background image

www.geologicacarpathica.sk

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

, JUNE 2012, 63, 3, 241—252                                                           doi: 10.2478/v10096-012-0020-8

Geochemistry and electron spin resonance of hydrothermal
dickite (Nowa Ruda, Lower Silesia, Poland): vanadium and

chromium

PAVLE I. PREMOVIĆ

1

, JUSTYNA CIESIELCZUK

2

 , GRAŻYNA BZOWSKA

and

MILOŠ G. ĐORĐEVIĆ

1

1

Laboratory for Geochemistry, Cosmochemistry and Astrochemistry, Department of Chemistry, University of Niš, P.O. Box 224,

18000 Niš, Serbia;  pavle.premovic@yahoo.com

2

Department of General Geology, Faculty of Earth Sciences, University of Silesia, Sosnowiec, Poland

(Manuscript received May 7, 2011; accepted in revised form December 7, 2011)

Abstract: Geochemical analyses for trace V and Cr have been done on a representative sample of a typical hydrothermal
dickite/kaolinite filling vein at Nowa Ruda. The mineralogy of the sample is comparatively simple, dickite being the
principal component (ca. 91 % of the total sample). Geochemical fractionation and inductively coupled plasma-optical
emission spectrometry (ICP-OES) indicate that most ( > 90 % of total metal) of the V and Cr reside in the dickite. Electron
Spin Resonance (ESR) shows that most ( > 70 %) of the V in the dickite structure is in the form of vanadyl (VO

2+

) ions. A

high concentration of Cr

3+

 is also detected in this structure by ESR. The combination of geochemical and spectroscopic

tools applied to VO

2+

 and Cr

3+

 allow one to specify the Eh ( > 0.4 V, highly oxidizing) and pH ( 4.0, highly acidic) of the

solution during the formation of dickite from the Nowa Ruda Basin. Substantial proportions of the V and Cr (as well as
VO

2+

 and Cr

3+

) in the dickite structure were probably contained in an original hydrothermal acid water. We suggest that

hot  hydrothermal  waters  leached  the  surrounding  varieties  of  gabbroids  enriched  in  V  and  Cr  for  the  dickite-forming
solution. The results of this work have shown V and Cr are potentially reliable indicators for geochemical characterization
of the physicochemical conditions of their formation. The bulk-rock V/Cr ratio in hydrothermal dickites and kaolinites
from Nowa Ruda, Sonoma (California, USA), Cigar Lake (Saskatchewan, Canada) and Teslić (Bosnia and Hercegovina)
is also briefly explored here as a potential tracer of redox state during their formation.

Key words: electron spin resonance, kaolinite, dickite, chromium, vanadium.

Introduction

The  kaolinite  group  minerals  include  kaolinite,  dickite,
nacrite  and  halloysite.  Acid  alteration  in  magmatic  hydro-
thermal  systems  is  often  represented  by  minerals  such  as
kaolinite  and  dickite  (Izquierdo  et  al.  2000,  and  references
therein).  Hydrothermal  kaolinite  and  dickite  are  mainly
formed in situ through alteration of source minerals (mainly
K-rich feldspars and other aluminosilicates) by hydrothermal
acid waters.

V and Cr are elements of significance in geochemical cy-

cles as well as important trace elements in biochemistry. The
oxidation states of V in the geosphere correspond to V

3+

, V

4+

and V

5+

. V is present in natural waters, where redox condi-

tions, pH, adsorption and complexation are the main control-
ling  parameters  of  the  solubility  of  this  transition  metal
element.

 

In oxygenated natural waters, V is predicted to oc-

cur in the +5 oxidation state, primarily as highly soluble and
mobile  vanadate  ions:  H

n

VO

4

n-3

(n = 0  to  4),  and  as  NaHVO

4

(Turner  et  al.  1981).  As  a  consequence,  the  V  species  in-
volved  in  incorporation  processes  appear  anionic,  resulting
in a relatively low affinity for the negatively charged colloi-
dal clay particles (Whitfield & Turner 1987).

Vanadyl  ion  (VO

2+

)  shows  a  strong  tendency  to  interact

with the surface of Al and other metal hydrous oxides and is

thus capable of becoming specifically bound within the col-
loidal clay particles (Wehrli & Stumm 1989).

Geochemical studies indicate that Cr occurs in natural aquatic

environments in two oxidation states: Cr(III) and Cr(VI). In low
(suboxic/anoxic)  Eh  natural  environments,  the  main  aqueous
Cr(III) species are Cr

3+

 and Cr(OH)

2+

. Under oxidizing condi-

tions,  aqueous  Cr  is  present  in  a  Cr(VI)  anionic  form,  HCrO

4

and/or CrO

4

2—

, depending on the pH. Cationic Cr(III) species are

rapidly  and  strongly  adsorbed  by  colloidal  clay  particles,  but
adsorption  of  anionic  Cr(VI)  species  onto  these  particles  is
expected to be minimal (Rai et al. 1986, 1987).

Physicochemical conditions during the formation of a non-

hydrothermal  kaolinite  are  usually  deduced  from  field  data
as  well  as  experimental/thermodynamic  data.  The  stability
of this mineral is often expressed in plots using pH and ion
activities.  The  hydrothermal  kaolinites/dickites  are  not  fre-
quently  studied  and  our  knowledge  of  the  physicochemical
conditions necessary for their formation is still limited. One
way to get an objective evaluation of the nature of solutions
during the formation (precipitation) of kaolinites/dickites is
to  examine  components  that  were  undoubtedly  introduced
into  their  lattice  by  these  solutions.  Such  components
certainly include VO

2+

 and Cr

3+

 ions.

Indeed, VO

2+

 and Cr

3+

 in natural aquatic environments are

characterized almost entirely by the pH and oxidation reduc-

background image

242

PREMOVIĆ, CIESIELCZUK, BZOWSKA and ĐORĐEVIĆ

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA, 2012, 63, 3, 241—252

tion potential (Eh) of the environment. These two parameters
also have a strong influence on the mobility and complexation
of VO

2+

 and Cr

3+

 ions. These two ions, therefore, are sensitive

geochemical indicators of the geochemistry of the clay-form-
ing solutions and may provide clues to the origin of the clay
deposits of the past. This has led us to study VO

2+

 and Cr

3+

 in

dickite  from  Nowa  Ruda  (NR),  a  hydrothermal  mineral  en-
riched  in  V  and  Cr  (Morawiecki  1956).  After  a  mineral
characterization of the sample using X-ray diffraction, Fourier
transform infrared spectroscopy, differential thermal analysis,
and  scanning  electron  microscopy,  selective  leaching  proce-
dures were performed to establish specific mineral hosts for V
and  Cr  by  inductively  coupled  plasma-optical  emission
spectrometry (ICP-OES). To support the speciation study, we
quantitatively  determined  the  VO

2+

  concentration  in  dickite

using a new experimental calibration with a principle derived
from a previous study of clays (Premović et al. 2011).

