abstract

Iron and aluminium hydroxysulfates occur in a wide range of natural and anthropogenic environments, yet the thermal behaviour of many of these phases remains incompletely characterised. This thesis investigates the thermal behaviour of eight selected iron- and aluminium-bearing hydroxysulfates using Raman spectroscopy, in situ thermo-Raman spectroscopy, powder X-ray diffraction (PXRD), and thermal analyses (TG/DSC). Thermo-Raman spectroscopy proved to be a powerful tool for monitoring thermally induced structural changes and provided information complementary to TG/DSC and PXRD. While the principal dehydration and dehydroxylation events corresponded to major spectral changes, thermo-Raman spectroscopy additionally revealed gradual structural modifications and metastable intermediate phases that were not detected by thermal analyses or previous high-temperature PXRD studies. The thermal evolution of fibroferrite, amarantite, parabutlerite, slavíkite, clairite, alunite, natroalunite, and ammonioalunite was characterised, with the first detailed descriptions reported for slavíkite and clairite. A transient Raman band near 910 cm−1 was observed in all investigated minerals at elevated temperatures, indicating the formation of a metastable intermediate tentatively interpreted as pyrosulfate-like...

Hydroxosírany železa a hliníku se vyskytují v mnoha přírodních i antropogenních prostředích, avšak termální chování mnoha z nich dosud není dostatečně popsáno. Tato diplomová práce se zaměřuje na studium termálního chování osmi vybraných hydroxosíranů železa a hliníku s využitím kombinace Ramanovy spektroskopie, in situ termo-Ramanovy spektroskopie, práškové rentgenové difrakce (PXRD) a termických analýz (TG/DSC). Termo-Ramanova spektroskopie se ukázala být velmi vhodnou metodou pro sledování teplotně indukovaných strukturních změn a poskytla komplementární informace k metodám TG/DSC a PXRD. Hlavní dehydratace a dehydroxylace se jednoznačně projevily na TG/DSC křivkách i na Ramanových spektrech. Termo-Ramanova spektroskopie navíc umožnila zachytit postupný vývoj struktury i vznik krátkodobě stabilních meziproduktů, které nebyly v dřívějších studiích pozorovány. V práci byl podrobně popsán termální vývoj fibroferritu, amarantitu, parabutleritu, slavíkitu, clairitu, alunitu, natroalunitu a amonioalunitu. Pro slavíkit a clairit představuje tato práce vůbec první popis jejich termálního chování. U všech studovaných minerálů byl při zvýšených teplotách zaznamenán přechodný Ramanův pás v oblasti okolo 910 cm−1 , který svědčí o společném metastabilním meziproduktu vznikajícím během termického rozkladu....