The Experimental Transformation of Mica Toward Smectite; Relative Importance of Total Charge and Tetrahedral Substitution

Abstract

This article emphasizes the influence of crystal-chemical composition on the ease of transformation of micas to vermiculite or more smectite-like minerals. The swelling test, with glycerol, of Mg-saturated mineral is used to characterize the degree of transformation.

The main structural factors of this evolution are tetrahedral substitution of Si by Al, and total charge. There is a relation between these two factors, i.e. the lower the tetrahedral substitution, the greater can be the charge without affecting the smectite swelling behavior.

In this respect there is a contrast between tri and dioctahedral micas. In the first, tetrahedral Al is so high (> 1·20 for Si₄O₁₀) that transformation into smectite must imply modification of the tetrahedral layer. For dioctahedral micaceous phyllites (illites, glauconites) where tetrahedral charge is lower, transformation can be easier. Only a lowering of total charge is needed and reduction-oxidation seems to play a very important role in this process.

Résumé

Cet article souligne l’influence de la composition cristallochimique sur la facilité avec laquelle les micas se transforment en vermiculite ou en minéraux d’un type smectite plus marqué. Le test de gonflement au glycérol appliqué au minéral saturé par Mg est utilisé pour caractériser le degré de transformation.

Les facteurs structuraux principaux de cette évolution sont la substitution tétraédrique de Si par Al et la charge totale. Il y a une relation entre ces deux facteurs, à savoir que la charge qui n’affecte pas le comportement gonflant de la smectite est d’autant plus grande que le taux de substitution tétraédrique est bas.

A cet égard, il existe un contraste certain entre les micas tri et dioctaédriques. Dans les premiers, la teneur en Al tétraédrique est si élevée (> 1,20 pour Si₄O₁₀) que la transformation en smectite doit impliquer une modification de la couche tétraédrique. Pour les phyllites micacées dioctaédriques (illites et glauconites) où la charge tétraédrique est plus basse, la transformation peut être plus facile. Seul un abaissement de la charge totale est nécessaire, et l’oxydoréduction semble jouer un rôle trés important dans ce processus.

Kurzreferat

Die Arbeit behandelt den Einfluß der kristallchemischen Zusammensetzung auf die Neigung der Glimmer, sich in Vermikulite oder in Smektit-ähnliche Minerale umzuwandeln. Zur Kennzeichnung des Umwandlungsgrades wird der Quellungstest mit Glycerin an Mg-gesättigten Mineralen benutzt.

Die wichtigsten strukturellen Faktoren dieser Umwandlung sind tetraedrischer Ersatz von Si durch Al und Gesamtladung. Zwischen diesen beiden Faktoren besteht eine Beziehung. Je geringer die Substitution in den Tetraedern ist, desto größer kann die Ladung sein ohne daß das Quellungsverhalten des Smektits beeinflußt wird.

In dieser Hinsicht besteht ein Gegensatz zwischen tri- und dioktaedrischen Glimmern. Bei ersteren ist der Gehalt an tetraedrischem Al so hoch (> 1,20 je Si₄O₁₀), daß die Umwandlung in Smektit eine Veränderung der Tetraederschicht voraussetzt. Bei dioktaedrischen glimmerartigen Schichtsilikaten (Illiten, Glaukoniten), bei denen die Tetraededadung niedriger ist, kann die Umwandlung leichter erfolgen. Es ist lediglich eine Verminderung der Gesamtladung erforderlich, und Reduktions- und Oxidationsvorgänge scheinen bei diesem Prozeß eine sehr wichtige Rolle zu spielen.

Резюме

В этой работе подчеркивается влияние кристаллохимического состава на легкость превращения слюд в вермикулит или в более смектитообразные минералы. Для характеризации степени трансформации, минерал насыщенный Мg подвергается испытанию набуханию с глицерином.

Главные структурные изменения — это тетраэдральное замещение Si Al, и полный заряд. Между этими двумя факторами имеется связь, то есть чем ниже тетраэдральная замена, тем выше может быть заряд не влияющий на поведение разбухания смектита.

В этом отношении между три и диоктаэдральной слюдами имеется контраст. В первой содержание тетраэдрального А1 так высоко (>1,20 для Si₄O₁₀), что трансформация в смектит ведет за собой изменение тетраэдрального слоя. В диоктаэдральных слюдистых филлитах (иллиты, глаукониты) у которых тетраэдральный заряд ниже, превращение происходит с большей легостью. Требуется только понижение общего заряда, а пониженное окисление, по-видимому, играет важную роль в этом процессе.