Experimental

Geological setting

The Nowa Ruda Basin is located in the Sudetes Mountains

(southwestern  Poland),  near  the  city  of  Wroclaw  (Fig. 1).
The  geology  and  mineralogy  of  this  basin  were  extensively
studied  by  Morawiecki  (1956),  Kowalski  &  Lipiarski
(1973), and Borkowska (1985). The gabbro-diabasic massif
of  the  Nowa  Ruda  Basin,  which  spreads  over  15 km

2

,  is

composed of rocks of probable Proterozoic age (Oberc 1960)
and  is  represented  by  olivine  gabbros,  olivine-free  gabbros
with  diallage,  troctolites  and  plagioclasites.  Most  of  these
rocks reveal postmagmatic alternation. The upper part of the
gabbroic rocks is weathered.

The regolith covering the gabbroic rocks, composed mainly

of  bauxites,  argillites,  and  gabbros,  breccias  and  conglomer-
ates, is of Carboniferous age (Wiewióra 1967). These forma-
tions are overlain by a thick series of shales of Westphalian A
age,  which  are  followed  by  sandstones  and  carbon-bearing
kaolinitic  shale  of  the  Upper  Carboniferous  formation.  The
Upper Carboniferous is represented by carbon-free sandstones
and conglomerates and is overlain by the clastic formation of
Rotliegendes.  Quaternary  clays,  gravels  and  sands  represent
the youngest rocks. The general stratigraphic succession of the
Nowa Ruda Basin is shown in Fig. 2.

Dickite/kaolinite occurs mainly as veins within the gabbro

weathering  products,  or  is  associated  with  the  dark  grey
kaolinitic shale. The mineral is usually light green or bluish-
green (Fig. 3). Apart from these veins, kaolinite at the Nowa
Ruda  location  also  occurs  in  the  form  of  large  lenses.  Ac-
cording to Kowalski & Lipiarski (1973) kaolinite and dickite
from  the  Nowa  Ruda  Basin  may  have  originated  in  the  hy-
drothermal solutions genetically related to the magmatism of
the Late Carboniferous.

Sample location and description

Kaolinite  and  dickite  are  found  throughout  the  abandoned

coal mine Piast near the town of Nowa Ruda. These minerals

Fig. 1. Geographical location of Nowa Ruda.

Fig. 2. General stratigraphic section of the NR region, modified af-
ter Morawiecki (1956) and detailed Geological Map of Sudetes Mts,
1 : 25,000,  sheet  Nowa  Ruda,  (Wójcik  1956)  and  sheet  Jugów,
(Gawrónski 1958).

background image

243

A GEOCHEMICAL AND ELECTRON SPIN RESONANCE INVESTIGATION OF DICKITE (POLAND)

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA, 2012, 63, 3, 241—252

are generally believed to be the most common product of a hy-
drothermal  alteration  (Morawiecki  1956).  A  representative
blue dickite sample (hereafter DS) was collected by L. Stoch
in a vein of kaolinitic shale at the Piast mine. Nine samples of
dickite from Nowa Ruda were also collected by J.C.

Analytical methods

ICP-OES Spectrometry. 

V and Cr of the whole-rock sam-

ple  and  leaching  fractions  were  analysed  by  ICP-OES.  A
Spectroflame ICP-OES instrument was employed and Ar was
used as the plasma gas. Total uncertainty (including accuracy
error) of the analysis ranges from 5 % to 20 % for V and Cr.

For  purpose  of  Cr(VI)  detection,  DS  was  digested  using

0.28 M  Na

2

CO

3

/0.5  M  NaOH  solution  heated  at  90—95 °C

for 1 h to dissolve Cr

6+

 and stabilize it against reduction to

Cr

3+

.  Subsequently,  Cr(VI)  could  be  identified  colorimetri-

cally at 540 nm with diphenylcarbazide in acid (pH 2) solu-
tion  (Bartlett  &  James  1979); 

1 ppm  can  be  detected.

However,  no  Cr(VI)  could  be  identified  in  DS  using  this
method.

X-ray  Diffraction  (XRD)  Analysis. 

XRD  patterns  were

obtained with the Philips PW 1729 and 3710 diffractometers
using  CoK   radiation  (35  and  45 kV,  30 mA).  Powder  dif-
fractograms were acquired in the 3—90° 2  range, with 7—20 s
counting per 0.01° and 0.04° 2  step. Samples were prepared
using  the  back-loading  procedure  according  to  Moore  &
Reynolds (1989), providing significant disorientation of clay
layers.

Fourier  Transform  Infrared  (FTIR)  Spectroscopy. 

FTIR

spectra were recorded, in absorbance mode, with a BOMEM
Michelson Series MB FTIR spectrometer. The resolution was
4 cm

—1

  in  the  400—4000 cm

—1

  analysed  range.  Spectra  were

obtained  at  room  temperature  from  KBr  pressed  pellets  pre-
pared by mixing 1.5 mg of a clay sample with 150 mg of KBr.

Differential Thermal Analysis (DTA). 

The DTA curve was

obtained  from  20 mg  sample  in  a  Pt  crucible  on  a  Perkin-
Elmer 7 Series Thermal Analysis System heated at 10 °C min

—1

.

Scanning  Electron  Microscope  (SEM). 

The  morphology

and  the  semiquantitative  chemical  analyses  were  performed
by  scanning  electron  microscopy  (scanning  microscope
Philips XL 30 ESEM/TMP) coupled to an energy-dispersive
spectrometer  (EDAX  type  Sapphire).  The  backscattered
electron  (BSE)  mode  was  done  before  microprobing.
Analytical conditions were as follows: accelerating voltage 15
or 20 kV, probe current 60 nA, working distance ca. 10 mm,
counting  time  100 s.  Individual  parameters  are  printed  on
photos:  acceleration  of  electron  beam  and  magnification.
Samples were coated with gold and stuck to a carbon tape.

Electron Spin Resonance (ESR) Spectroscopy. 

The ESR

measurements were performed on fine powder samples that
were  transferred  to  an  ESR  quartz  tube.  The  ESR  spectra
were recorded at room temperature using a Bruker ESP 300E
spectrometer  at  X-band  bridges  with  a  standard  100 kHz
field modulation. The measurements were made at 9.3 GHz
utilizing a rectangular TE cavity.

In order to accomplish maximum accuracy and precision it

was necessary to focus attention on the following: a sample
tube was always kept inside the ESR cavity with an approxi-
mate  magnetic  field  uniformity;  and  the  reproducibility  of
the sample positioning was achieved by using the same sam-
ple tube with a fixed holder. Tests verified that all spectra for
the standard measurements were obtained with instrumental
parameters  which  gave  no  instrumental  effects  on  peak
height/shape/width.  Most  of  the  measurements  were  run  at
2 mT  modulation  amplitude,  100 ms  time  constant,  16 min
scan time. The field was scanned on 200 mT when the entire
spectrum  was  desired.  The  instrument  was  carefully  tuned
according to the manufacturer’s directions.

Analysis and fractionation

The  fractionation  procedure  was  similar  to  that  used  by

Premović (1984). The flow chart in Fig. 4 outlines the major
steps in preparing the four fractions. These are:

Powdered  dickite  (1 g)  was  treated  (room  temperature,

12 h)  with  acetate  buffer:  acetic  acid/sodium  acetate  (1 M,
12 h)  solution  at  pH 5.0  to  remove  most  of  the  carbonates.
This solution also removes other soluble minerals. The soluble
material constitutes the carbonate fraction.

