background image

GEOLOGICA CARPATHICA

, OCTOBER 2019, 70, 5, 433–445

doi: 10.2478/geoca-2019-0025

www.geologicacarpathica.com

Mineralogical and physico–chemical properties  

of bentonites from the Jastrabá Formation  

(Kremnické vrchy Mts., Western Carpathians)

MAREK OSACKÝ

1, 

, TOMÁŠ BINČÍK

1

, TOMÁŠ PAĽO

1

, PETER UHLÍK

1

,  

JANA MADEJOVÁ

2

 and ADRIANA CZÍMEROVÁ

2

1

Department of Economic Geology, Comenius University in Bratislava, Mlynská dolina, Ilkovičova 6, 842 15 Bratislava, Slovakia;  

 

mosacky@hotmail.com; t.bincik@gmail.com; peter.uhlik@uniba.sk

2

Institute of Inorganic Chemistry, Slovak Academy of Sciences, Dúbravská cesta 9, 845 36 Bratislava, Slovakia; uachjmad@savba.sk, 

adriana.czimerova@savba.sk

(Manuscript received February 6, 2019; accepted in revised form September 30, 2019)

Abstract: In the past years an increasing demand for bentonites resulted in the opening of new bentonite deposits in  

the Jastrabá Formation. The shortage of information, in particular analytical data, on the bentonites from the newly 

opened Jastrabá Fm. deposits was the motivation for the current study. Smectite is the predominant mineral in all bulk 

bentonites from the new deposits. Its amount varied between 43 and 90 wt. %. The bulk bentonites also contain variable 

amounts (10–57 wt. %) of mineral admixtures such as feldspars, mica, opal-CT, kaolinite, quartz and sometimes goethite. 

The  smectite  mineral  comprising  the  studied  bentonites  was  montmorillonite.  The  octahedral Al  in  the  structure  of 

 montmorillonite was partially substituted by Mg, and to a lesser extent by Fe. The interlayer space of montmorillonite is 

occupied predominantly by divalent exchangeable cations (Ca

2+

 and Mg

2+

). The dehydroxylation temperature of  smectites 

(> 600 °C) determined on the DTG curves indicates the presence of the cis-vacant variety of montmorillonites. The mean 

crystallite thicknesses of smectites (T

MEAN

)  calculated  by  BWA  analyses  ranges  from  7.2  to  11.5  nm.  The  shape  of   

the crystallite thickness distributions (CTDs) for smectites is lognormal in all cases. Cation exchange capacity (CEC)  

and total specific surface area (TSSA) increases with increasing amount of smectite. The CEC of 101 meq/100g and 

TSSA of 616 m

2

/g correspond to bulk bentonite from the Stará Kremnička III deposit containing 89 wt. % of smectite.

Keywords: Deposit, mineralogy, Kremnické vrchy Mts., Jastrabá Formation, bentonite, smectite, montmorillonite. 

Introduction

Bentonite is a raw material composed predominantly of clay 

minerals from the smectite group (e.g., montmorillonite, 

beidellite, saponite, nontronite and hectorite) (e.g., Christidis 

& Huff 2009). Smectites have characteristic 2:1 type of laye-

red structure consisting of one octahedral sheet interlayered 

between two tetrahedral sheets. The octahedral sheet may be 

either dioctahedral or, less commonly, trioctahedral. The non- 

equivalent  isomorphous  substitution  in  the  tetrahedral  (Al

3+

 

and/or Fe

3+

 for Si

4+

) and octahedral (Mg

2+

 and/or Fe

2+

 for Al

3+

sheets give rise to a charge imbalance which is compensated 

by exchangeable cations (e.g., Na

+

, K

+

, Ca

2+

, Mg

2+

) located in 

the interlayer space. The exchangeable cations are only loosely 

held in the smectite interlayers and can be easily replaced by 

other cations. As such, smectites have relatively high cation 

exchange capacity (CEC = 80 –150 meq/100g; La Grega et al. 

1994; Calarge et al. 2006). The swelling capacity of smectites 

enables  a  reversible  increase/decrease  in  the  basal  spacing  

of the interlayer space. Smectites can increase their volume 

12-times  in  contact  with  water  (Galamboš  et  al.  2010).  

The small size of smectite particles results in high total speci-

fic surface area (TSSA), which may reach 800 m

2

/g (Środoń & 

McCarty 2008; Zhu et al. 2015).

Overall, the specific layered structure of smectites is respon-

sible for their unique properties, such as high CEC and TSSA, 

swelling capacity, low hydraulic conductivity and high adsorp-

tion  capacity.  Due  to  these  properties,  smectites  have  been 

studied for many potential environmental applications, for 

example, as sealing material in landfill liners (Andrejkovičová 

et  al.  2008),  backfill  material  for  construction  of  high-level 

nuclear  waste  (HLW)  repositories  (Pacovský  et  al.  2007; 

Stríček et al. 2009; Osacký et al. 2013), wastewater treatment 

(Viraraghavan & Kapoor 1994), adsorbent for heavy metals 

(Sheta et al. 2003; Rao et al. 2006; Andrejkovičová et al. 2010; 

Galindo  et  al.  2013)  and  organic  compounds  (Tiller  et  al. 

1984). The bulk of the world’s bentonite production in 2018 

(~28 million t) is used as pet waste absorbents, drilling mud, 

foundry sand and ore pelletizing (U.S. Geological Survey 

2019).

The  formation  of  bentonite  deposits  is  mainly  associated 

with alteration of volcanic glass-rich rocks (Kraus et al. 1994; 

Moll 2001). The composition of the parent rocks (acidic rocks 

— rhyolites, intermediate rocks — andesites and basic rocks 

—  basalts)  may  affect  the  crystal  chemistry  of  smectites 

(Christidis & Dunham 1997; Osacký et al. 2012). For instance, 

the Fe

3+

 for Al

3+

 substitution controls the crystal chemistry of 

smectites derived from intermediate rocks, whereas Mg

2+

 for 

background image

434

OSACKÝ, BINČÍK, PAĽO, UHLÍK, MADEJOVÁ and CZÍMEROVÁ

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 5, 433–445

Al

3+

  substitution  seems  to  be  more  important  for  smectites 

derived from acidic precursors (Christidis & Dunham 1997). 

Slovak bentonite deposits were formed mainly by an alteration 

of rhyolitic (e.g., Stará Kremnička – Jelšový potok deposit) and 

andesitic (e.g., Lieskovec deposit) volcanoclastics in a lacus-

trine environment (Kraus et al. 1994). The majority of Slovak 

bentonite  deposits  are  concentrated  in  the  two  areas  in  the 

Western  Carpathians:  Central  Slovakia  Volcanic  Field  (e.g., 

Stará  Kremnička – Jelšový  potok,  Kopernica  and  Lieskovec 

deposits) and Eastern Slovakia Volcanic Field (e.g., Fintice, 

Lastovce and Kuzmice deposits). 

In the present study, we examine bentonites from different 

deposits  of  the  Jastrabá  Formation  (Fm.),  located  in  the 

south-western part of the Kremnické vrchy Mts. in the Central 

Slovakia Volcanic Field. The Jastrabá Fm. is one of the most 

promising areas for the occurrence of non-metallic raw mate-

rials in the whole Western Carpathians (Šamajová et al. 1992). 

The economic accumulations of perlites, zeolites, bentonites 

(clay rocks rich in smectite) and K-bentonites (clay rocks rich 

in illite–smectite) on the south-western margin of the Krem-

nické  vrchy  Mts.  were  formed  by  an  alteration  of  Miocene 

acidic vitric volcanoclastics of the Jastrabá Fm. (Kraus et al. 

1994) and margins of rhyolite domes (Demko et al. 2010).

With the annual bentonite production of about 200 kt and 

total reserves more than 50,000 kt, Slovakia is one of the 

world’s leading countries in bentonite exploitation (Baláž & 

Kušík 2015). It should be noted, that 13 of 30 bentonite depo-

sits (43 % of all Slovak bentonite deposits) are located in the 

Jastrabá Fm. (Record of Mining Areas 2016). The best grade 

Slovak bentonites from the Stará Kremnička – Jelšový potok 

and Kopernica deposits (both belong to the Jastrabá Fm.) con-

tain ~80 wt. % of smectite (Osacký et al. 2009).

Increasing demand for bentonites in the past years resulted 

in the opening of several new bentonite deposits in the Jastrabá 

Fm. (e.g., Stará Kremnička III, Lutila I, Lutila – Pod Klapou 

and Bartošova Lehôtka), most of which have never been stu-

died  in  detail.  As  a  consequence,  the  potential  of  recently 

mined  Slovak  bentonites  from  new  deposits  is  not  fully 

determined. We believe that bentonites from the newly opened 

bentonite deposits of the Jastrabá Fm. are qualitatively equi-

valent to those from older bentonite deposits in this area (e.g., 

Stará  Kremnička – Jelšový  potok).  However,  this  conjecture 

needs to be supported by analytical data. The comprehensive 

characterization of bentonites from new deposits is an essen-

tial primary step in assessing the qualitative and technological 

parameters and the optimal application of these bentonites.

The main goal of the present study is a comprehensive cha-

racterization  of  bentonites  from  the  new  deposits  and  their 

comparison with other Jastrabá Fm. deposits (e.g. Kopernica) 

as  well  as  world  bentonite  deposits  (e.g.,  Gonzales  County, 

Texas;  Crook  County,  Wyoming;  Apache  County,  Arizona; 

Otay San Diego County, California; Crook County, Wyoming; 

all located in the United States). The obtained results provide 

a set of original data on mineralogy, chemistry, thermal and 

surface  properties  of  bentonites  from  several  new  deposits 

located in the Jastrabá Fm., which may help to find a proper 

application for the bentonites, leading to a more rational and 

efficient utilization of this kind of raw material.

Geological setting 

All investigated bentonites come from deposits located in 

the  south-western  part  of  the  Kremnické  vrchy  Mts.,  in  the 

Western Carpathians and belong to the same geological for-

mation (Jastrabá Fm.) (Fig. 1). The Jastrabá Fm. consists of 

rhyolitic  volcanism  products  represented  by  volcanic  extru-

sions,  lava  flows,  tuffs  and  epiclastics,  which  form  a  conti-

nuous,  100–300  m  thick  complex  (Lexa  et  al.  1998).  Early 

sporadic  extrusive  and  explosive  activity  of  rhyodacites  is 

followed  by  a  widespread  activity  of  plagioclase  and  pla-

gioclase–sanidine rhyolites; the late volcanic activity products 

are  represented  by  plagioclase–quartz–sanidine  rhyolites 

(Chernyshev  et  al.  2013).  The  biostratigraphic  data  suggest  

the Late Sarmatian to Early Pannonian age of the Jastrabá Fm. 

