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http://hdl.handle.net/1843/SFSA-85VUMV| Type: | Tese de Doutorado |
| Title: | Características químicas e cristalino-estruturais de ferritas naturais do tipo espinélio de pedossistemas magnéticos representativos, em Minas Gerais |
| Authors: | Fernando Dias da Silva |
| First Advisor: | José Domingos Fabris |
| First Co-advisor: | Antonio Taranto Goulart |
| First Referee: | Antonio Carlos Doriguetto |
| Second Referee: | José Miguel Delgado |
| Third Referee: | Rochel Montero Lago |
| metadata.dc.contributor.referee4: | Wagner da Nova Mussel |
| Abstract: | O presente trabalho é dedicado à caracterização de óxidos de ferro, principalmente os iso-estruturais ao espinélio, e ao estabelecimento de etapas principais dos mecanismos químicos e cristalográficos envolvidos nas transformações pedogenéticas da magnetita (estequiometria ideal, Fe3O4) e da magnesioferrita (Fe2MgO4), em três pedosistemas. Frações magnéticas de rocha e de solo, de litologias de esteatito (pedra-sabão), tufito e itabirito foram magneticamente separadas com um ímã de mão. A composição química das frações magnéticas, após tratamento com uma mistura ditionito-citrato-bicarbonato (DCB), foi determinada por análise química convencional, por via úmida. As estruturas cristalográficas foram determinadas, a partir de dados da difratometria de raios X (DRX) de fonte síncrotron, da linha XPD do Laboratório Nacional de Luz Síncroton (LNLS, Campinas, SP, Brasil),da espectroscopia Mössbauer e espectrosocopia de absorção de raios X (XANES). A análise cristalográfico-estrutural da fração magnética da rocha itabirito mostra a existência de duas fases mineralógicas: magnetita e hematita. Do concentrado magnético do solo, além das fases encontradas na rocha, observou-se ainda a presença de maghemita. Observa-se significativa diminuição no teor da magnetita do solo, em relação à da rocha. Isto sugere que parte da magnetita presente na rocha está sendo oxidada a maghemita, que seria a fase intermediária na série de transformação de magnetita para hematita para este tipo de litologia. Da fração magnética do tufito, as estruturas cristalográficas, deduzidas a partir do refinamento Rietveld dos dados DRX, foram: magnesioferrita (dimensão de rede cúbica, a = 0,837563(2) nm; para magnesioferrita pura, a = 0,83873(6) nm, conforme ficha JCPDS número 36-0398), e maghemita, a = 0,835758(3) nm. A partir dos parâmetros de rede obtidos, propõe-se um modelo geral de transformação pedogenética dos óxidos de ferro, em que a magnesioferrita tende a uma maghemita com alto teor de substituição do ferro por magnésio, nesses pedossistemas derivados de tufito, conforme o caminho proposto, neste trabalho: . Da fração magnética da rocha do esteatito, foi identificada uma magnetita com duas populações de sítios de coordenação octaédrica, diferenciadas por relativamente pequenas alterações dos parâmetros hiperfinos, encontrados para a amostra a 298 K, em relação ao padrão reportadamente ideal. O refinamento estrutural Rietveld, a partir dos dados de difratometria de raios X (pó) de fonte síncroton, indica a ocorrência de duas fases cristalográficas cúbica. Abaixo da temperatura de Verwey, TV ? 120 K, o refinamento estrutural permitiu separar três estruturas cristalográficas: duas cúbicas, com dimensões próximas, mas, ainda assim, significativamente diferentes, e uma monoclínica. Este é o primeiro registro deste tipo de comportamento em amostras naturais, envolvendo a transição de Verwey. Análises correspondentes dos dados DRX coletados a T < TV, sistematicamente, a 15 K, 50 K e 100 K, permitiram identificar e caracterizar, mais detalhadamente, as estruturas monoclínica (grupo espacial, P2/c) e cúbica (Fd3m). Da fração magnética do material do solo derivado desse esteatito, foram identificadas magnetita e hematita (?Fe2O3). Mesmo à temperatura suficientemente baixa, T = 15 K, não foi observada qualquer transição cristalográfica da magnetita separada do material de solo. |
| Abstract: | The present work was dedicated to the characterization of iron oxides, mainly those iso-structural to the spinel, and to the understanding of the main steps of the chemical and crystallographic mechanisms related to the pedogenetic transformations of magnetite (Fe3O4) and magnesioferrite (Fe2MgO4), in three selected pedosystems. Magnetic fractions of rock and soil, from lithologies of steatite (soapstone), tuffite and itabirite were magnetically separated with a hand magnet. The chemical composition of the magnetic fractions, after treatment with a citrate-bicarbonate-dithionite (CBD) mixture, were determined byconventional chemical analysis. The crystallyne structures were established through analysis of powder X-ray diffractron (XRD) data from the synchrotron source (XPD line of the Brazilian Synchrotron Light Laboratory - Campinas, SP, Brazil), Mössbauer spectroscopy andX-ray absorption at near-edge structure (XANES). The crystal-structural analysis of the magnetic fraction of the itabirite rock revealed the occurrence of two mineralogical phases: magnetite and hematite. In the soil magnetic concentrate, besides the phases found in the rock, maghemite was also observed. A significant reduction of the amount of magnetite from the soil, relatively to rock material, was observed. This result suggests that part of the rock magnetite was oxidized to the maghemite. The lattice dimension of the cubic cell of the spinel-ferrites from the tuffite magnetic fraction, as deduced from the Rietveld refinement of the X-ray diffraction data, were: for magnesioferrite a = 0.837563(2) nm; for maghemite a = 0.835758 nm. An overallmodel for the pedogenetic transformation of iron oxides could then be proposed. In pedosystems derived from tuffite, magnesioferrite is transformed to Mg-substituted maghemite: 2 4 x 2-x 3 2 3 MgFe O Mg Fe O Fe O . From 298 K-Mössbauer data for the magnetic fraction of the steatite rock, a magnetite with two populations of iron-sites, separated by slight differences of their hyperfine parameters, with octahedral coordination was identified. The Rietveld structural refinement of the powder XRPD data is consistent with two cubic phases. Below the Verwey temperature, TV 120 K, it can be identified, through the structural refinement, three crystallographic structures: two cubic, with different cell dimensions, and a monoclinic phase. This is the first report of this type of behavior in natural samples, involving the Verwey transition. Corresponding analyses of collected data DRX at T < TV, at 15 K, 50 K and 100 K led to a better characterization of these monoclinic (space group, P2/c) and cubic ( Fd3m ) strucutres. From magnetic fraction of the soil-material derived from this steatite, magnetite and hematite (Fe2O3) were identified. Differently from the rock, the low temperature, T = 15 K, data analysis for the soil-magnetite does not indicate any crystallographic transition. |
| Subject: | Físico-química Mossbauer, Espectroscopia de |
| language: | Português |
| Publisher: | Universidade Federal de Minas Gerais |
| Publisher Initials: | UFMG |
| Rights: | Acesso Aberto |
| URI: | http://hdl.handle.net/1843/SFSA-85VUMV |
| Issue Date: | 22-Jul-2008 |
| Appears in Collections: | Teses de Doutorado |
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