The insoluble residue (I) was demineralized further by re-

peated treatment with cold HCl (6 M). This acid solution re-
moves  mostly  metal  hydroxides  and  oxides,  including
V-  and  Cr-hydroxides  and  -oxides.  The  soluble  part  consti-
tutes the cold HCl-fraction.

The insoluble residue (II) was demineralized with boiling

HCl (6 M, 80 °C, 12 h). This treatment removes most of the
soluble  silicates.  The  soluble  part  constitutes  the  boiling
HCl-fraction.

The insoluble residue (III) was demineralized with boiling

mixture  of  HF  (22 M)/HCl  (12 M)  (3 : 1  v/v,  80 °C,  12 h).
This acid mixture removes SiO

2

 and A1

2

O

3

. SiO

2

 and Al

2

O

3

removal  was  checked  by  FTIR/EDS  analyses.  The  soluble
part constitutes the dickite fraction.

Fig. 3. Example of blue dickite filling the veins within black shales/
slates  from  the  dump  of  the  abandoned  coal  mine  Piast.  Sample
size: 7 10 cm.

background image

244

PREMOVIĆ, CIESIELCZUK, BZOWSKA and ĐORĐEVIĆ

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA, 2012, 63, 3, 241—252

Cr (410 ppm), respectively, indicating that the bulk of V and
Cr  reside  primarily  within  the  dickite  structure.  In  addition,
acetate  buffer/cold-HCl  leaching  removed  less  than  1%  of
total V and Cr. This result indicates that a negligible amount
of  V  and  Cr  is  in  the  form  of  hydroxides  and/or  oxides  that
can be specifically adsorbed on the colloidal clay particles or
precipitated (Evans 1978).

XRD analyses

Indicative  peaks  for  distinction  between  dickite  and

kaolinite lie in the range of angles 2  43°—47°, where dickite
generates two main peaks: 2.387 A

°

   and 2.324 A

°

   of intensity

50 and 90, respectively (Joint Committee on Powder Diffrac-
tion Standards (JCPDS) 10—430) whereas kaolinite gives three
peaks: 2.386 A

°

  (intensity I = 25), 2.338 A

°

  (I = 40) and 2.293 A

°

(I = 35)  (JCPDS  14—164).  We  performed  XRD  analyses  for
nine  representative  samples  of  dickite  from  Nowa  Ruda  to
check  which  mineral  of  the  kaolinite  group  is  dominant.  In
most  of  these  samples  XRD  patterns  show  the  predominant
presence  of  dickite  (Fig. 5A)  which  confirms  the  results  of
Morawiecki  (1956).  Only  a  few  of  them  show  a  minor  pres-
ence of kaolinite-1Tc (Fig. 5B). In almost all the investigated
samples traces of talc [Mg

3

Si

4

O

10

(OH)

2

] were noticed.

FTIR analyses

An accurate distinction between kaolinite and dickite can be

achieved  by  using  FTIR,  assessing  the  position  and  relative
intensities of the OH-stretching bands in the 3600—3700 cm

—1

region (Russel 1987). The FTIR spectrum of DS is shown in
Fig. 6  and  is  characteristic  of  dickite.  Dickite  shows  strong
absorption  at  3621 cm

—l

  and  two  medium-strong  absorption

bands  at  3704  and  3654 cm

—1

,  whereas  absorption  bands  for

kaolinite are at 3697, 3620, 3669 and 3652 cm

—1

. FTIR analy-

sis  also  showed  that  dickite  is  the  only  kaolinite  mineral
present  in  DS,  confirming  the  XRD  analysis.  Our  XRD  and
FTIR  data  for  DS  are  in  a  good  agreement  with  a  previous
spectroscopic study of DS by Balan et al. (2002).

Differential thermal analysis (DTA)

The  DTA  curve  of  DS  presents  a  dehydroxylation  peak  at

ca. 670 °C and an exothermic peak at about 1000 °C,  Fig. 7.
This is in agreement with a typical curve of dickite (Macken-
zie 1970). However, the position of the dehydroxalation peak
towards  the  high-temperature  limit  (dehydroxalation  peak
generally found in the region 500—700 °C), as well its sharp-
ness, are in accord with a well-ordered dickite structure (Bish
& Duffy 1990).

SEM/EDS analyses

Under  the  SEM,  green  or  bluish-green  DS  from  Nowa

Ruda have the morphology of well-formed, uniform vermic-
ular  aggregates  of  large  ( 10 µm)  blocky  dickite  crystals
(Fig. 8A,B).  EDS  analyses  show  that  these  crystals  mainly
consist of O, Al and Si (Fig. 8C); minor K, Fe and Ti were
also  detected.  This  elemental  composition  is  indicative  of

Table 1: Geochemical distributions of V [ppm] and Cr [ppm] from
selective leaching experiments of DS from Nowa Ruda.

Fraction 

Sediment ( 5   wt.  %) 

V Cr 

Acetate buffer 

    3 

35 

  35 

Cold-HCl 

    1 

70 

190 

Boiling-HCl 

    3 

40 

340 

Dickite

  91 

190

**

 435 

Insoluble residue 

    2 

– 

– 

Total sample 

100 175 

410 

*

V/Cr   0.4. 

**

VO

2+

 concentration: 160 2 0  ppm

The final residue from (III) is the acid insoluble fraction.

Results

Chemical and ICP-OES analyses

The  acetate  buffer/HCl  demineralizing  steps  remove  only

7 %  of  DS.  This  is  due  to  the  total  dissolution  of  carbonates
and other soluble minerals [acetate buffer: 3 %], the dissolu-
tion of metal hydroxides and oxides (e.g. V- and Cr-hydroxi-
des and -oxides) [cold-HCl: 1 %] and the destruction of some
silicate  minerals  [boiling  HCl:  3 %]  (Table 1).  SiO

2

  and

A1

2

O

3

, the dominant constituents of dickite, seem to be unaf-

fected  by  these  demineralization  steps.  The  leaching  experi-
ment  indicates  that  more  than  97 %  of  the  dickite  fraction  is
removed by the HF/HCl step, Table 1.

Table l shows the distributions of V and Cr among the four

components of DS. These results show that the HF/HCl frac-
tion contains  > 98 % and  < 97 % of the total V (175 ppm) and

Fig. 4. Flow chart of fractionation procedure.

background image

245

A GEOCHEMICAL AND ELECTRON SPIN RESONANCE INVESTIGATION OF DICKITE (POLAND)

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA, 2012, 63, 3, 241—252

Fig. 5. XRD patterns of dickite (A) and kaolinite-1Tc (B) from Nowa Ruda. T – traces of talc.

Fig. 6. FTIR spectra in the OH stretching vibrations zone of dickite.

Fig. 7. DTA curve of DS.

background image

246

PREMOVIĆ, CIESIELCZUK, BZOWSKA and ĐORĐEVIĆ

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA, 2012, 63, 3, 241—252

minerals  of  the  kaolinite  group.  Fig. 8D,E  also  shows  well-
shaped kaolinite crystals.

ESR analyses of VO

2+

Two main sets of transitions can be distinguished in a high

magnetic  field  in  the  total  ESR  spectrum  of  untreated  DS,
around  3400 G  and  in  a  low  magnetic  field  around  1500 G,
corresponding  to  VO

2+

  and  Cr

3+

,  respectively  (Balan  et  al.