(Konečný et al. 1983). The results of K–Ar isotope dating of 

Fig. 1. Simplified geological map of the south-western margin of the Kremnické vrchy Mts. (Jastrabá Fm.) (modified from Kraus et al. 1994; 

Koděra et al. 2014). Bentonite deposits: Stará Kremnička – Jelšový potok (1); Stará Kremnička III (2); Lutila I (3); Lutila – Pod Klapou (4); 

Bartošova Lehôtka (5); Kopernica (6) and Dolná Ves (7).

background image

435

BENTONITES FROM THE JASTRABÁ FORMATION (WESTERN CARPATHIANS)

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 5, 433–445

the Jastrabá Fm. rhyolites yield ages ranging from 12.2 ± 0.3 Ma 

to  11.4 ± 0.4  Ma  (Chernyshev  et  al.  1995,  2013).  Permeable 

rhyolite volcanoclastic rocks of the Jastrabá Fm., rich in vol-

canic glass, are extensively altered into economic accumula-

tions of bentonites, K-bentonites and zeolites (Šamajová et al. 

1992). The northern part of the Jastrabá Fm., in the vicinity of 

the Kremnica ore vein system, is affected by regional illite–

smectite alteration forming K-bentonite accumulations (e.g., 

Dolná  Ves  deposit;  Kraus  et  al.  1994;  Šucha  et  al.  2001)  

(Fig.  1). The  alteration  products  in  the  southern  part  of  the 

Jastrabá  Fm.  are  composed  mainly  of  smectite  (montmoril-

lonite), locally forming bentonite deposits (e.g., Stará Krem-

nička III, Stará Kremnička – Jelšový potok, Lutila I, Lutila – Pod 

Klapou, Bartošova Lehôtka, Kopernica) (Fig. 1). Bentonites 

consist  predominantly  of  montmorillonite,  accompanied  by 

variable amounts of opal-C/CT, quartz, feldspars, mica, zeo-

lites and kaolinite (Šamajová et al. 1992; Kraus et al. 1994; 

Osacký  et  al.  2009;  Uhlík  et  al.  2012;  Górniak  et  al.  2016, 

2017).  The  thickness  of  bentonite  beds  ranges  from  a  few 

metres up to 50 m (Šamajová et al. 1992). The bentonite beds 

are often interbedded with limnic/lacustrine silicites which are 

formed by SiO

2

 discharge from the subsurface hydrothermal 

fluids upon reaching the local limnic/lacustrine basins (Koděra 

et al. 2014). The previous studies have reported that bentonite 

deposits of the Jastrabá Fm. are primarily formed by alteration 

of acidic vitric volcanoclastics during diagenesis of the volca-

noclastics  in  a  freshwater  environment  in  an  open  or  semi-

closed hydrological system (Šamajová et al. 1992; Kraus et al. 

1994). The results of recent studies have shown a strong effect 

of subsurface hydrothermal fluids (deeply-circulating, mostly 

meteoric  waters,  driven  by  heat  from  the  contemporaneous 

rhyolite magma chamber) on the bentonitization of rhyolitic 

volcanoclastics  from  the  Jastrabá  Fm.  (Demko  et  al.  2010; 

Koděra et al. 2014). 

The nature of the volcanic precursors of bentonites of the 

Jastrabá Fm. has not been previously studied in detail. Kraus 

et al. (1982, 1994) proposed that the precursors of the bento-

nites from the Jastrabá Fm. were mostly redeposited and partly 

also autochthonous rhyolite tuffs. The results of recent studies 

have demonstrated that the textural and compositional varia-

tion  of  bentonites  from  the  Jastrabá  Fm.  (e.g.,  Kopernica 

deposit)  can  be  related  to  the  formation  of  bentonites  from 

genetically diversified volcanic materials such as ignimbrites, 

pyroclastic fall deposits and redeposited tuffs (e.g., Górniak et 

al.  2016).  Demko  et  al.  (2010)  reported  that  the  best  grade 

bentonites (Stará Kremnička – Jelšový potok, Dolná Ves and 

Kopernica deposits) were formed by the alteration of marginal 

perlitic breccias of extrusive domes and cryptodomes.

Starting materials and methods

Starting materials

Eight bentonite samples were collected from the borehole 

VSK-11 (

48°38’18.9” N, 18°53’9.8” E)

 located in the Stará 

Kremnička III deposit (1.5 m, 10.5 m, 16.5 m, 20.5 m, 30.5 m, 

31.5 m, 40.5 m and 47 m). Point samples C87 and C88 also 

come from the Stará Kremnička III deposit (

48°38’20.3” N, 

18°53’7.1”  E)

;  point  samples  C74,  C85  and  C86  are  from  

the Lutila I deposit (

48°37’42.0”  N,  18°52’19.3”  E

);  point 

samples C75 and C90 are from the Lutila – Pod Klapou deposit; 

point samples C76, C77 and C78 are from the Stará Krem-

nička – Jelšový potok deposit (

48°37’35.6” N, 18°53’12.0” E

); 

and point sample C89 is from the Bartošova Lehôtka deposit 

(

48°38’38.1” N, 18°53’35.5” E

).

The samples were dried for 3 days at 60 °C. Solids were 

manually homogenized and separated into several size frac-

tions. Prior to the size separation, the bulk solids were soni-

cated  in  distilled  water  for  10  min  and  then  stirred  for  

an additional 24 h at room temperature. The > 160 µm particle 

size fraction was isolated from the bulk solids by wet sieving 

using a Fritsch sieve shaker and distilled water. The sub-sieve 

fraction  (< 160  µm)  was  divided  into  two  size  fractions  

(2–160 µm and < 2 µm) by settling in distilled water. All sepa-

rated size fractions were dried overnight at 60 °C, weighed 

and analysed.

A portion of the < 2 µm fractions was treated three times 

overnight  with  1 M  NaCl  in  order  to  prepare  Na-saturated 

smectites.  Excess  soluble  salts  were  removed  by  centrifu-

gation,  followed  by  dialysis.  Na-saturated  solids  were  dried 

overnight at 60 °C, passed through a 250 µm sieve and ana-

lysed by BWA and thermal analyses.

Methods

The X-ray diffraction (XRD) patterns of oriented (air-dried 

and ethylene glycol solvated) and randomly oriented prepara-

tions were recorded using a Phillips PW1710 diffractometer 

with Cu Kα radiation and graphite monochromator at 20 mA 

and  35  kV.  The  step  size  for  all  analyses  was  0.02°  2θ.  

The oriented preparations were made by dispersing 150 mg of 

< 2 µm fraction in 2 ml of distilled water, pipetting the suspen-

sion onto a glass slide and drying at room temperature.  

The XRD patterns of oriented preparations with an exposure 

time of 0.80 s per step were utilized for clay mineral identifi-

cation (from the 00l series of reflections). The ethylene glycol 

(EG) solvation of oriented preparations was carried out over-

night at 60 °C.

Quantitative X-ray diffraction (QXRD) was performed on 

randomly oriented preparations and evaluated using the 

RockJock  software  (Eberl  2003).  RockJock  determines  the 

quantitative content of minerals in powdered samples by com-

paring integrated reflection intensities of individual minerals 

with the intensities for pure standard minerals and an internal 

standard  (corundum).  Samples  were  prepared  according  to  

the method modified by Omotoso & Eberl (2009) from that 

reported  by  Środoń  et  al.  (2001).  The  sample  was  passed 

through a 250 μm sieve. Then 1 g of sample was mixed with 

0.250 g of corundum and ground with 4 ml of denatured alco-

hol in a McCrone Micronizing Mill for 5 min using zirconia 

grinding cylinders. The mixture was dried overnight at 60 °C. 

background image

436

OSACKÝ, BINČÍK, PAĽO, UHLÍK, MADEJOVÁ and CZÍMEROVÁ

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 5, 433–445

The sample/corundum mixture was then shaken for 10 min in 

a  plastic  vial  (25  ml)  with  3  plastic  balls  (9  mm  diameter) 

using a Retsch MM 200 mill. Hexane was added to the mix-

ture in the ratio of 0.5 ml hexane to 1 g of pure clay and the 

vial  was  shaken  for  an  additional  10  min. The  powder  was 

then side loaded into an XRD holder and X-rayed (from 4º to 

65º 2θ, 2 s per step).

The  chemical  composition  was  determined  at  ACME 

Analytical  Laboratories  Ltd.  (Vancouver,  British  Columbia, 

Canada) by inductively coupled plasma (ICP) analysis after 

digestion  of  samples  using  lithium  metaborate  fusion,  fol-

lowed by nitric acid leaching. The analytical procedure fol-

lowed the standard methods of the laboratories.

The structural formula of smectites was calculated using the 

method outlined by Číčel & Komadel (1994). The input data 

from the chemical analyses were corrected for the presence of 

mineral admixtures determined by QXRD analyses (RockJock).

The mean crystallite thicknesses and crystallite thickness 

distributions of smectite particles (Na-saturated < 2 µm frac-

tions)  were  calculated  by  the  Bertaut-Warren-Averbach 

(BWA) analysis (Drits et al. 1998) using the MudMaster pro-

gram  (Eberl  et  al.  1996),  from  XRD  patterns  of  oriented  

EG preparations. This method is based on the observation that 

XRD  reflections  are  broadened  regularly  as  a  function  of 

decreasing particle size. The thickness of the coherently scat-

tering domains was derived from the 001 basal reflection of 

smectites.

Cation  exchange  capacity  (CEC)  was  determined  by  

the  copper(II)  triethylenetetramine  [Cu(Trien)]

2+

 method. 

The 0.01 M solution of [Cu(Trien)]

2+

 was prepared according 

to  Meier  &  Kahr  (1999).  An  oven-dried   sample  

(105 °C/ overnight), approximately 120 mg in weight, 

was  added  to  50  ml  of  distilled  water  and  10  ml  of  

the  [Cu(Trien)]

2+

.  The  suspension  was  dispersed  by  

an ultra sonic treatment for 5 min and shaken for  

an additional 1 h. The suspension was then centrifuged 

at 4500 rpm for 20 min and the concentration of  

Cu

2+

 ions in the collected supernatant was determined 

by  UV-VIS  spectrophotometry  (Cary  100,  Varian)  at 

578  nm.  The  CEC  was  calculated  according  to  the 

equation reported by Pentrák et al. (2012). The Pearson 

correlation  between  CEC  and  smectite  contents  in 

 bentonites  (QXRD  analysis)  was  performed  using  

the Origin software.

