Determination of solid solution limits based on the thermal behaviour of aluninium substituted iron hydroxides and oxides

The formation of substitutional solid solutions of the isostructural oxyhydroxides -FeOOH--AlOOH (goethite-diaspore and -FeOOH--AlOOH (lepidocrocite-boehmite) was investigated by X-ray powder diffraction technique and by thermal analysis.The unit cell parameters of both orthorhombic structures of -Fe_1–x-Al_xOOH (Pbnm) and -Fe_1–xAl_xOOH (Cmcm) decrease clearly with the increase of aluminium content up tox=0.10.Thermal analysis reveals the sensitivity of DTA and DTG effects to the composition of solid solutions. The temperatures of topotactic formation of rhombohedral -(Fe, Al)₂O₃ and of the defect-spinel -(Fe, Al)₂O₃ during the dehydroxylation of -(Fe, Al)OOH and -(Fe, Al)OOH respectively increase as the aluminium concentration rises up to 10 mol%. The dehydration curves of samples with greater aluminium content exhibits the same maximumm/T as for the 10 mol% Al-preparation, indicating indirectly the end-members of the solid solution ranges.

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Zusammenfassung Mittels Röntgendiffraktion und Thermoanalyse wurde die Bildung von Substitutions-Mischkristallen der isostrukturellen Oxyhydroxide -FeOOH--AlOOH (Goethit-Diaspor) und -FeOOH--AlOOH (Lepidokrokit-Böhmit) untersucht. Die Elementarzellenparameter beider rhombischer Strukturen von -Fe_1–xAl_xOOH (Pbnm) und -Fe_1–xAl_xOOH (Cmcm) werden mit zunehmenden Aluminiumgehalt bis zux=0.10 eindeutig kleiner.Thermoanalyse zeigt die Empfindlichkeit von DTA- und DTG-Effekten gegenüber der Zusammensetzung der Mischkristalle. Steigt die Aluminiumkonzentration bis 10 mol% an, so erhöhen sich auch die Temperaturen für die topotaktische Bildung von rhomboedrischem -(Fe,Al)₂O₃ und des Defekt-Spinells -(Fe,Al)₂O₃ bei der Dehydroxylierung von -(Fe,Al)OOH und -(Fe,Al)OOH. Die Dehydratationskurven von Proben mit einem größeren Aluminiumgehalt zeigen dasselbe m/T-Maximum wie für die Proben mit 10 mol%, was indirekt auf die Grenze des Mischkristallbereiches deutet.