2002). In high magnetic fields, the untreated DS shows a mul-
tiline spectrum (Fig. 9A) similar to the spectrum of VO

2+

 ions

incorporated  into  the  lattices  of  some  kaolinites  (Premović

1984; Muller & Calas 1993). The spectrum shows an aniso-
tropic spectrum signal pattern typical of an axially symmetrical
hyperfine coupling.

The ESR method employed to quantify VO

2+

 as previously

described by (Premović et al. 2011) is given by the following
equation:

[C

c

] = (S

c

/S

st

) [C

st

]

where  C  is  the  concentration  of  VO

2+

,  c  indicates  the  clay

sample and st indicates the standard. S is the specific signal
intensity  (the  integrated  area  under  the  corresponding  ESR
absorption per g of the sample).

Fig. 8. SEM view of the crystals of the kaolinite group of minerals from Nowa Ruda: vermicular dickite flakes (A, B); EDS spectrum of
dickite (C); and, well-shaped kaolinite crystals (D, E). SEM Photos by Ewa Teper & Justyna Ciesielczuk.

background image

247

A GEOCHEMICAL AND ELECTRON SPIN RESONANCE INVESTIGATION OF DICKITE (POLAND)

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA, 2012, 63, 3, 241—252

A glycerol solution was prepared by first dissolving known

amounts  of  VOSO

4

· 5H

2

O  in  a  solution  containing  1.5 ml  of

concentrated H

2

SO

4

+ 0.5 ml of deionized H

2

O and then dilut-

ing  it  with  glycerol  to  the  desired  VO

2+

  concentration

(8000 ppm)  with  thorough  agitation.  Changes  in  the  loading
Q-factor of the ESR cavity can result in samples with different
dielectric  properties.  The  above  glycerol  solution  has  a  high
dielectric constant (about 56 D) and cannot be used as a reli-
able comparison of relative VO

2+

 concentrations of clays. For

this reason, standards were prepared by mixing / diluting small

Fig. 9.  First  derivative,  room  temperature,  anisotropic  VO

2+

  ESR

spectrum of: untreated DS (A); an initial glycerol solution contain-
ing 8000 ppm of VO

2+

 (B); and, a standard containing 400 ppm of

VO

2+

 in the KGa-2/glycerol mixture (C).

amounts of the glycerol solution with kaolinite to the desired
VO

2+ 

concentrations. Preparing this mixture has the effect of

maintaining  the  dielectric  medium  of  standards  close  to  the
clay samples, keeping the Q similar. The standards prepared
in this way covered the range of 50 to 400 ppm of VO

2+

. The

kaolinite used in these standards was KGa-2 (Georgia, USA),
which contains very low amounts of VO

2+ 

( < 5 ppm).

Figure 9  also  illustrates  the  anisotropic  ESR  spectrum  of:

(B) an initial solution of VOSO

4

· 5H

2

O compound dissolved

in H

2

SO

4

/H

2

O and diluted with glycerol and (C) a standard

containing  400 ppm  of  VO

2+

.  These  spectra  are  typical  of

those  previously  reported  for  VO

2+

  in  either  powder  (poly-

crystalline)  solids  or  extremely  highly-viscous  liquids
(Goodman & Raynor 1970).

Only  one  line  of  the  VO

2+

  anisotropic  hyperfine  pattern  is

considered  for  obtaining  the  integrated  area.  Consequently,
just a narrow part of the VO

2+

 spectrum needs to be recorded.

For  this  purpose,  we  select  the  first  derivative 

51

V  hyperfine

line marked with m

l

  = —5/2|| in the spectra of DS (Fig. 9A) and

the standard (Fig. 9C). This line was chosen in order to keep
the linewidth and lineshape similar and to minimize interfer-
ences  from  both  neighbouring  VO

2+

  resonance  lines  and  the

lines of other ESR active species present. In addition, from our
continuing  study  of  VO

2+

 in various clay materials, we have

found  that  the  anisotropy  of  the  ESR  parameters  of  VO

2+

  in

various clays has little or no effect on linewidth and lineshape
of the —5/2|| line. The area under the —5/2|| line was evaluated
taking into account baseline corrections, multiplying or divid-
ing it by factors required to put the areas of the —5/2|| line of
both the standards and DS on the same setting. A study of the
intensity and width of the —5/2|| line of both the standards and
the DS versus the square root of microwave power showed no
saturation.  Consequently,  a  high  power  of  100 mW  was  se-
lected for measurement, ensuring a high absolute intensity of
the —5/2|| line.

We computed the integrated area of the —5/2|| line for five

standard  samples  containing  400 ppm  of  VO

2+

  prepared  on

five different days. Repeatability of results was generally very
good, usually better than  ± 5 %.

Although  the  DS  was  not  collected  from  freshly  exposed

mine faces, repeated ESR analyses over the course of several
months  showed  no  change  in  its  VO

2+

  content.  Similar  ex-

periments  on  the  VO

2+ 

standards  showed  that  after  several

weeks  no  oxidation  had  occurred.  After  six  weeks  of  expo-
sure  to  air  the  VO

2+

  concentration  was  virtually  unchanged

from its initial value.

If the specific intensities of the —5/2|| lines of the standards

are  simply  plotted  against  the  VO

2+

  concentration  a  linear

calibration  curve  is  obtained.  Fig. 10  shows  this  plot  in  the
50—400 ppm range. Using this plot as the calibration curve,
DS was recorded for the VO

2+

 spectrum and the specific in-

tensity  of  the  —5/2||  line  was  determined  to  obtain  the  con-
centration of VO

2+

. The vanadyl concentration obtained for

DS is 160 ± 20 ppm, corresponding to more than 70 % total V
(Table 1).

The demineralizing steps with the acetate buffer/HCl do not

affect the concentrations of the VO

2+

 ions in DS. However, the

VO

2+

  ions  disappear  (checked  by  ESR),  completely  during

HCl/HF demineralization. Therefore it is reasonable to assume

background image

248

PREMOVIĆ, CIESIELCZUK, BZOWSKA and ĐORĐEVIĆ

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA, 2012, 63, 3, 241—252

that these ions are incorporated into the dickite structure. In-
deed, a negligible contribution of dipolar magnetic broaden-
ing  arising  from  interactions  between  VO

2+

  and  the

neighbouring  VO

2+

  and/or  other  V  ions  (as  expected  from

the low V content of dickite, Table l) is consistent with this
notion.  The  lack  of  change  of  the  ESR  signals  attributed  to
VO

2+

, even upon prolonged (10 h) laboratory heating of the

dickite at 500 K and in the presence of air, indicates that this
ion is strongly bound to the dickite structure.

ESR analyses of Cr

3+

The  representative  ESR  spectra  of  Cr

3+

  within  the  dickite

lattice are shown in Fig. 11 in low (A) and high (B) magnetic
fields. According to Balan et al. (2002), these ESR spectra can
be attributed to the isolated Cr

3+

 ions in the diamagnetic ma-

trix  of  the  dickite  structure.  These  authors  showed  that  Cr

3+

substitutes for Al

3+

 in the octahedral sheet.

In the present study, we show that like VO

2+

, Cr

3+

 is com-

pletely  removed  by  HCl/HF  demineralization.  The  corre-
sponding concentration of Cr is 435 ppm. This confirms that
Cr

3+

 (like VO

2+

) ions are located within the dickite structure of

DS and are probably present in significant amounts. To quan-
tify Cr

3+

 employing a similar method to that described above

would create almost insurmountable experimental problems.