Fourier transform infrared (FTIR) spectra in the mid-

dle infrared region (4000–400 cm

−1

)  were  obtained 

using a Nicolet 6700 spectrometer. The KBr pressed-

disc  technique  was  used  for  transmission  measure-

ments. Samples of 1 mg were dispersed in 200 mg of 

KBr to record optimal spectra. Discs were heated over-

night at 150 °C to minimize water absorption on KBr 

pellets. For each sample 128 scans were recorded with 

a resolution of 4 cm

−1

.  Spectral  manipulations  were 

 performed  using  the  OMNIC  software  package.  

The assignment of the bands in FTIR spectra followed 

Farmer (1974).

Total specific surface area (TSSA) of the samples was deter-

mined  using  the  ethylene  glycol  monoethyl  ether  (EGME) 

method. Samples, ~250 mg in weight, were placed into glass 

weighing bottles and dried to a constant mass in a desiccator 

over P

2

O

5

 under evacuation. Then several drops of EGME 

were added to the samples before storing them under vacuum 

in a desiccator over ignited CaCl

2

. The samples were weighed 

every 90 min until constant mass was achieved and the TSSA 

was then calculated according to Novák & Číčel (1972). 

Thermal  analyses  (TG,  DTG  and  DTA)  were  performed 

using a Netzsch STA 449 F3 Jupiter analyser. Prior to thermal 

analyses,  the  samples  (Na-saturated  < 2  µm  fractions)  were 

stored at ambient laboratory conditions (22 °C and ~ 30 % RH). 

The moisture was removed by holding the sample in a Pt–Ir 

crucible at 105 °C for 60 min. For all measurements, 40 mg  

of samples was utilized and a heating rate of 10 K/min and  

a N

2

 flow rate 50 ml/min were maintained. 

Results and discussion 

Mineral composition

The XRD results revealed that the bulk bentonites from all 

studied deposits consisted of similar mineral constituents, in 

particular smectite, feldspars, mica, opal-CT, kaolinite, quartz, 

sometimes  goethite.  The  main  differences  were  observed, 

however,  in  the  quantity  of  these  mineral  constituents  for  

the samples from different deposits and even for the samples 

from a single deposit. Fig. 2 shows XRD patterns of randomly 

Fig. 2.  XRD  patterns  of  randomly  oriented  preparations  of  bulk  samples 

VSK-11 10.5 m (Stará Kremnička III) (a), C86 (Lutila I) (b), VSK-11 30.5 m 

(Stará  Kremnička  III)  (c),  C89  (Bartošova  Lehôtka)  (d),  and  C78  (Stará 

Kremnička – Jelšový potok) (e). S — smectite, M — mica, K — kaolinite,  

F — feldspars, Q — quartz, Op — opal-CT, G — goethite, * — corundum 

(internal standard).

background image

437

BENTONITES FROM THE JASTRABÁ FORMATION (WESTERN CARPATHIANS)

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 5, 433–445

oriented preparations of five representative samples to demon-

strate the main differences in mineralogy among the studied 

bentonites.  The  results  of  quantitative  mineralogy  (QXRD 

analysis) of all bentonites are reported in Table 1.

Smectite  was  the  predominant  mineral  in  all  samples.  

The majo rity of the studied bulk samples contained ≥ 80 wt. % 

of  smectite,  as  documented  by  bentonites  from  the  Stará 

Kremnička III (VSK-11 1.5 m, 10.5 m, 16.5 m; C87 and C88), 

Stará Kremnička – Jelšový potok (C76 and C77), Lutila I (C85) 

and Lutila – Pod Klapou (C75) deposits (Table 1). Bulk ben-

tonites, containing between 70 and 80 wt. % of smectite, were 

found in the Stará Kremnička III (VSK-11 20.5 m, 31.5 m, 

40.5  m  and  47  m),  Lutila  I  (C74)  and  Lutila – Pod  Klapou 

(C90) deposits (Table 1). Bulk bentonites with low amounts of 

smectite (≤ 61 wt. %) were found in the Stará Kremnička III 

(VSK-11  30.5  m),  Stará  Kremnička – Jelšový  potok  (C78), 

Lutila I (C86) and Bartošova Lehôtka (C89) deposits (Table 1).

The  bulk  bentonites  also  contain  admixture  of  feldspars  

(5–15 wt. %), mica (0–5 wt. %), opal-CT (0–6 wt. %), quartz 

(< 1–6  wt.  %)  and  kaolinite  (0–2  wt.  %).  A  small  amount  

(4  wt. %)  of  goethite  was  detected  only  in VSK-11  30.5  m 

(Table  1).  In  a  few  samples,  elevated  amounts  of  mineral 

impurities were detected; 11–35 wt. % of opal-CT (C86, C78, 

C89 and VSK11 30.5 m), 20–27 wt. % of feldspars (C89 and 

C78), 9–13 wt. % of mica (C90 and 89), 8 wt. % of kaolinite 

(C86) and 8 wt. % of quartz (C78). Overall, the QXRD results 

revealed  a  heterogeneous  nature  of  bulk  bentonites  from  

the studied deposits.

Heterogeneous nature of bentonite beds, in terms of mineral 

composition and thickness, was also reported for bentonites 

STx-1  (Ca-montmorillonite,  Gonzales  County, Texas,  USA) 

and  SWy-2  (Na-montmorillonite,  Crook  County,  Wyoming, 

USA)  which  are  among  the  deposits  producing  the  world’s 

best-grade  bentonites  (Moll  2001).  Elzea  &  Murray  (1990) 

reported that the characteristics of the Wyoming bentonite can 

vary significantly across the deposit due to differences in the 

volcanic ash composition, different depositional environment 

and weathering conditions.

The  bulk  fraction  of  STx-1,  SWy-2  and  SAz-1  (Ca- 

montmorillonite ‘Cheto’, Apache County, Arizona, USA) ben-

tonites contained 67, 75 and 98 wt. % of smectite, respectively 

(Chipera  &  Bish  2001).  The  above  smectite  contents  were 

similar to those of Slovak bentonites examined in the present 

study  (Table  1)  or  reported  previously  (e.g.,  Górniak  et  al. 

2016). The clay size fraction (< 2 μm) of SWy-2, SAz-1, SCa-3 

(montmorillonite ‘Otay’, Otay San Diego County, California, 

USA)  and  SWa-1  (ferruginous  smectite,  Grant  County, 

Washington,  USA)  bentonites  usually  contained  ≥ 93  wt. %  

of  smectite  (Osacký  et  al.  2013;  Geramian  et  al.  2016).  

The results obtained in the present study (Table 1) along with 

published data (e.g., Osacký et al. 2013; Górniak et al. 2016; 

Pentrák et al. 2018) show that the same size fraction (< 2 μm) 

of the Slovak bentonites contained usually ≤ 93 wt. % of smec-

tite, due to higher amounts of mineral admixtures (e.g., feld-

spars, quartz, opal-CT, kaolinite and mica).

The particle size distribution results (Table 2) for bentonites 

from the Stará Kremnička III deposit (VSK-11 samples) show 

that  the  < 2  μm  and  2–160  μm  size  fractions  account  for  

15–34 wt. % and 42–69 wt. % of the total weight of the sam-

ples, respectively. Although the < 2 μm fractions of bentonites 

had elevated smectite contents compared with the bulk sam-

ples (Table 1), the amount of this fraction was low. Substantially 

higher  amounts  of  the  < 2  μm  fractions  were  expected  for  

the  studied  bentonites.  The  low  amounts  of  the  < 2  μm 

Sample

Quartz

Feldspars

Opal-CT

Kaolinite

Mica

Smectite

Goethite

Deposit

Bulk

VSK-11 1.5 m

1

9

4

2

84

Stará Kremnička III

VSK-11 10.5 m

2

5

3

<1

89

Stará Kremnička III

VSK-11 16.5 m

2

9

5

<1

83

Stará Kremnička III

VSK-11 20.5 m

3

9

5

1

2

80

Stará Kremnička III

VSK-11 30.5 m

1

5

35

1

2

52

4

Stará Kremnička III

VSK-11 31.5 m

4

10

5

1

2

78

Stará Kremnička III

VSK-11 40.5 m

2

12

6

2

1

77

Stará Kremnička III

VSK-11 47 m

3

15

5

2

1

74

Stará Kremnička III

C87

1

9

90

Stará Kremnička III

C88

3

12

2

83

Stará Kremnička III

C76

3

7

5

1

3

81

Stará Kremnička – Jelšový potok

C77

2

7

6

3

82

Stará Kremnička – Jelšový potok

C78

8

27

13

52

Stará Kremnička – Jelšový potok

C74

5

10

4

2

5

74

Lutila I

C85

4

8

<1

5

82

Lutila I

C86

6

12

11

8

2

61

Lutila I

C75

1

6

5

1

3

84

Lutila – Pod Klapou

C90

<1

11

4

9

75

Lutila – Pod Klapou

C89

2

20

21

<1

13

43

Bartošova Lehôtka

< 2 μm

VSK-11 10.5 m

1

5

<1

93

Stará Kremnička III

VSK-11 31.5 m

<1

8

2

1

88

Stará Kremnička III

Table 1: Mineral composition (in wt. %) of the bulk and < 2 μm fraction of bentonites determined by RockJock.

background image

438

OSACKÝ, BINČÍK, PAĽO, UHLÍK, MADEJOVÁ and CZÍMEROVÁ

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 5, 433–445

fractions indicate that some portion of smectite in bentonites 

from the Stará Kremnička III deposit was present in the form 

of aggregates (mainly between 2 and 160 μm in size) which 

resisted the applied size separation process (drying, homoge-

nization,  sonication  and  stirring).  A  similar  behaviour  was 

observed for Slovak bentonites from the Hliník nad Hronom 

(Uhlík et al. 2012; Górniak et al. 2017) and Kopernica depo-

sits  (Górniak  et  al.  2016)  and  STx-1  bentonite  (Chipera  & 

Bish 2001). The smectite aggregates in bentonites were often 

coated and/or intergrown with silica minerals (e.g., opal-CT, 

K-feldspars and zeolites) (Chipera & Bish 2001; Górniak et al. 

