Characterization of iron distribution in various pumice grades and in the derived zeolites

Résumé En Fr

Rhyolitic pumice from widely different geological flows and from a recent submarine volcanic eruption were investigated by means of chemical analytical techniques, X-ray diffraction, 57FeMössbauer and ESR spectroscopy in order to evaluate the distribution and structural configuration of iron. Mössbauer spectra at 77 K were interpreted on the basis of four subspectra, typical of two high spin octahedral Fe2+ sites of different degrees of distortion and two high spin Fe3+ sites of octahedral and tetrahedral coordination. The iron sites in all pumice grades are similar but the relative occupations vary. Statistical analysis of the Mössbauer spectral parameters (quadrupole splitting, isomer shifts and cation distribution) allows classification of pumices related to origin and physico-chemical treatment. Except for Navajo pumice, characterized by an extremely high effective g value due to isolated Fe3+ ions in strong crystal fields of low symmetry, the other pumice samples show essentially five different ESR spectra with variously contributing narrow resonances at g ≃ 4.3 (high spin isolated Fe3+ of C2v symmetry) and g ≃ 2.0 (tetrahedrally or octahedrally coordinated Fe3+ of Td, Oh or C3v symmetry) and a broad signal at g ≃ 2.3 (partly due to iron oxides). Five pumice samples, selected on the basis of the cluster analysis were subjected to zeolitization in alkaline solution under identical experimental conditions. The selectivity to zeolites appears to be related to the SiO2/Al2O3 ratio in pumice and to the relative Fe2+ amount.

On a examiné de la pierre ponce rhyolitique provenant de coulées géologiques très différentes et d'une éruption volcanique sous-marine récente au moyen de techniques d'analyses chimiques, de diffraction de rayons X, de spectroscopie Mössbauer du 57Fe et de spectroscopie paramagnétique électronique (RPE) dans le but de déterminer la distribution et la configuration structurale du fer. On a procédé à l'interprétation des spectres Mössbauer à 77 K sur la base de quatre spectres partiels (sous-spectres) qui sont typiques de deux sites octaédriques à spin élevé de Fe2+ à différents degrés de distortion et de deux sites à spin élevé de Fe3+ à coordination octaédrique et tétraédrique. Les sites du fer sont semblables dans toutes les variétés de pierre ponce ; cependant les occupations relatives varient. L'analyse statistique des paramètres spectraux (splitting quadrupolaire, déplacements d'isomérie et distribution des cations) permet la classification des pierres ponces selon l'origine et le traitement physico-chimique. Si l'on considère à part la pierre ponce de Navajo qui est caractérisée par une valeur réelle extrêmement élevée de g due aux ions isolés de Fe3+ dans d'intenses champs cristallins de basse symétrie, les autres échantillons de pierre ponce présentent essentiellement cinq spectres différents de RPE avec des bandes de résonance étroites de contribution variable aux valeurs de g ≃ 4,3 (symétrie C2v de Fe3+ isolé à spin élevé) et de g ≃ 2,0 (Fe3+ coordonné tétraédriquement ou octaédriquement de symétrie Td, Oh ou C3v) et avec un signal peu prononcé à g ≃ 2,3 (dû partiellement aux oxydes de fer). Cinq échantillons de pierre ponce, choisis sur la base de l'analyse des agglomérats, ont été transformés en zéolite en solution alcaline dans des conditions expérimentales identiques. La sélectivité des zéolites est en corrélation avec le rapport SiO2/Al2O3 et avec la quantité de Fe2+ correspondante.