Discussion

Gabbros as a source of V and Cr in NR dickite

As mentioned earlier, the hydrothermal kaolinite and dickite

of the Nowa Ruda Basin are probably related to magmatism of
the Late Carboniferous period. Kraynov & Ryzhenko (1992),
who  made  a  thorough  study  of  Eh/pH  in  many  geochemical
water types, reported that the acidity of the hydrothermal wa-
ters  (in  areas  of  contemporary  magmatism)  is  within  the  pH
range of ca. 0—4 and that the Eh values vary from 0.4—0.8 V.
The field of these waters is marked in Fig. 12 as shaded.

Fig. 10.  The  glycerol/KGa-2  mixture  as  a  standard  for  the  VO

2+

concentrations range from 50 to 400 ppm.

Fig. 11. First derivative, room temperature, anisotropic ESR spec-
trum of Cr

3+

 of untreated DS: in low magnetic field region (A); and,

high magnetic field region (B).

Geochemical data suggest that the geological conditions un-

der which dickite formed must have been relatively rich in V
and Cr (i.e. VO

2+ 

and Cr

3+

), and they were introduced into dic-

kite during formation aided by an invasive hydrothermal wa-
ter. The fact that  > 95 % of V and Cr (Table l) resides within
the  dickite  structure  indicates  that  most  V  and  Cr  in  dickite-
forming  solution  was  in  a  dissolved  form.  We  suggest  that
most of these two metals were introduced into dickite by this
solution already enriched in V and Cr.

An  extensive  geochemical  study  of  the  gabbro  massifs  in

Nowa Ruda Basin was carried out by Bialowolska (1973). Ac-
cording to this author, V in gabbroic rocks of the basin occurs
mainly in disseminated form replacing iron and is mostly con-
centrated in pyroxenes (300 ppm) but it is much less abundant
in  olivines  (10 ppm).  Among  the  Nowa  Ruda  gabbros,  the
highest  Cr  content  of  635 ppm  is  concentrated  in  the  olivine
type. Diallage gabbros and troctolites contain about 300 ppm
of  Cr.  Chromium  occurs  in  disseminated  form,  replacing  the
trivalent iron in minerals according to diadochy. It also forms
its  own  minerals,  namely  chromite  and  Cr-spinel  associated
with serpentinized pyroxenes. For this reason, we propose that
hot  hydrothermal  waters  leached  the  surrounding  gabbros,
providing V and Cr for mineralizing solutions.

Initial  hydrothermal  waters  were  probably  mixed  with

groundwaters in the Nowa Ruda Basin, and this probably sig-
nificantly  decreased  the  concentrations  of  V  and  Cr.  We  be-
lieve  that  the  final  contents  of  V  and  Cr  in  dickite-forming

background image

249

A GEOCHEMICAL AND ELECTRON SPIN RESONANCE INVESTIGATION OF DICKITE (POLAND)

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA, 2012, 63, 3, 241—252

solution  depended  less  on  their  initial  values  than  on  the
degree of subsequent mixing of these two waters.

Morawiecki (1956) carried out geochemical analyses of two

samples of almost pure dickite and one sample of nearly pure
kaolinite  from  NR  veins.  The  dickite  samples  (on  a  whole-
rock  basis)  contained  V  (55  and  80 ppm)  but  Cr  (250 ppm)
was found only in one of these minerals. Such Cr discordance
can  only  be  explained  in  terms  of  the  difference  between  the
dickite-forming solutions. The fact that NR kaolinite studied by
Morawiecki (1956) contained high V (430 ppm) but not Cr is in
line with this interpretation. The variability in V and Cr concen-
trations associated with kaolinite and dickite in the Nowa Ruda
Basin probably represents a difference in dissolved V and Cr
in  their  precipitating  solutions  as  they  were  a  mixture  of  the
original hydrothermal fluid and groundwater at that time.

Conditions of formation of dickite: Eh-pH diagrams

Turekian  &  Wedepohl  (1961)  quoted  the  average  contents

of V (130 ppm) and Cr (90 ppm) of ordinary (non-hydrother-
mal)  clays.  Compared  with  these  clays,  DS  (see  Table l)  is
only  slightly  enriched  in  V  and  moderately  (4.5  times)  en-
riched in Cr.

As mentioned above, most V and Cr in the dickite-forming

solution  of  DS  were  in  a  dissolved  form.  We  assumed  that
the concentration of V in this solution was about 5 ppm. This
assumption  is  based  upon  a  content  of  about  5  times  the  V
concentrations typical of natural waters, which means gener-
ally less than 1.2 ppm (Wanty & Goldhaber 1992, and refer-
ences therein).

Fig. 12. Eh-pH diagram for VO

2+

 and Cr

3+

 at 300 K and 1 atm for

formation of dickite. The assumed total V concentration is 5 ppm.
The shaded area represents Eh/pH region of the hydrothermal waters
defined by Kraynov & Ryzenko (1992). Probable physicochemical
conditions of dickite are represented by the hatched area.

In the case of Cr, a geochemical calculation suggests that all

Cr would be in dissolved form if the total concentrations of Cr
in  the  aquatic  system  at  26.85 °C  are  lower  than  7.5 ppm
(Richard  &  Bourg  1991).  Taking  into  account  that  the  Cr  in
DS  probably  occurs  in  the  form  of  metal  hydroxides  and/or
oxides,  Cr  concentrations  in  dickite-forming  solution  of  DS
were  probably  > 7.5 ppm  (i.e.  > l.5 10

—4

  mol · l

—1

);  for  com-

parison,  the  concentrations  of  dissolved  Cr  typical  of  natural
waters are  < 1 ppb (Richard & Bourg 1991).

We have constructed the stability field of VO

2+

 and Cr

3+

 as-

suming a total V concentration of 5 ppm in aqueous solution
(Fig. 12)  using  the  FactSage  thermochemical  software/Fact
compound  databases.  For  the  sake  of  simplicity,  we  present
only a part of the diagram. The critical boundary between the
stability  fields  of  VO

2+

  and  Cr

3+

  is  not  significantly  affected

by modifying this value 10-fold in either direction.

The Eh-pH diagram in Fig. 12 is not an accurate representa-

tion of the hydrothermal solution when dickite is formed, and
it is undoubtedly highly variable in its approach to the ideal.
However,  because  it  represents  a  quantitative  estimate  based
on  the  available  thermodynamic  data,  it  should  be  a  helpful
tool, if used within its limitations.

Figure 12 only shows the domains of VO

2+

 and the solubili-

ty  for  crystalline  VO

2

  or  V

2

O

4

.  We  note  that  the  (hydrous)

V(OH)

2

 is probably more soluble than its anhydrous counter-

part. It is apparent from this figure that the VO

2+

 ion is stable

thermodynamically  under  oxidizing  conditions  (Eh 0.0V)
only at low pH ( 4). Thus, the presence of a relatively high
concentration of VO

2+

 in the dickite of DS indicates that the

oxic  dickite-forming  solution  was  probably  highly  acidic
(pH 4).