2016, 2017). Furthermore, opal-CT and feldspars were com-

mon mineral admixtures identified in the studied bentonites 

from  different  Slovak  deposits  (e.g.  Stará  Kremnička  III,  

Stará Kremnička – Jelšový potok, Lutila I, Bartošova Lehôtka), 

sometimes present in significant amounts (e.g., 35 wt. % of 

opal-CT  for  VSK-11  30.5  m,  27  wt. %  of  feldspars  C78,  

Table 1). Opal-CT, in amounts up to 45 wt. %, was reported in 

bentonites  from  other  Slovak  deposits  (Hliník  nad  Hronom 

and Kopernica) (Uhlík et al. 2012; Górniak et al. 2016, 2017). 

The presence of these minerals even in the < 2 μm fractions of 

bentonites (up to 10 wt. %, Table 1) indicates their association 

mainly with smectite. 

The laboratory experiments simulating alteration of volca-

nic glass in open systems showed that the precipitation rate of 

free SiO

2

 decreased with the increasing rate of fluids flowing 

through the volcanic glass (Daux et al. 1997). Analogically, 

bentonites  coexisting  with  SiO

2

  polymorphs  (e.g.,  opal-CT) 

were  preferentially  formed  from  acidic  pyroclastic  rocks 

deposited at low temperatures, which could not sustain high 

rates  of  fluid  flow  migrating  through  pyroclastic  rocks;  as  

a consequence, fluids have reached saturation by Si leached 

from pyroclastic rocks and amorphous SiO

2

 has precipitated 

(Christidis & Huff 2009).

The formation of Slovak bentonite deposits of the Jastrabá 

Fm.  (Kremnické  vrchy  Mts.)  is  still  not  fully  understood 

mainly  due  to  the  complex  geological–tectonic  structure  of  

the studied area and several mutually overlapping alteration 

processes. Kraus et al. (1994) proposed the model for the alte-

ration of the rocks from the south-western part of the Kremnické 

vrchy  Mts.  (Jastrabá  Fm.)  based  on  the  existence  of  three 

mutually associated processes of different origin: the diage-

netic alteration of rhyolite tuffs, hydrothermal alteration of 

rhyolites and hydrothermal alteration of andesites and rhyolite 

tuffs in the vicinity of the Kremnica ore veins. According to 

previous  studies  (Šamajová  et  al.  1992;  Kraus  et  al.  1994)  

the largest economic accumulations of bentonites exploited in 

the  Jastrabá  Fm.  (Stará  Kremnička – Jelšový  potok  deposit) 

were associated mainly with the diagenetic alteration of rhyo-

lite tuffs. The concept about diagenetic alteration of rhyolite 

tuffs is based on the vertical mineral zonation (perlite, smec-

tite and zeolite zone) distinguished in the vicinity of the ben-

tonite deposit Jelšový potok (Šamajová et al. 1992, Kraus et 

al. 1994). The same authors reported that the redeposited and 

partially  also  autochthonous  rhyolite  tuffs  were  altered  into 

bentonites  in  a  shallow  water  lacustrine  environment  (lakes 

and swamps) in an open or semi-closed hydrological system. 

Diagenetic mineral zones were formed as a result of gradual 

changes in chemical composition and pH of pore solutions 

percolating through vitric tuffs (Kraus et al. 1994). Due to the 

gradual hydration and hydrolysis of the vitric component and 

simultaneous formation of smectites in the upper zone, pore 

solutions became enriched in alkalies and silicon eventually 

attaining the mineralization and pH sufficient for clinoptilolite 

crystallization in the lower zone (Šamajová et al. 1992).  

New data on fluid properties of the Kremnica hydrothermal 

system enabled reconstruction of the history of the spatial and 

temporal fluid evolution of individual parts of the ore vein 

system and shed new light on the formation of argillic altera-

tion products from the south-western part of the Kremnické 

vrchy  Mts.  (Jastrabá  Fm.)  (Demko  et  al.  2010;  Koděra  et  

al.  2014).  Stable  isotope  data  of  clay  minerals  (illites  and 

illite–smectites) indicated isotopically homogenous sources of 

fluids (deeply-circulating, mostly meteoric waters, driven by 

heat  from  the  contemporaneous  rhyolite  magma  chamber) 

which are associated with the formation of illites and illite–

smectites  in  the  south-western  part  of  the  Kremnické  vrchy 

Mts. (Jastrabá Fm.) (Demko et al. 2010). The isotope geother-

mometry results indicated that the lateral mineral zonation in 

the  Jastrabá  Fm.,  namely  illite-smectite  accumulations  in  

the northern part (e.g., Dolná Ves deposit) and smectite accu-

mulations in the southern part of the formation (e.g., Stará 

Kremnička – Jelšový  potok  deposit),  may  be  related  to  the 

gradual decrease in temperature of the hydrothermal fluids 

percolating through the rhyolite volcanoclastics from north to 

south (Demko et al. 2010). This finding was in line with pre-

viously published data showing an increase in the expandabi-

lity of illite–smectites from north to south in the Dolná Ves 

hydrothermal deposit (Šucha et al. 1992). Demko et al. (2010) 

and Koděra et al. (2014) assume that the subsurface hydrother-

mal fluids migrating from north to south in permeable rhyolite 

volcanoclastic rocks of the Jastrabá Fm. played a key role in 

the alteration of the vitric component of rhyolite tuffs into 

(smectites) bentonites. 

Chemical composition of bentonites and smectite crystal- 

chemistry 

The position of the 060 reflection of smectite (d = 1.49 Å, 

Fig. 2) indicates the presence of dioctahedral smectite in all 

Sample

Size fraction (μm)

> 160

2–160

< 2

VSK-11 1.5 m

15

63

22

VSK-11 10.5 m

13

69

18

VSK-11 16.5 m

19

47

34

VSK-11 20.5 m

20

62

18

VSK-11 30.5 m

39

42

19

VSK-11 31.5 m

29

57

14

VSK-11 40.5 m

34

51

15

VSK-11 47 m

31

47

22

Table 2: Particle size distribution (in wt. %) of bentonites.

background image

439

BENTONITES FROM THE JASTRABÁ FORMATION (WESTERN CARPATHIANS)

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 5, 433–445

studied samples. The 001 reflection of all studied smectites 

observed near 15.3 Å (Fig. 3), indicates the predominance of 

divalent exchangeable cations (most likely Ca

2+ 

and Mg

2+

) in 

the interlayer space of smectites. The comparison of air-dried 

and EG oriented XRD patterns showed that smectite was the 

only swelling clay mineral identified in the studied samples 

(Fig. 3). The observations above were in good agreement with 

the structural formulas of smectites, calculated from the  

< 2 μm fraction of VSK-11 samples from the Stará Kremnička 

III deposit:
VSK-11 10.5 m 

Ca

0.28

Mg

0.15 

(Si

7.78

Al

0.22

)(Al

3.14

Fe

0.22

Mg

0.64

)O

20

(OH)

4

;

VSK-11 31.5 m

Ca

0.28

Mg

0.13

Na

0.01

(Si

7.70

Al

0.30

)(Al

3.24

Fe

0.23

Mg

0.53

)O

20

(OH)

4

.

The formulas indicate that the layer charge of smectites 

arises mainly from Mg for Al substitutions in the octahedral 

sheet. Such dioctahedral Al-Mg rich smectites, with the layer 

charge arising mainly from non-equivalent isomorphous sub-

stitution of cations in the octahedral sheet, can be classified as 

montmorillonites (Brindley 1980). According to some authors, 

the predominance of Ca

 

and Mg cations in the 

interlayer  space  of  montmorillonites  may  be 

related to the shallow lacustrine environment in 

which  the  vitric  tuffs  of  the  Jastrabá  Fm.  were 

altered into bentonites (Kraus et al. 1982, 1994). 

The comparison of the above smectite formu-

las with those reported for smectites from other 

Jastrabá  Fm.  deposits,  such  as  Stará  Krem-

nička – Jelšový  potok  (Číčel  et  al.  1974,  1992; 

Osacký  et  al.  2013)  and  Kopernica  (Górniak  

et al. 2016; Pentrák et al. 2018) shows no signi-

ficant differences. These findings indicate that: 

(i)  the  crystal-chemistry  of  smectites  from  the 

Jastrabá  Fm.  bentonite  deposits  is  quite  consis-

tent and did not change significantly over years 

with bentonite exploitation, (ii) the similar crys-

tal-chemistry of smectites from the Stará Krem-

nička  III,  Stará  Kremnička – Jelšový  potok  and 

Kopernica deposits suggests a similar composi-

tion  of  the  parent  rocks  (acidic  rhyolitic  tuffs) 

and/or similar alteration conditions of bentonites 

from these Jastrabá Fm. deposits.

Previous studies showed that the composition 

of the parent rocks was an important parameter 

affecting the composition of smectites (e.g., 

Christidis  1998,  2006).  For  instance,  the  crys-

tal-chemistry of smectites derived from acidic 

precursors (e.g., rhyolite) was controlled mainly 

by  Mg  for  Al  substitution,  whereas  Fe  for  Al 

 substitution  seemed  to  be  more  important  for 

smectites derived from intermediate rocks (e.g., 

andesite) (Christidis & Dunham 1997). A typical 

example of a Slovak bentonite deposit formed by 

alteration of intermediate andesitic tuffs is the 

Lieskovec deposit in the Abčiná Fm., located in 

the south-eastern part of the Zvolen Basin (Šucha & Kraus 

1999). Bulk bentonite from the Lieskovec deposit contained 

from  51  to  65  wt. %  of  dioctahedral  Al–Fe  rich  smectite 

(montmorillonite) (Šucha & Kraus 1999; Andrejkovičová et 

al. 2006; Osacký et al. 2012).

