Experimentelle Bildung von Alunit-Jarosit durch die Einwirkung von Schwefelsäure auf Mineralien und Gesteine

Zusammenfassung Die Alunitisierung von natürlichem Leucit, Nephelin, Sodalith, Kalifeldspat, Oligoklas, Sericit sowie Basaltglas, Trachyandesit, Nephelinbasanit und Nephelinit wurde experimentell im Temperaturbereich zwischen 90° C und 180° C bei verschiedenen H₂SO⁴-Konzentrationen untersucht. Je nach Ausgangssubstanz wurden Alunit, Natroalunit, Jarosit oder Mischkristalle zwischen diesen Endgliedern der Alunitreihe gebildet. Das bei diesen Reaktionen freiwerdende SiO₂ bildet ein röntgenamorphes Gel, alle anderen nicht in den Alunitmineralien gebundenen Komponenten gehen in Sulfate über.Die Alunitisierung erfolgt nur in einem bestimmten Konzentrationsbereich, dessen unterste Grenze unabhängig von der Temperatur ist und für alle Ausgangssubstanzen bei einer Normalität der zugegebenen H₂SO₄-Lösung 0,1–0,2 liegt. Die obere Grenzkonzentration ist temperaturabhängig und liegt für die Alunitbildung bei einer Normalität 0,7 bei 90° C und 1,3 bei 180° C, für die Natroalunitbildung bei etwas (ca. 0,2) tieferen Werten. Oberhalb dieses Konzentrationsbereiches reagieren die Mineralien und Gesteine zu einer röntgenamorphen gelartigen Masse, unterhalb des Bereiches bleibt die Ausgangssubstanz unverändert.In den Versuchen mit Gesteinen als Ausgangssubstanz wird bei tieferen Temperaturen bevorzugt Jarosit und bei höheren Temperaturen bevorzugt Alunit gebildet. Im mittleren Temperaturbereich tritt Jarosit bei höheren und Alunit bei tieferen Säurekonzentrationen auf.Im Temperaturbereich von 90° C bis 180° C findet innerhalb von einigen Wochen bei den meisten Ausgangssubstanzen ein vollständiger Reaktionsumsatz statt. Dennoch ist die Reaktionsgeschwindigkeit bei gleichem Körnungsgrad unterschiedlich: Am schnellsten reagiert der Sodalith, während die Feldspäte besonders reaktionsträge sind. Für die untersuchten Mineralien gilt folgende Reihenfolge: Sodalith — Leucit — Nephelin — Sericit — Oligoklas — Kalifeldspat.Vergleiche der experimentellen Ergebnisse mit der natürlichen Alunitisierung ergaben gute Übereinstimmung.

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The formation of alunite from natural leucite, nepheline, sodalite, potassium-feldspar, oligoclase and sericite as well as from basaltic-glass, trachyandesite, nephelinebasanite and nephelinite was experimentally investigated at different H₂SO₄-concentrations in the temperature range from 90° to 180° C. Depending on the starting material, alunite, natroalunite, jarosite or mixed crystals of the alunite solid solution series were formed. The SiO₂ set free in these reactions, forms a gel amorphous to X-rays, while all other components which do not enter into the alunite minerals, yield sulfates.The formation of alunite occurs only within a distinct range of H₂SO₄-concentrations, the lower limit being independent of the temperature and of the starting material; this limit corresponds to a normality of the H₂SO₄-solution of 0,1–0,2. The upper limit of the H₂SO₄-concentration is depending on the temperature; at 90° C this limiting concentration lies at 0,7, at 180° C it is 1,3; for the formation of natroalunite, the upper limit lies at somewhat lower concentrations (0,2). If the concentration of H₂SO₄ exceeds the upper limit, the minerals and rocks react to X-ray amorphous, gel-like products, at concentrations below the lower limit, the starting material remains unchanged. In the experiments with rocks as starting material, jarosite is generally formed at lower temperatures, at higher temperatures alunite is predomin ant. At intermediate temperatures higher acid concentrations yield jarosite and lower concentrations alunite. In the temperature range of 90° to 180° C, the reactions of most starting materials are completed in a few weeks. Nevertheless, the reaction rate at equal grain size is dependent on the starting material: sodalite showed the highest reaction rate, while sluggish reactions were observed for the feldspars. The rate of reaction decreases from sodalite, leucite, nepheline, sericite, oligoelase to potassium feldspar. The experimental data agree closely to results obtained for the natural formation of alunite.

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Herrn Professor Dr. H. Heritsch danke ich für sein dauerndes Interesse an dieser Arbeit, für Ratschläge und kritische Bemerkungen sowie dafür, daß die Experimente am Institut für Mineralogie und Petrographie der Universität Graz durchgeführt werden konnten. Herrn Professor Dr. C. W. Coerens danke ich für wertvolle Diskussionen sowie für die Möglichkeit, die experimentelle Technik kennenzulernen. Mein Dank gilt ferner Techn. Oberkontroll. J. Macher für technische Hilfen bei der Ausführung der Experimente.