The  VO

2+

  stability  field  of  the  diagram  is  confined  by  su-

perimposing the Eh-pH field for Cr

3+

 for the physicochemical

conditions of dickite-forming solution (Fig. 12). It is apparent
from this figure that for coexistence of VO

2+

 and Cr

3+ 

during

formation of dickite, the Eh values should be  > 0.4 V (highly
oxidizing) and pH 4.0. The VO

2+

—Cr

3+

 domain is very close

to the Eh-pH domain corresponding to modern hydrothermal
waters in areas of contemporary magmatism, which are within
the pH range of ca. 0—4 and Eh values of 0.4—0.8 V (Kraynov
& Ryzhenko 1992).

In much of the area of interest, the dominant dissolved spe-

cies  is  Cr

3+

,  except  above  pH  4,  where  hydroxide  complex,

CrOH

2+

,  is  a  major  form.  A  solubility  of  about  7.5 ppm

( > 1.5 10

—4 

mol · l

—1

) for Cr could only be attained if the solid

Cr  species  in  dickite-forming  solution  was  amorphous
Cr(OH)

3

. The anhydrous crystalline species of Cr

2

O

3

 is much

less soluble below about 1 ppb (10

—8 

mol · l

—1

).  Moreover,  the

absence of Cr(VI) in DS implies that the Cr(III) species were
only  present  during  the  formation  of  dickite  of  Nowa  Ruda.
Therefore, the solubility of Cr(OH)

3

 is probably more realistic

for this solution.

Under the deduced oxidizing (Eh > 0.0V) and highly acidic

(pH 4) conditions, the bulk of the Cr in the dickite-forming
solution  should  be  present  as  Cr

3+ 

ions,  with  much  smaller

amounts  of  CrOH

2+

  and  Cr(OH)

2

+

.  Indeed,  chemical  studies

indicate that the Cr

3+

 ion is prevalent only at a pH lower than

3.5 and the solubility of Cr

3+

 in an aqueous solution decreases

as the solution pH rises above pH 4, with essentially complete

background image

250

PREMOVIĆ, CIESIELCZUK, BZOWSKA and ĐORĐEVIĆ

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA, 2012, 63, 3, 241—252

precipitation as Cr(OH)

3

 occurring at about pH 5.5 (Richard &

Bourg 1991, and references therein). Moreover, according to
reported hydrolysis constants (Rai et al. 1987), Cr

3+

 is strongly

hydrolysed in aqueous solutions and the predominant species in
the  pH  range  6.5—10.5  is  Cr(OH)

3

.  Thus,  the  dissolution  of

Cr(III)  minerals  could  only  occur  in  natural  acid  waters  with
pH < 5,  giving  low,  equilibrium  controlled,  concentrations  of
Cr(VI) anions. For this reason, soluble Cr

3+

 is usually restricted

to hydrothermal acid waters (DeLaune et al. 1998).

The V/Cr ratio has been used as a paleoenvironmental indi-

cator of sedimentary conditions (Jones & Manning 1994, and
references  therein).  Values  of  V/Cr  4  are  thought  to  repre-
sent  suboxic/anoxic  conditions.  Values  of  V/Cr  4  indicate
slightly  oxidizing  (dysoxic)  conditions,  with  the  correspond-
ing ratio values  2 suggesting oxic conditions within the de-
posit. The V/Cr ratio of dickite is ca. 0.4 (Table l), indicating
that  this  mineral  formed  in  an  oxidizing  environment.  Note
that  one  of  the  NR  dickite  samples  analysed  by  Morawiecki
(1956) has a V/Cr ratio of 0.2.

The  abundant  association  of  goethite  with  NR  dickite

(Komusinski  et  al.  1981)  is  consistent  with  its  formation
occurring  under  oxidizing  conditions  as  goethite  occurs  only
in  a  natural  aqueous  milieu  under  oxidizing  conditions  with
Eh  above  0.15 V  (Krumbein  &  Garrels  1952).  In  relation  to
this dickite, it should be noted that: (a) goethite is ultimately
the  most  stable  mineral  phase  associated  with  acid-sulphate
waters (Bigham et al. 1996); (b) the goethite formation becomes
predominant  at  pH > 3  (Davis  et  al.  1988).  Pyrite  trace  was
also detected in DS but not in the dickite samples collected by
J.C. and it is probably of postdiagenetic (secondary) origin.

The  findings  of  highly  oxidizing  Eh  values  at  low  pH  are

consistent with the physicochemical characteristics of the hy-
drothermal acid waters. Thus, dickite probably grew from an
O

2

-enriched  acid  solution.  Laboratory  synthesis  in  a  closed

system  and  under  hydrothermal  conditions  shows  that  the
optimal pH for kaolinite formation is 3 to 3.5 (Lahodny-Sarc
et al. 1993). The problem is, however, that the hydrothermal
aquatic system of the Nowa Ruda Basin was probably thermo-
dynamically open, so it might not be exactly comparable to a
laboratory autoclave synthesis.

The  above  Eh-pH  diagram  is  calculated  for  atmospheric

pressure  and  a  temperature  of  26.85 °C.  A  thermochemical
calculation  indicates  that  no  significant  variations  at  the
scale of our diagram are expected in the thermodynamic pa-
rameters up to 10 bars of atmospheric pressure. This is due
to the fact that pressure only slightly affects the chemistry of
both the ionic species and solids of V and Cr within the O-H
geochemical system. A similar calculation also shows that in
a  hydrothermal  solution  with  temperatures  up  to  ca.
126.85 °C,  the  vertical  line  (as  the  boundary  between  the
VO

2+

  solution  and  the  solid  VO

2

  stability  field)  would  be

shifted  from  pH 3.9  to  4.5.  On  the  other  hand,  the  vertical
line,  which  represents  the  boundary  between  Cr

3+

  and

CrOH

2+

, would shift from pH 4 to 3.1. Thus, a change in the

temperature up to 126.85 °C would slightly shift the stability
fields of VO

2+

 and Cr

3+

 in the Eh-pH diagram during forma-

tion of the NR dickite toward a pH lower than 4.

The  kaolinite  minerals  associated  with  the  NR  veins  are

composed of kaolinite and dickite in variable ratios, although

dickite  was  the  sole  polymorph  identified  in  most  veins
(Kowalski & Lipiarski 1973). The fact that dickite occurs only
in  parts  of  the  Nowa  Ruda  Basin  indicates  that  the  above
physicochemical  conditions  necessary  for  dickite  formation
were reached only locally.

Physicochemical  conditions  of  formation  of  other  hydro-
thermal kaolinites and dickites

In  the  following,  we  briefly  review  relevant  geochemical

data (ours and others) for hydrothermal kaolinites and/or dick-
ites  from  Sonoma  (California,  USA),  Cigar  Lake  (Saska-
tchewan, Canada) and Teslić (Bosnia and Hercegovina).

Hydrothermal kaolinites from Sonoma

Mosser  et  al.  (1996)  examined  two  V-  and  Cr-bearing  hy-

drothermal kaolinites (named MILO and GEY) that formed in
a  hydrothermal  environment  at  Sonoma  (California,  USA).
The  Cr  and  V  abundances  in  the  MILO  and  GEY  kaolinites
are  presented  in  Table 2.  These  studies  imply  that  Cr

3+

  and

VO

2+

 ions are present within their structures. Low V/Cr ratios

( 0.1, Table 2) for the MILO and GEY kaolinites indicate an
oxygenic milieu for their formation. The fact that most of the
Fe  is  localized  in  small  oxide  particles  associated  with  the
kaolinites (Mosser et al. 1993) strongly supports this view.