The  chemical  composition  of  the  studied  bentonites  is 

reported in Table 3. High SiO

2

 and Al

2

O

3

 contents in all sam-

ples correspond to high amounts of aluminosilicates namely 

clay  minerals  (mainly  smectite)  and  feldspars,  and  SiO

2

-

bearing mineral phases namely opal-CT and quartz. The ele-

vated SiO

content of VSK-11 30.5 m was due to an opal-CT 

admixture. The increased Fe

2

O

3

 contents may be related to the 

presence of biotite which is a common admixture in bentonites 

from the Jastrabá Fm. (Górniak et al. 2017) and/or montmoril-

lonite (octahedral Fe). However, the elevated Fe

2

O

3

 content in 

VSK-11 30.5 m results from the presence of goethite. Increased 

Na

2

O and K

2

O contents in VSK-11 31.5 m and 47 m corre-

spond  to  the  higher  amount  of  feldspars.  Mica  was  another 

possible  source  of  K

2

O in the studied samples. The main 

source of MgO and CaO was likely smectite. The presence of 

Ti was likely due to the presence of accessory TiO

2

 minerals 

Fig. 3.  XRD  patterns  of  oriented  air-dried  (solid  line)  and  ethylene  glycolated  

(dash  line)  preparations  (Stará  Kremnička  III)  of  samples  VSK-11  1.5  m  (a),  

10.5 m (b), 16.5 m (c), 20.5 m (d), 30.5 m (e), 31.5 m (f), 40.5 m (g), and 47 m (h). 

S — smectite, K — kaolinite, Op — opal-CT.

background image

440

OSACKÝ, BINČÍK, PAĽO, UHLÍK, MADEJOVÁ and CZÍMEROVÁ

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 5, 433–445

(e.g., rutile and anatase) coming from parent volcanic rocks. 

The replacement of altered biotite crystals by Fe–Ti minerals 

in bentonites from the Jastrabá Fm was previously reported by 

Górniak et al. (2017). The LOI content is mainly related to  

the  dehydroxylation  of  clay  minerals.  Samples  with  higher 

amounts  of  clay  minerals  (mainly  smectite)  show  a  higher  

LOI than those with lower amount of clay minerals. Overall, 

the  results  of  chemical  analyses  are  consistent  with  

the QXRD data.

Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy 

FTIR spectra for all < 2 μm fractions of VSK-11 bentonite 

samples (Fig. 4) display mainly bands related to the vibrations 

of smectite. The absorption bands near 3628 and 3421 cm

–1

 

correspond  to  the  OH  stretching  vibrations  of  the  structural 

OH  groups  and  water  molecules,  respectively.  The  band  at 

3698  cm

–1

,  observed  in  the  spectra  of  the  sample  VSK-11   

30.5 m, is attributed to the OH stretching vibrations of kaoli-

nite outer surface OH groups. The OH bending region of all 

VSK-11 samples with the absorptions at 915 cm

–1

 (AlAlOH), 

845 cm

–1

 (AlMgOH) and an inflexion near 882 cm

–1

 (AlFeOH) 

indicate that the octahedrally coordinated Al in the structure of 

smectites  was  partially  substituted  by  Mg,  and  to  a  lesser 

extent by Fe. These findings are in good agreement with the 

structural formulas of VSK-11 10.5 m and 31.5 m smectites 

calculated from chemical analyses corrected for mineral 

impurities. A strong complex band near 1042 cm

–1

 was due to 

Si-O  stretching  vibrations,  whereas  the  bands  at  524  and  

468 cm

–1

 are assigned to Al-O-Si and Si-O-Si bending vibra-

tions,  respectively.  The  bands  at  1107  and  794  cm

–1

 in the 

sample VSK-11 30.5 m indicate the presence of a silica 

admixture.  This  finding  is  in  good  agreement  with  QXRD 

analyses which confirmed 35 wt. % of opal-CT in this sample 

(Table 1). 

Cation exchange capacity (CEC)

CEC  values  determined  by  the  [Cu(Trien)]

2+

 method for 

oven-dried  (105 °C/overnight)  bulk  bentonites  and  corre-

sponding  < 2  μm  fractions  are  shown  in  Table  4.  CECs  for 

studied samples ranged from 57 to 106 meq/100g. A signifi-

cant positive correlation (p < 0.0001  and  R

2

 = 0.919,  Fig.  5) 

established  between  CEC  values  and  smectite 

contents indicates that the CECs increases with 

increasing  amount  of  smectite.  The  best-grade 

bulk bentonites (VSK-11 10.5 m and C87) con-

tain 89 – 90 wt. % of Al-Mg montmorillonite and 

have  a  CEC  of  99 – 100  meq/100g  (Tables  1  

and 4). The best-grade < 2 μm fraction, obtained 

from the bulk sample VSK-11 10.5 m by conven-

tional  gravitational  settling  in  water,  contains 

slightly higher smectite content and CEC values 

(93  wt. %  of  Al–Mg  montmorillonite  and  

CEC = 105 meq/100g, Tables 1 and 4). However, 

it should be noted that, in general, the amounts of 

< 2 μm fractions of bentonites from the Jastrabá Fm. are low 

(Table 2) due to the presence of smectite aggregates coated/

intergrown with silica minerals (e.g., feldspars and opal-CT) 

(e.g., Górniak et al. 2016, 2017). 

For comparison, the < 2 μm fraction of the SWy-2 bento

-

nite  with  a  similar  smectite  content  (94  wt. %  of  smectite, 

Geramian et al. 2016) had lower CEC (93 meq/100 g, Pentrák 

et al. 2012) than the < 2 μm fraction of VSK-11 10.5 m. This is 

due to the lower total layer charge of the SWy-2 montmoril-

lonite, i.e. −0.70 for SWy-2 (Geramian et al. 2016) vs. −0.86 

for VSK-11 10.5 m per O

20

(OH)

4

. On the other hand, the  

< 2 μm fraction the of SAz-1 bentonite, containing 97 wt. % of 

smectite (Osacký et al. 2013) had higher CEC (121 meq/100 g, 

Pentrák  et  al.  2012)  than  the  < 2  μm  fraction  of  VSK-11  

10.5 m, due to slightly higher smectite content, and more 

importantly, substantially higher total layer charge of SAz-1 

montmorillonite, namely –1.13 for SAz-1 (Osacký et al. 2013) 

vs. −0.86 for VSK-11 10.5 m per O

20

(OH)

4

.

In  addition,  we  have  calculated  theoretical  CECs  from 

structural formulas (CEC

SF

)  of  smectites  VSK-11  10.5  m  

and  31.5  m  (based  on  the  exchangeable  cations  content).  

The CEC

SF

 of pure, dehydrated smectites VSK-11 10.5 m and 

31.5 m were 124 and 121 meq/100 g, respectively. The CEC

SF

 

values  were  then  compared  with  the  CECs  determined  by  

the [Cu(Trien)]

2+

 method for the < 2 μm fractions of VSK-11 

Fig. 4. FTIR spectra of < 2 μm fractions (Stará Kremnička III) of sam-

ples VSK-11 1.5 m (a), 10.5 m (b), 16.5 m (c), 20.5 m (d), 30.5 m (e), 

31.5 m (f), 40.5 m (g), and 47 m (h).

Sample

SiO

2

Al

2

O

3

Fe

2

O

3

Na

2

O

K

2

O

MgO

CaO

TiO

2

LOI

*

Bulk

VSK-11 10.5 m

53.88

18.20

2.11

0.12

0.89

3.24

1.72

0.15

19.4

VSK-11 30.5 m

61.86

14.51

5.37

0.20

0.77

1.79

1.12

0.09

14.1

VSK-11 31.5 m

56.48

18.23

2.10

0.31

1.42

2.49

1.56

0.15

17.1

VSK-11 47 m

55.59

18.80

1.99

0.32

1.47

2.68

1.57

0.13

17.9

< 2 μm

VSK-11 10.5 m

52.41

18.88

1.86

0.03

0.29

3.42

1.78

0.11

21.0

VSK-11 31.5 m

52.41

20.80

1.95

0.07

0.38

2.86

1.71

0.12

20.2

*

LOI — 1000 °C

Table 3: Chemical composition (in wt. %) of the bulk and < 2 μm fraction of bento-

nites determined by ICP.

background image

441

BENTONITES FROM THE JASTRABÁ FORMATION (WESTERN CARPATHIANS)

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 5, 433–445

10.5 m and 31.5 m, recalculated (based on the QXRD data, 

Table 1) to CEC of pure smectites (113 meq/100 g for pure 

VSK-11 10.5 m and 109 meq/100 g for pure VSK-11 31.5 m). 

The  comparison  shows  that  the  CEC

SF

 values are slightly 

higher than the CECs measured by [Cu(Trien)]

2+

 (the diffe-

rence being < 10 %). This small discrepancy is likely mainly 

because CEC

SF

 was calculated from an absolutely dry (ignited 

at  1000  °C)  basis,  while  CEC  determined  by  [Cu(Trien)]

2+

 

were measured after the sample was dried at 105 °C/overnight, 

cooled in a desiccator, and then weighed. As a consequence, 

the H

2

O  left  in  the  sample  (mainly  in  smectite)  at  105  °C 

reduced the CEC values compared to CECs calculated from 

the H

2

O-free basis (Środoń & McCarty 2008).

Total specific surface area (TSSA)

TSSA values for selected bulk bentonites and corresponding 

< 2 μm fractions are reported in Table 4. TSSA increases with 

increasing amount of smectite in the studied bentonites. TSSA 

values gradually increase from 462 to 565 and 616 m

2

/g for 

bulk bentonites with the smectite content of 52 wt. % (VSK-11 

30.5 m), 78 wt. % (VSK-11 31.5 m) and 89 wt. % (VSK-11 

10.5  m),  respectively.  Similar TSSA  values  (624–632  m

2

/g) 

were  reported  for  bulk  Wyoming  bentonites  containing  

~ 89–91 wt. % of smectite (Kiviranta & Kumpulainen 2011).    

Thermal analysis  

The results of thermal analyses (TG, DTG and DTA) for the 

selected bentonites (Na-saturated < 2 μm fractions) are shown 

in Figure 6. For all samples, the mass loss from room tempera-

ture to 1000 °C can be divided into three steps in the < 300 °C, 

300–550 °C and 550–700 °C regions. At temperatures < 300 °C, 

the  mass  loss  accounted  for  8.9–11.8  %  on  the  TG  curves  

of  the  studied  samples  (Fig.  6)  and  it  is  mostly  related  to  

the desorption of surface H

2

O (e.g., H

2

O on exterior surfaces) 

and dehydration (e.g., interlayer H

2

O)  of  clay  minerals  

(mainly smec tite). At elevated temperatures, 300–550 °C and 

550–700 °C, the mass loss was mainly due to the dehydroxy-

lation (release of structural OH groups) of clay minerals, in 

particular smectite. The dehydroxylation of smectite was indi-

cated by one broad peak with maximum at ~ 640–660 °C on 

DTG  curves  (Fig.  6)  suggesting  the  presence  of  cis-vacant 

dioctahedral smectites (Drits et al. 1995; Wolters & Emmerich 

2007)  in  the  studied  bentonites.  Generally,  the  cis-vacant 

smectites  are  primary  products  of  weathered  or  hydrother-

mally altered volcanoclastic rocks of rhyolitic composition. 

Fig. 5. Cation  exchange  capacity  (CEC)  plotted  versus  smectite 

 content of the studied bentonites.

Sample

CEC (meq/100g)

TSSA (m

2

/g)

T

MEAN

 (nm)

Deposit

 

Bulk

< 2 μm

Bulk

< 2 μm

 

 

VSK-11 1.5 m

96 ± 5

102 ± 2

9.8

Stará Kremnička III

VSK-11 10.5 m

101 ± 1

105 ± 1

616

684

11.1

Stará Kremnička III

VSK-11 16.5 m

91 ± 1

99 ± 2

10.7

Stará Kremnička III

VSK-11 20.5 m

89 ± 4

102 ± 3

11.5

Stará Kremnička III

VSK-11 30.5 m

61 ± 1

79 ± 3

462

574

9.3

Stará Kremnička III

VSK-11 31.5 m

84 ± 2

96 ± 2

565

659

11.2

Stará Kremnička III

VSK-11 40.5 m

90 ± 2

99 ± 1

9.5

Stará Kremnička III

VSK-11 47 m

85 ± 1

102 ± 1

11.2

Stará Kremnička III

C87

99 ± 3

100 ± 3

9.1

Stará Kremnička III

C88

93 ± 2

98 ± 5

8.6

Stará Kremnička III

C76

94 ± 1

105 ± 2

8.7

Stará Kremnička – Jelšový potok

C77

87 ± 3

97 ± 3

7.4

Stará Kremnička – Jelšový potok

C78

57 ± 2

96 ± 8

7.7

Stará Kremnička – Jelšový potok

C74

85 ± 2

105 ± 4

9.9

Lutila I

C85

95 ± 2

106 ± 3

8.4

Lutila I

C86

72 ± 3

84 ± 2

7.2

Lutila I

C75

94 ± 2

101 ± 2

8.7

Lutila – Pod Klapou

C90

92 ± 2

102 ± 4

9.2

Lutila – Pod Klapou

C89

64 ± 2

85 ± 1

9.0

Bartošova Lehôtka

Table 4: Cation exchange capacity (CEC), total specific surface area (TSSA) and mean crystallite thickness (T

MEAN

) of the bulk and < 2 μm 

fraction of bentonites.

background image

442

OSACKÝ, BINČÍK, PAĽO, UHLÍK, MADEJOVÁ and CZÍMEROVÁ

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 5, 433–445

This conjecture is in line with the geological origin of the stu-

died bentonites from the Jastrabá Fm. (e.g., Kraus et al. 1982, 

1994; Koděra et al. 2014). The DTA curves of studied samples 

showed two endothermic events at 465–473 °C (mass loss = 

1.2–1.9 %) and 630–655 °C (mass loss = 2.6–3.1 %) associated 

with the dehydroxylation of smectites (Fig. 6). Some contribu-

tion from kaolinite and mica was also possible because these 

are often present in the < 2 µm fractions of studied bentonites 

in low amounts (~ 1 wt. %, Table 1). 

The 739–762 °C endothermic events in the DTA of all sam-

ples (Fig. 6) were probably artefacts, related to the pretreat-

ment of the samples (Meyer 1972; Wolters & Emmerich 2007) 

and/or  could  represent  carbonates  (dolomite  and/or  calcite) 

decarbonation  (Rowland  1955;  Guggenheim  &  Van  Groos 

2001). The presence of carbonates was not confirmed by XRD 

and FTIR in the studied samples. In addition, no carbonates 

were previously reported for bentonites from the Jastrabá Fm. 

deposits.  Thus,  the  endothermic  events  at  739–762  °C  are 

most likely artefacts due to the pretreatment of the samples 

(size fractions separation, Na-saturation). Wolters & Emmerich 

(2007) reported that sodium might act as a flux causing partial 

sintering and retardation of released OH groups.  

A weak endothermic event at 840–870 °C in the DTA curves 

for VSK-11 10.5 m and C85 (Fig. 6) is associated with the 

breakdown of anhydrous smectite (montmorillonite) structure 

to an amorphous material (Bradley & Grim 1951).

Bertaut–Warren–Averbach (BWA) analysis  

The mean crystallite thicknesses (T

MEAN

) and the crystallite 

thickness  distributions  (CTDs)  for  smectites  (Na-saturated  

< 2 μm fractions) are shown in Table 4 and Figure 7. The T

MEAN

 

values calculated for smectites from studied bentonites range 

from 7.2 to 11.5 nm. The highest T

MEAN 

values (11.1–11.5 nm) 

were  calculated  for  smectites  from  the  Stará  Kremnička  III 

deposit.  Besides  that,  no  apparent  relationships  were  found 

between  the  T

MEAN 

of  smectites  and  the  studied  bentonite 

deposits. Figure 7 shows CTDs for seven representative sam-

ples with distinct T

MEAN 

values to demonstrate changes in the 

shape of CTDs due to different T

MEAN

. The shape of CTDs for 

smectites is lognormal for all studied samples. The maxima of 

the  CTDs  gradually  decreases  in  frequency,  broadens  and 

shifts to higher thicknesses with the gradual increase of T

MEAN 

values of smectites (Fig. 7).

The crystallite thickness of smectites depends on several 

factors. The structure of smectites is labile along the c direc-

tion  due  to  the  ability  of  smectites  to  accommodate  water 

Fig. 6. TG, DTG and DTA curves of Na-saturated < 2 μm fractions of 

samples C85 (Lutila I), C77 (Stará Kremnička – Jelšový potok) and 

VSK-11 10.5 m (Stará Kremnička III).

Fig. 7.  Crystallite  thickness  distributions  (CTDs)  of  smectites 

(Na-saturated < 2 μm fractions) from the Lutila I (C86, C85), Stará 

Kremnička – Jelšový  potok  (C77,  C78)  and  Stará  Kremnička  III 

deposits  (VSK-11  10.5  m,  20.5  m  and  40.5  m)  and  corresponding 

mean crystallite thicknesses (T

MEAN

).

background image

443

BENTONITES FROM THE JASTRABÁ FORMATION (WESTERN CARPATHIANS)

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 5, 433–445

molecules in the interlayer space. The subsequent change in 

the basal spacing due to the swelling produces changes in the 

crystallite thickness of smectites (e.g., Moore & Hower 1986; 

Mystkowski et al. 2000). At high humidity, smectite adsorbs 

water  which  splits  some  layers  or  sets  of  layers  and  this  in 

turn, lowers the mean thickness which is a statistical descrip-

tion  of  the  associations  of  layers  that  exist  in  a  sample 

(Mystkowski et al. 2000). The effect of different pretreatment 

of smectitic samples on the mean crystallite thickness was pre-

viously  studied  by  Mystkowski  et  al.  (2000).  The  authors 

showed that different size fractions (< 2 μm vs. < 0.2 μm) and 

exchangeable cations (Na- vs. Ca-saturated forms) may also 

produce changes in the mean crystallite thickness of smectites 

calculated by BWA analyses. 

The smectite crystallite thickness does not reflect a growth 

mechanism of smectite crystals (e.g., Mystkowski et al. 2000; 

Christidis 2001) as is the case of crystals of other clay mine-

rals (e.g., illites, kaolinites), according to Eberl et al. (1998). 

The use of lateral a–b dimensions (length and width) instead 

of c dimension (thickness) of smectite particles was proposed 

by Christidis (2001) to study the growth mechanisms of smec-

tites in bentonites. Mystkowski et al. (2000) showed a rela-

tionship  between  the  a–b and c dimensions of the smectite 

crystallites;  bigger  crystallites  (i.e.  larger a–b  dimensions) 

were statistically more likely to associate into thicker sets (i.e. 

larger c dimensions). In addition, the same authors believe that 

high  thicknesses  and  large  lateral  dimensions  of  beidellite 

crystallites are related to the hydrothermal conditions in which 

the  samples  have  crystallized.  Šucha  et  al.  (1996)  observed 

that the redeposition of bentonites at a short distance reduced 

the crystallite thickness of smectites in comparison with the 

original  bentonites  formed  by  in  situ  alteration  of  andesitic 

volcanoclastics from the Zvolen Basin (Western Carpathians). 

Simić  and  Uhlík  (2006)  reported  that  the  distinct  smectite 

crystallite thicknesses determined for Serbian bentonites can 

be related to different geological environments in which the 

bentonites originated.

It would be interesting to discover the reason for the diver-

sity  of  smectite  crystallite  thickness  for  the  bentonites  exa-

mined  in  the  present  study. All  samples  were  pretreated  in  

the same way (< 2 μm fractions, Na-saturation) thus there must 

be  some  other  factor  than  the  samples  pretreatment,  which 

affects the smectite crystallite thickness of the studied 

samples.  

Conclusions

The bulk bentonites from the Jastrabá Fm. consist of widely 

variable  amounts  of  smectite,  feldspars,  mica,  opal-CT, 

kaolinite,  quartz,  and  sometimes  goethite.  Smectite  was  the 

predominant mineral in all samples and its amount varied 

between  43  and  90  wt. %. The  clay  size  fractions  (< 2  μm) 

 isolated from the bulk bentonites contain up to 93 wt. % of 

smectite. However, the amounts of the < 2 μm fractions in the 

studied bentonites are rather low, compared to other studied 

fractions, due to the presence of smectite aggregates asso-

ciated  with  silica  minerals  (mainly  feldspars  and  opal-CT). 

The calculated structural formulas revealed that smectites 

comprising the studied bentonites can be classified as mont-

morillonites. The layer charge of montmorillonites arises 

mainly  from  the  Mg  for  Al  substitutions  in  the  octahedral 

sheet. The interlayer space of montmorillonites is occupied 

predominantly  by  divalent  exchangeable  cations  (Ca

2+ 

and 

Mg

2+

). The results of thermal analyses indicate the presence 

of cis-vacant variety of montmorillonites in the studied ben-

tonites. The mean crystallite thickness (T

MEAN

)  of  smectites 

calculated  by  BWA  analyses  ranges  from  7.2  to  11.5  nm.  