Sample V Cr 

V/Cr 

Gey 

320 23260  0.0 

Milo 

480 

  7530 

0.1 

Cigar Lake

2475

**

 

    350 

7.1 

2378 

190 

  4720 

0.0 

665 

310 

  1780 

0.2 

664 

230 

  3900 

0.1 

*

This work. 

**

VO

2+

 concentration: 2700   200 ppm.

 

Table 2: Geochemical concentrations of V [ppm] and Cr [ppm] (on
the whole-rock basis) in the Gey/Milo/Cigar Lake/Teslić samples.

Hydrothermal kaolinite of Cigar Lake

The  U-rich  hydrothermal  deposit  of  Cigar  Lake  consists

predominantly  of  kaolinite  ( > 80 %)  (Mosser  et  al.  1996).
Table 2  lists  the  V  and  Cr  concentrations  of  this  kaolinite.
Mosser  et  al.  (1996)  suggest  that  the  Cigar  Lake  illite  was
hydrothermally  transformed  into  kaolinite  with  V  entering
its structure.

Our  ESR  analyses  show  that  most  ( > 80 %)  of  the  V  is

present  as  VO

2+

  ion,  and  Cr

3+

  is  below  detectable  level  (Ta-

ble 2).  Both  the  abundant  pyrite  (1.5 %)  associated  with  this
kaolinite (Mosser et al. 1996) and high V/Cr (7.1, Table 2) in-
dicate strong reducing conditions during the formation of the
Cigar Lake kaolinite.

Hydrothermal dickites and kaolinites near Teslić

Maksimović et al. (1981) investigated three samples (herein

referred  as  2378,  664  and  665)  of  V-  and  Cr-bearing  dickite
and kaolinite from a hydrothermal sulphide vein in ultramafic

background image

251

A GEOCHEMICAL AND ELECTRON SPIN RESONANCE INVESTIGATION OF DICKITE (POLAND)

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA, 2012, 63, 3, 241—252

rocks near Teslić (Bosnia). Samples 2378 and 665 contained
predominantly  dickite  and  kaolinite,  respectively,  while  the
third (664) contained equal proportions of both minerals. All
three  samples  exhibited  relatively  high  Cr  and  V  (Table 2).
Maksimović et al. (1981) suggested that the acidity of the hy-
drothermal  solutions  in  which  the  dickite  and  kaolinite  are
formed was between pH 4.1 to 5.3 for a long period of time.
Low V/Cr ratios ( 0.2) (Table 2) and the absence of sulphide
minerals  (e.g.  pyrite)  associated  with  the  Teslić  dickite  and
kaolinite imply an oxygenated hydrothermal milieu.

Conclusion

From the results and considerations given in this paper the

following conclusions can be drawn:

1.  High  concentrations  of  V  (190 ppm)  and  Cr  (435 ppm)

were found in the dickite of Nowa Ruda;

2. High contents of VO

2+

 and Cr

3+

 were detected in the dic-

kite of Nowa Ruda by ESR;

3.  The  V  (and  VO

2+

)  and  Cr  (Cr

3+

)  enrichments  of  the

dickite  of  Nowa  Ruda  occurred  during  its  formation  by  an
invasive hydrothermal acid water;

4. The ultimate source of V and Cr in the dickite of Nowa

Ruda  was  probably  the  surrounding  gabbroic  rocks  of  the
gabbro massifs of the Nowa Ruda Basin;

5. V and Cr were leached by initial hydrothermal acid water

before  its  mixing  with  a  groundwater,  forming  a  dickite-
forming solution;

6.  From  the  geochemistry  of  VO

2+

  and  Cr

3+

,  it  is  deduced

that the oxidation potential Eh and pH of the dickite-forming
solution were  > 0.4 V and  4, respectively.

Acknowledgments:  Funding  support  from  the  Ministere
francais de l’Education National, del’Enseignement Superieur
et de la Recherche to P.I.P. for his stay at the Institut de Miner-
alogie et Physique des Milieux Condensés (IMPMC), Univer-
sité Pierre et Marie Curie (Paris), is gratefully acknowledged.
The authors are indebted to L. Stoch and T. Allard for making
representative  dickite  sample  available  for  this  study.  We
thank  two  anonymous  reviewers  for  critical  reviews  which
improved the manuscript. Our thanks go to Drs. Jean-Pierre
Girard  and  Adam  Dangić  who  generously  provided  biblio-
graphic material essential for writing this report. The English
editing is done by American Journal Experts.

References

Balan  E.,  Allard  T.,  Morin  G.  &  Calas  G.  2002:  Incorporation  of

Cr

3+

 in dickite: a spectroscopic study. Phys. Chem. Miner. 29,

273—279.

Bartlett R.J. & James B.R. 1979: Behavior of chromium in soils: III.

Oxidation. J. Environmental Quality 8, 1, 31—35.

Bialowolska  A.  1973:  Geochemistry  of  gabbro  massifs  of  Nowa

Ruda and Ślęża. Arch. Miner. 31, 1—2, 113—189.

Bigham J.M., Schwertmann U., Traina S.J., Winland R.L. & Wolf M.

1996: Schwertmannite and the chemical modeling of iron in acid
sulfate waters. Geochim. Cosmochim. Acta 60, 12, 2111—2121.

Bish D.I. & Duffy C.J. 1990: Thermogravimetric analysis of miner-

als. In: Stucki J.F., Bish D.I. & Mumpton F.A. (Eds.): Thermal
analysis in clay science. CMS Workshop Lectures, 3. Blooming-
ton, Indiana. Clay Miner. Soc., 96—157.

Borkowska  M.  1985:  Gabbroic  rocks  and  their  minerals  from  the

Nowa  Ruda  massif  (Sudetes).  Geol.  Sudetica  20,  1,  3—35  (in
Polish with English abstract).

Brookins  D.G.  1988:  Eh-pH  Diagrams  for  geochemistry.  Springer-

Verlag, Berlin, 1—176.

Davis  A.,  Chappell  R.  &  Olsen  R.  1988:  The  use  and  abuse  of  Eh

measurements: Are they meaningful in natural waters? Ground
Water Geochemistry Conference 1988,
 Dublin, Ohio, 199—216.

DeLaune  R.D.,  Patrick  W.H.,  Jr.  &  Guo  T.  1998:  The  redox-pH

chemistry of chromium in water and sediment. In: Allen H.E.,
Garrison A.W. & Luther G.W. (Eds.): Metals in surface waters.
III. Sleeping Bear Press, Chelsea, 241—255.

Evans H.T., Jr. 1978: Vanadium. In: Wedepohl K.H. (Ed.): Handbook

of geochemistry. Springer-Verlag, Berlin, Vol. II-2, Sect. 23-A.

Gawroński O. 1958: Detailed Geological Map of Sudetes Mts., sheet

Jugów.  [Szczegółowa  Mapa  Geologiczna  Sudetów,  arkusz
Jugów.] 1 : 25,000. Wydaw. Geol.