The  shape  of  crystallite  thickness  distributions  (CTDs)  for 

smectites is lognormal in all samples. Both cation exchange 

capacity (CEC) and total specific surface area (TSSA) increase 

with the increasing amount of smectite in the studied bento-

nites. The CEC of 101 meq/100g and TSSA of 616 m

2

/g corre-

spond to bulk bentonite from the Stará Kremnička III deposit 

containing 89 wt. % of smectite.

The general consensus is that bentonites from the Jastrabá 

Fm.  resulted  from  alteration  of  volcanoclastics  of  rhyolitic 

composition. The transformation mechanism, however, is con-

troversial. The largest economic accumulation of bentonites in 

the  Jastrabá  Fm.  (Stará  Kremnička – Jelšový  potok  deposit) 

may  be  associated  with  the  diagenetic  and/or  hydrothermal 

alteration  of  rhyolite  tuffs  whereas  smaller  occurrences  of 

bentonites may be related to hydrothermal rather than diage-

netic  alteration.  Further  studies  on  the  genesis  of  bentonite 

deposits  are  required.  More  comprehensive  knowledge  on  

the  formation  of  bentonite  deposits  may  contribute  to  

the  discovery  of  other  prospective  bentonite  deposits  on  

the south-western margin of the Kremnické vrchy Mts.

Acknowledgements: This study was supported by the Slovak 

Grant Agency VEGA (1/0196/19 and 2/0156/17) and Slovak 

Research and Development Agency (APVV-0339-12 and 

APVV-17-0317). The authors are grateful to Zora Lukáčová 

for her help with TSSA measurements. Our special thanks go 

to K. Górniak and G.E. Christidis for their constructive com-

ments which have improved the quality of the manuscript.

References

Andrejkovičová S., Madejová J., Czímerová A., Galko I., Dohrmann R. 

& Komadel P. 2006: Mineralogy and chemistry of Fe-rich ben-

tonite  from  the  Lieskovec  deposit  (Central  Slovakia).  Geol. 

 Carpath. 57, 371–378.

Andrejkovičová  S.,  Rocha  F.,  Janotka  I.  &  Komadel  P.  2008:  

An investigation into use of blends of two bentonites for geo-

synthetic clay liners. Geotext. Geomembranes 26, 436–445.

Andrejkovičová  S.,  Pentrák  M.,  Jankovič  Ľ.  &  Komadel  P.  2010: 

Sorption of heavy metal cations on rhyolitic and andesitic ben-

tonites from Central Slovakia. Geol. Carpath. 61, 163–171.

Baláž P. & Kušík D. 2015: Slovak Minerals Yearbook 2015. ŠGÚDŠ

Bratislava.

Bradley W.F. & Grim R.E. 1951: High temperature thermal effects of 

clay and related minerals. Am. Mineral. 36, 182–201.

background image

444

OSACKÝ, BINČÍK, PAĽO, UHLÍK, MADEJOVÁ and CZÍMEROVÁ

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 5, 433–445

Brindley  G.W.  1980:  Order-disorder  in  clay  mineral  structures.  In: 

Brindley  G.W.  &  Brown  G.  (Eds.):  Crystal  structures  of  clay 

minerals and their X-ray identification. Miner. Soc., London, 

126–195.

Calarge  L.M.,  Meunier  A.,  Lansan  B.  &  Formoso  M.L.L.  2006: 

Chemical signature of two Permian volcanic ash deposits within 

a bentonite bed from Melo, Uruguay. Ann. Braz. Acad. Sci. 78, 

525–541.

Chernyshev I.V., Háber M., Kovalenker V.A. Ivanenko V.V., Jeleň S. 

& Karpenko M.I. 1995: The age of the magmatic events and 

epithermal Au-Ag-base metals mineralization in the central zone 

of the Banská Štiavnica Stratovolcano: K–Ar data. Geol. Carpath. 

46, 6, 327–334.

Chernyshev  I.V.,  Konečný  V.,  Lexa  J.,  Kovalenker  V.A.,  Jeleň  S., 

Lebedev V.A. & Goltsman Y.V. 2013: K–Ar and Rb–Sr geochro-

nology and evolution of the Štiavnica Stratovolcano (Central 

Slovakia). Geol. Carpath. 64, 4, 327–351.

Chipera S.J. & Bish D.L. 2001: Baseline studies of the clay minerals 

society source clays: Powder X-ray diffraction analysis. Clays 

Clay Miner. 49, 398–409. 

Christidis G.E. 1998: Comparative study of the mobility of major and 

trace elements during alteration of an andesite and a rhyolite to 

bentonite, in the islands of Milos and Kimolos, Aegean, Greece. 

Clays Clay Miner. 46, 379–399.

Christidis G.E. 2001: Formation and growth of smectites in bento-

nites: a case study from Kimolos island, Aegean, Greece. Clays 

Clay Miner. 49, 204–215.

Christidis  G.E.  2006:  Genesis  and  compositional  heterogeneity  of 

smectites. Part III: Alteration of basic pyroclastic rocks — a case 

study from the Troodos Ophiolite Complex, Cyprus. Am. Mineral. 

91, 685–701.

Christidis G.E. & Dunham A.C. 1997: Compositional variations in 

smectites. Part II: Alteration of acidic precursors, a case study 

from Milos Island, Greece. Clay Miner. 2, 253–270.

Christidis G.E. & Huff W.D. 2009: Geological aspects and genesis of 

bentonites. Elements 5, 93–98.

Číčel B. & Komadel P. 1994: Structural formulae of layer silicates. In: 

Amonette J.E. & Zelazny L.W. (Eds.): Quantitative Methods in 

Soil Mineralogy. Soil Sci. Soc. Am.,  Madison,  Wisconsin, 

114−136.

Číčel B., Novák I. & Horváth I. 1974: Final report about the results of 

bentonite  research  from  the  Jelšový  potok  locality.  Open file 

 report, Institute of Inorganic Chemistry, Slovak Academy of 

 Sciences, Bratislava (in Slovak).

Číčel B., Komadel P., Bednáriková E. & Madejová J. 1992: Mine-

ralogical composition and distribution of Si, Al, Fe, Mg and Ca 

in the fine fractions of some Czech and Slovak bentonites. Geol. 

Carpath. Ser. Clays 1, 3–7.

Daux V., Guy C., Advocat T., Crovisier J-L. & Stille P. 1997: Kinetic 

aspects of basaltic glass dissolution at 90 °C: role of aqueous 

silicon and aluminium. Chem. Geol. 142, 109–126.

Demko  R.,  Lexa  J.,  Koděra  P.,  Biroň  A.,  Smolka  J.,  Šesták  P.,  

Konečný  P.,  Tuček  Ľ.,  Ferenc  Š.,  Bačo  P.,  Repčiak  M.,  

Kollárová  V.,  Pipík  Kyška  R.,  Mikušová  J.,  Kotulová  J., 

Bystrická  G.  &  Vlachovič  J.  2010:  Paleovolcanic  recon-

struction of the Slovak rhyolite volcanites and analysis of 

 magmatic and hydrothermal processes. Open File Report 15 

06, Geol. Inst. of Dionýz Štúr, Geofond, Bratislava, 1–728 (in 

Slovak).

Drits  V.A.,  Besson  G.  &  Muller  F.  1995: An  improved  model  for 

structural transformations of heat-treated aluminous diocta-

hedral 2:1 layer silicates. Clays Clay Miner. 43, 718–731.

Drits V.A., Eberl D.D. & Środoń J. 1998: XRD measurement of mean 

thickness, thickness distribution and strain for illite and illite–

smectite crystallites by the Bertaut–Warren–Averbach Technique. 

Clays Clay Miner. 46, 38–50.

Eberl D.D. 2003: User’s guide to RockJock — a program for deter-

mining quantitative mineralogy from powder X-ray diffraction 

data. Open File Report 03−78, U.S. Geol. Surv., 147.

Eberl  D.D.,  Drits  V.,  Środoń  J.  &  Nuesch  R.  1996:  MudMaster:  

a program for calculating crystallite size distribution and strain 

from the shapes of X-ray diffraction peaks. Open File Report 

96−171, U.S. Geol. Surv., 157.

Eberl D.D., Drits V.A. & Środoń J. 1998: Deducing growth mecha-

nisms for minerals from the shapes of crystal size distributions. 

Am. J. Sci. 298, 499−533.

Elzea J.M. & Murray H.H. 1990: Variations in the mineralogical, 

chemical and physical properties of the Cretaceous Clay Spur 

bentonite in Wyoming and Montana (USA). Appl. Clay Sci. 5, 

229−248.

Farmer  V.C.  1974:  Layer  silicates.  In:  Farmer  V.C.  (Ed.):  Infrared 

spectra of minerals. Miner. Soc., London, 331–363.

Galamboš  M.,  Kufčáková  J.,  Rosskopfová  O.  &  Rajec  P.  2010: 

 Adsorption  of  cesium  and  strontium  on  natrified  bentonites.  

J. Radioanal. Nucl. Chem. 283, 803–813.

Galindo L.S.G., Neto A.F.A., Silva M.G.C. & Vieira M.G.A. 2013: 

Removal of Cadmium(II) and Lead(II) Ions from Aqueous Phase 

on Sodic Bentonite. Mater. Res. 16, 515–527.

Geramian  M.,  Osacky  M.,  Ivey  D.G.,  Liu  Q.  &  Etsell  T.H.  2016: 

 Effect  of  swelling  clay  minerals  (montmorillonite  and  illite–

smectite)  on  nonaqueous  bitumen  extraction  from Alberta  oil 

sands. Energy Fuels 30, 8083–8090.

Górniak K., Szydlak T., Gawel A., Klimek A., Tomczyk A., Sulikow-

ski B., Olejniczak Z., Motyka J., Serwicka E.M. & Bahranowski 

K.  2016:  Commercial  bentonite  from  the  Kopernica  deposit 

(Tertiary, Slovakia): a petrographic and mineralogical approach. 

Clay Miner. 51, 97–122.

Górniak K., Szydlak T., Gawel A., Klimek A., Tomczyk A., Motyka J. 

& Bahranowski K. 2017: Smectite-, silica- and zeolite-bearing 

raw  materials  (Hliník  nad  Hronom  bentonite,  Slovakia)  —  

A new approach using integrated petrographic and mineralogical 

studies. Appl. Clay Sci. 141, 180–191.

Guggenheim S. & Van Groos A.F.K. 2001: Baseline studies of the 

clay minerals society source clays: thermal analysis. Clays Clay 

Miner. 49, 433–443. 

Kiviranta L. & Kumpulainen S. 2011: Quality control and characteri-

zation of bentonite materials. Working Report 2011−84, POSIVA 

OY, 198.

Koděra  P.,  Lexa  J.,  Fallick  A.E.,  Wälle  M.  &  Biroň  A.  2014: 

 

Hydrothermal fluids in epithermal and porphyry Au 

 

deposits  in  the  Central  Slovakia  Volcanic  Field.  In:  Garofalo  

P.S.  &  Ridley  J.R.  (Eds.):  Gold-transporting  hydrothermal  

fluids in the Earthʼs crust. Geol. Soc. London Spec. Publ. 402, 

177–206.

Konečný  V.,  Lexa  J.  &  Planderová  E.  1983:  Stratigraphy  of  the 

 Central Slovakia Neogene Volcanic Field. Západ. Karpaty, Sér. 

Geol. 9, 1−203 (in Slovak with English summary).

Kraus I., Číčel B., Šamajová E. & Machajdík D. 1982: Origin and 

distribution of clays resulting from alteration of rhyolite volca-

nic  rocks  in  Central  Slovakia  (Czechoslovakia).  Geol. Zbor. 

Geol. Carpath. 33, 269–275.

Kraus I., Šamajová E., Šucha V., Lexa J. & Hroncová Z. 1994: Diage-

netic and hydrothermal alteration of volcanic rocks into clay 

minerals and zeolites (Kremnické vrchy Mts., the Western Car-

pathians). Geol. Carpath. 45, 151–158.

La Grega M.D., Buckingham P.L. & Evans J.C. 1994: Hazardous 

waste management. McGraw Hill, New York, 1–1315.

Lexa  J.,  Halouzka  R.,  Havrila  M.,  Hanzel  V.,  Kubeš  P.,  Liščák  P.  

&  Hojstričová  V.  1998:  Explanatory  notes  to  the  geological  

map of Kremnické vrchy mountain range. Geological Survey of 

Slovak Republic,  Bratislava,  1–308  (in  Slovak  with  English 

 summary).

background image

445

BENTONITES FROM THE JASTRABÁ FORMATION (WESTERN CARPATHIANS)

GEOLOGICA CARPATHICA

, 2019, 70, 5, 433–445

Meier L.P. & Kahr G. 1999: Determination of the cation exchange 

capacity  (CEC)  of  clay  minerals  using  the  complexes  of  cop-

per(II)ion with triethylenetetramine and tetraethylenepentamine. 

Clays Clay Miner. 47, 386–388.

Meyer W. 1972: Eine Methode zur Qualitätbestimmung von Bentonit. 

Giesserei-Rundschau 6, 66–69.

Moll  W.F.  Jr.  2001:  Baseline  studies  of  the  clay  minerals  society 

source clays: Geological origin. Clays Clay Miner. 49, 274–380.

Moore D.M. & Hower J. 1986: Ordered interstratification of dehydra-

ted and hydrated Na-smectite. Clays Clay Miner. 34, 379–384. 

Mystkowski  K.,  Środoń  J.  &  Elsass  F.  2000:  Mean  thickness  and 

thickness  distribution  of  smectite  crystallites.  Clay Miner. 35, 

545–557.

Novák I. & Číčel B. 1972: Refinement of surface area determining of 

clays by ethylene glycol monoethyl ether (EGME) retention. In: 

Konta  J.  (Ed.):  Proc.  5

th

 Conference on Clay Mineralogy and 

Petrology. Prague, 123–129.

Omotoso O. & Eberl D.D. 2009: Sample preparation and data collec-

tion strategies for X-ray diffraction quantitative phase analysis 

of clay-bearing rocks. In: 46

th

 Annual Meeting of the Clay Mi-

nerals Society. Billings, Montana, 1–209.

Osacký  M.,  Honty  M.,  Madejová  J.,  Bakas,  T.  &  Šucha  V.  2009: 

 Experimental  interactions  of  Slovak  bentonites  with  metallic 

iron. Geol. Carpath. 60, 6, 535–543.

Osacký M., Šucha V., Miglierini M. & Madejová J. 2012: Reaction of 

bentonites  with  pyrite  concentrate  after  wetting  and  drying 

 cycles  at  80  ºC:  relevance  to  radioactive  waste  (Radwaste) 

 storage.  Clay Miner. 47, 465–479.

Osacký M., Šucha V., Czímerová A., Pentrák M. & Madejová J. 2013: 

Reaction of smectites with iron in aerobic conditions at 75 °C. 

Appl. Clay Sci. 72, 26–36.

Pacovský J., Svoboda J. & Zapletal L. 2007: Saturation development 

in the bentonite barrier of the Mock-Up-CZ geotechnical expe-

riment. Phys. Chem. Earth 32, 767–779.

Pentrák M., Czímerová A., Madejová J. & Komadel P. 2012: Changes 

in layer charge of clay minerals upon acid treatment as obtained 

from their interactions with methylene blue. Appl. Clay Sci. 55, 

100–107.

Pentrák  M.,  Hronský  V.,  Pálková  H.,  Uhlík  P.,  Komadel  P.  &   

Madejová  J.  2018:  Alteration  of  fine  fraction  of  bentonite  

from  Kopernica  (Slovakia)  under  acid  treatment:  a  combined 

XRD, FTIR, MAS NMR and AES study. Appl. Clay Sci. 163, 

204–213.

Rao G.P.C., Satyaveni S., Ramesh A., Seshaiah K., Murthy K.S.N. & 

Choudary  N.V.  2006:  Sorption  of  cadmium  and  zinc  from 

 aqueous  solutions  by  zeolite  4A,  zeolite  13X  and  bentonite.  

J. Environ. Manage. 81, 265–272.

Record  of  Mining  Areas  2016:  Obvodný  banský  úrad  v  Banskej 

Bystrici,  Banská  Bystrica,  Slovakia.  http://www.hbu.sk/sk/

Dobyvacie-priestory/Banska-Bystrica.alej (in Slovak).

Rowland R.A. 1955: Differential thermal analysis of clays and car-

bonates. In: Pask J.A. & Turner M.D. (Eds.): Proc. 1

st

 National 

Conference on Clays and Clay Technology. Clays and Clay 

Technology Bulletin 169, 151–163.

Šamajová E., Kraus I. & Lajčáková A. 1992: Diagenetic alteration of 

Miocene acidic vitric tuffs of the Jastrabá Formation (Kremnické 

vrchy Mts., Western Carpathians). Geol. Carpath. Ser. Clays 1, 

21–26.

Sheta A.S., Falatah A.M., Al-Sewailem M.S., Khaled E.M. & Sallam 

A.S.H. 2003: Sorption characteristics of zinc and iron by natural 

zeolite and bentonite. Micropor. Mesopor. Mater. 61, 127–136.

Simić V. & Uhlík P. 2006: Crystallite size distribution of clay mine-

rals from selected Serbian clay deposits. Annales Geologiques 

de la Peninsule Balkanique 67, 109–116.

Środoń J. & McCarty D.K. 2008: Surface area and layer charge of 

smectite from CEC and EGME/H

2

O-retention measurements. 

Clays Clay Miner. 56, 155–174.

Środoń  J.,  Drits  V.A.,  McCarty  D.K.,  Hsieh  J.C.C.  &  Eberl  D.D. 

2001:  Quantitative  X-ray  diffraction  analysis  of  clay-bearing 

rocks from random preparations. Clays Clay Miner. 49, 514–528.

Stríček I., Šucha V., Uhlík P., Madejová J. & Galko I. 2009: Mineral 

stability of iron-rich bentonite in the Mock-Up-CZ experiment. 

Geol. Carpath. 60, 431–436.

Šucha V. & Kraus I. 1999: Natural microporous materials of Central 

Slovakia. In: Misaelides P., Macášek F., Pinnavaia T.J. & Colella 

C.  (Eds.):  Natural  Microporous  Materials  in  Environmental 

Technology. NATO Science Series, Series E: Applied Sciences, 

Kluwer Academic Publishers, 362, 101–107.

Šucha  V.,  Kraus  I.,  Mosser  Ch.,  Hroncová  Z.,  Soboleva  K.A.  & 

Širáňová  V.  1992:  Mixed-layer  illite/smectite  from  the  Dolná 

Ves  hydrothermal  deposit,  the  Western  Carpathians  Kremnica 

Mts. Geol. Carpath. Ser. Clays 1, 13–19.

Šucha V., Galko I., Madejová J. & Kraus I. 1996: Mineralogical and 

crystallochemical characteristics of bentonite from the area of 

the Zvolenská kotlina Basin (Western Carpathians). Mineralia 

Slovaca 28, 129–134.

Šucha  V.,  Środoń  J.,  Clauer  N.,  Elsass  F.,  Eberl  D.D.,  Kraus  I.  & 

Madejová  J.  2001:  Weathering  of  smectite  and  illite-smectite 

 under temperate climatic conditions. Clay Miner. 38, 403–419.

Tiller K., Gerth J. & Brummer G. 1984: The relative affinities of Cd, 

Ni, and Zn for different soil fractions and goethite. Geoderma 

34, 17–35.

U.S. Geological Survey 2019: Mineral commodity summaries 2019. 

U.S. Geol. Surv., 1–200, https://www.usgs.gov/centers/nmic/

mineral-commodity-summaries.

Uhlík P., Jánošík M., Kraus I., Pentrák M. & Čaplovičová M. 2012: 

Characterisation of bentonite from Hliník nad Hronom deposit 

(Jastrabá Formation of the Štiavnica stratovolcano, Western Car-

pathians). Acta Geologica Slovaca 4, 125–137 (in Slovak with 

English summary).

Viraraghavan T. & Kapoor A. 1994: Adsorption of mercury from 

wastewater by bentonite. Appl. Clay Sci. 9, 31–49.

Wolters F. & Emmerich K. 2007: Thermal reactions of smectites — 

relation of dehydroxylation temperature to octahedral structure. 

Thermochim. Acta 462, 80–88. 

Zhu X., Cai J., Song G. & Ji J. 2015: Factors influencing the specific 

surface areas of argillaceous source rocks. Appl. Clay Sci.  

109–110, 83–94.