Goodman  B.A.  &  Raynor  J.B.  1970:  Electron  spin  resonance  of

transition  metal  complexes.  In:  Emeleus  H.J.  &  Sharpe  A.G.
(Eds.):  Advances  in  inorganic  chemistry  and  radiochemistry.
Vol. 13, Academic Press, New York, 135—362.

Izquierdo  G.,  Arellano  V.M.,  Aragün  A.,  Portugal  E.  &  Martinez  I.

2000: Fluid acidity and hydrothermal alteration at the Los Hume-
ros geothermal reservoir Pubela, Mexico.  Proceedings  of  World
Geothermal Congress 2000
, Kyushu—Tohoku, Japan, 1301—1305.

Jones B. & Manning D.A.C. 1994: Comparison of geochemical indi-

ces used for the interpretation of palaeoredox conditions in an-
cient mudstones. Chem. Geol. 111, 111—129.

Komusinski J., Stoch L. & Dubiel S.M. 1981: Application of electron

paramagnetic resonance and Mossbauer spectroscopy in the in-
vestigation of kaolinite-group minerals. Clays and Clay Miner.
29, 23—30.

Kowalski  W.M.  &  Lipiarski  I.  1973:  Epithermal  formations  of  the

Słupiec  syncline  in  the  Sudetes  basin.  Geol.  Trans.  Pol.  Akad.
Nauk
, Warszawa 78, 7—71 (in Polish with English and Russian
abstracts).

Kraynov S.R. & Ryzhenko B.N. 1992: Thermodynamic and kinetic

aspects  of  systems  controlling  groundwater  redox  potentials.
Geochem. Int. 29, 1—8.

Krumbein  W.C.  &  Garrels  R.M.  1952:  Origin  and  classification  of

chemical sediments in terms of pH and oxidation-reduction po-
tential. J. Geol. 60, 1—33.

Lahodny-Sarc O., Dragcević Z. & Keller W.D. 1993: The hydrother-

mal synthesis of kaolinite up to 350 °C. In: Murray H., Bundy
W.  &  Harvey  C.  (Eds.):  Kaolin  genesis  and  utilization.  Spec.
Publ
., No. 1, Clay Miner. Soc., Boulder, 325—341.

Mackenzie  R.C.  1970:  Simple  phyllosilicate  based  on  gibbsite  and

brucite-like sheets. In: Mackenzie R.C. (Ed.): Differential Ther-
mal Analysis. Academic Press, London, New York, 498—537.

Maksimović  Z.,  White  J.L.  &  Logar  M.  1981:  Chromium-bearing

dickite  and  chromium-bearing  kaolinite  from  Teslić,  Yugosla-
via. Clays and Clay Miner. 29, 213—218.

Moore D.M. & Reynolds R.C., Jr. 1989: Sample preparation tech-

niques for clay minerals. In: Moore D.M. & Reynolds R.C., Jr.
(Eds.): X-ray diffraction and the identification and analysis of
clay  minerals.  Oxford  University  Press,  Oxford,  New  York,
179—201.

Morawiecki  A.  1956:  Dickite  and  kaolinite  veins  (pholerites)  from

Nowa Ruda in Lower Silesia. Biul. Inst. Geol., Warszawa 103,
5—56 (in Polish with English and Russian abstracts).

Mosser C., Petit S. & Mestdagh M. 1993: ESR and IR evidence for

chromium in kaolinites. Clay Miner 28, 353—364.

Mosser C., Boudeulle M., Weber F. & Pacquet A. 1996: Ferriferous

background image

252

PREMOVIĆ, CIESIELCZUK, BZOWSKA and ĐORĐEVIĆ

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA

GEOLOGICA CARPATHICA, 2012, 63, 3, 241—252

and  vanadiferous  kaolinites  from  the  hydrothermal  alteration
halo of the Cigar Lake uranium deposit (Canada).  Clay Miner.
31, 291—299.

Muller J.-P. & Calas G. 1993: Genetic significance of paramagnetic

centers in kaolinites. In: H. Murray H., Bundy W. & Harvey C.
(Eds.):  Kaolin  genesis  and  utilization.  Clay  Miner.  Soc.,
Boulder, 261—289.

Oberc J. 1960: Geological subdivision of the Sudetes. [Podział geo-

logiczny Sudetów.] Prace Inst. Geol. 30, 2, 309—354 (in Polish).

Premović  P.I.  1984:  Vanadyl  ions  in  ancient  marine  carbonaceous

sediments. Geochim. Cosmochim. Acta 48, 873—877.

Premović P.I., Ilić B.S. & Djordjević D.M. 2011: A new method for

determining  the  concentration  of  vanadyl  ions  in  clays.  Geol.
Carpathica
 62, 181—186.

Rai  D.,  Zachara  J.M.,  Eary  L.E.,  Girvin  D.C.,  Moore  D.A.,  Resch

C.T., Sass B.M. & Schmidt R.L. 1986: Geochemical behavior of
chromium  species.  Interim  Report  EPRI  EA-4544,  Electric
Power Research Institute
, Palo Alto, California.

Rai  D.,  Sass  B.M.  &  Moore  D.A.  1987:  Chromium(III)  hydrolysis

constants  and  solubility  of  chromium(III)  hydroxide.  Inorg.
Chem. 
26, 345—349.

Rai D., Eary L.E. & Zachara J.M. 1989: Environmental chemistry of

chromium. Sci. Total Environ. 86, 15—23.

Richard  F.C.  &  Bourg  A.C.M.  1991:  Aqueous  geochemistry  of

chromium: a review. Water Res. 25, 807—816.

Russell J.D. 1987: Infrared methods. In: Wilson M.J. (Ed.): A Hand-

book  of  determinative  methods  in  clay  mineralogy.  Blackie,
Glasgow, 133—173.

Turekian K.K. & Wedepohl K.H. 1961: Distribution of the elements

in some minor units of the earth’s crust. Geol. Soc. Amer. Bull.
72, 175—190.

Turner  D.R.,  Whitfield  M.  &  Dickson  A.G.  1981:  The  equilibrium

speciation of dissolved components in freshwater and seawater
at  25 °C  and  1 atm  pressure.  Geochim.  Cosmochim.  Acta  45,
855—881.

Wanty W.B. & Goldhaber M.B. 1992: Thermodynamics and kinetics

of reactions involving vanadium in natural systems: Accumula-
tion  of  vanadium  in  sedimentary  rocks.  Geochim.  Cosmochim.
Acta 
56, 1471—1483.

Wehrli B. & Stumm W. 1989: Vanadyl in natural waters: Adsorption

and  hydrolysis  promote  oxygenation.  Geochim.  Cosmochim.
Acta 
53, 69—77.

Whitfield M. & Turner D.R. 1987: The role of particles in regulating

the  composition  of  seawater.  In:  Stumm  W.  (Ed.):  Aquatic
surface chemistry. Wiley & Sons, New York, 457—493.

Wiewióra  A.  1967:  Mineralogical  and  geochemical  studies  of

weathering  processes  of  gabroic  rocks  of  the  Nowa  Ruda
region (Lower Silesia). Arch. Miner. 27, 1, 245—360 (in Polish
with English abstract).

Wójcik  L.  1956:  Detailed  Geological  Map  of  Sudetes  Mts.,  sheet

Nowa Ruda. [Szczegółowa Mapa Geologiczna Sudetów, arkusz
Nowa Ruda.] 1 : 25,000. Wydaw. Geol.