Hostname: page-component-586b7cd67f-vdxz6 Total loading time: 0 Render date: 2024-11-27T02:41:48.207Z Has data issue: false hasContentIssue false
  • English
  • Français

Precipitation of Kaolinite at 25°C and 1 ATM

Published online by Cambridge University Press:  01 July 2024

J. A. Kittrick
J. A. Kittrick*
Affiliation:
Department of Agronomy, Washington State University, Pullman, Wash. 99163
Rights & Permissions [Opens in a new window]

Abstract

Core share and HTML view are not available for this content. However, as you have access to this content, a full PDF is available via the ‘Save PDF’ action button.

The 0.2–5μ particle size fraction of montmorillonite from three sources was equilibrated with various solutions at room temperature. After 3–4 yr, kaolinite was found in some of the samples that were supersaturated with respect to kaolinite, but not in any of the undersaturated samples or in the original montmorillonite. X-ray diffraction analysis of the precipitated kaolinite showed no inter-layer expansion of glycerated, oriented samples. Random powder samples indicated a poor crystal-Unity. The thermal stability of the precipitated material was indistinguishable from that of crystalline kaolinite. The electron microscope did not reveal any distinctive sizes or shapes.

Equilibration behavior of several samples defined a single kaolinite solubility line at or above which kaolinite apparently begins to precipitate. The solubility line is equivalent to a standard free energy of formation (ΔG) of -904.2 kcal per mole of kaolinite. This represents highly crystalline kaolinite. The stability of kaolinite actually precipitated at room temperature probably depends upon precipitation conditions. Thus kaolinite stability could range from poorly crystalline up to the equivalent of the kaolinite solubility line at which initial precipitation begins.

Résumé

Résumé

La fraction de particule de 0,2 à 5μ de montmorillonite provenant de trois sources différentes a été équilibrée avec des solutions variées à la température ambiante. Trois ou quatre ans après, de la kaolinite a été trouvée dans certains échantillons qui étaient supersaturés par rapport à la kaolinite, mais pas dans les échantillons sous-saturés ou dans la montmorillonite d’origine. L’analyse par la diffraction des rayons X de la kaolinite précipitée n’a montré aucune expansion de la couche intermédiaire des échantillons orientés et glycérinés. Des échantillons de poudre pris au hazard indiquaient une pauvre cristallinité. La stabilité thermique du matériau précipité n’était pas indistincte de celle de la kaolinite cristalline. Le microscope électronique n’a pas révélé des tailles ou formes distinctives.

Le comportement de l’équilibrage de plusieurs échantillons a tracé une simple ligne de solubilité de la kaolinite à laquelle ou au-dessus de laquelle la kaolinite commence apparemment à se précipiter. La ligne de solubilité est équivalente à une énergie libre standard de formation (ΔG) de —904,2 kcal par mole de kaolinite. Ceci représente une kaolinite hautement cristalline. La stabilité de la kaolinite actuellement précipitée à température ambiante dépend probablement des conditions de la précipitation. Ainsi la stabilité de la kaolinite pourrait s’étendre de très peu cristalline jusqu’à l’équivalent de la ligne de solubilité de la kaolinite à laquelle commence la précipitation initiale.

Kurzreferat

Kurzreferat

Eine Fraktion mit 0,2 bis 5μ Teilchengröße von Montmorilloniten aus drei Quellen wurde mit verschiedenen Lösungen bei Zimmertemperatur abgeglichen. Nach 3–4 Jahren konnte in einigen der Proben, die in Bezug auf Kaolinit übersättigt waren, Kaolinit festgestellt werden, nicht jedoch in den untersättigten Proben oder in dem ursprünglichen Montmorillonit. Röntgenbeugungs-analyse des ausgefällten Kaolinits zeigte keine Zwischenschichtaufblähung von glyzerierten, orientierten Proben. Stichproben deuteten geringe Kristallinität an. Die Wärmebeständigkeit des ausgefällten Materials ließ sich von der eines kristallinen Kaolinits nicht unterscheiden. Das Elektronenmikroskop zeigte keine ausgeprägten Größen oder Formen.

Das Abgleichungsverhalten verschiedener Proben ließ eine einzige Kaolinit Löslichkeitsgrenzlinie hervortreten, bei und oberhalb welcher Kaolinit scheinbar anfängt auszufallen. Die Löslichkeitsgrenzlinie entspricht einer normalen freien Bildungsenergie (AG) von —904,2 kcal pro Mol Kaolinit. Das stellt hoch-kristallinen Kaolinit dar. Die Beständigkeit des bei Zimmertemperatur ausgefällten Kaolinits hängt vermutlich von den Ausfällungsbedingungen ab. Der Bereich der Kaolinitstabilität könnte sich vom gering kristallinen Zustand bis zu dem Aquivalent der Löslichkeitsgrenze des Kaolinits, bei welcher die Ausfällung beginnt, erstrecken.

Резюме

Резюме

Частицы монтмориллонита фракции 0,2-5 мк из трех различных источников обрабатывались различными растворами при комнатной температуре. После старения суспензий в течение 3–4 лет каолинит был обнаружен лишь в некоторых образцах, которые первоначально были “перенасыщены” в отношении каолинита, но не был обнаружен ни в “ненасыщенных” им образцах, ни в образцах первоначально “насыщенных” монтмориллонитом. Рентгенографический анализ осажденных каолинитов не выявил наличия разбухающих при насыщении глицерином ориентированных образцов. Неориентированные порошковые образцы характеризовались невысокой степенью кристалличности. По термической устойчивости осадки из суспензий не отличаются от кристаллического каолинита. Исследование под электронным микроскопом не выявило различия в размерах и форме частиц.

Равновесные свойства нескольких образцов позволили определить линию уровня растворимости каолинита, при котором или выше которого каолинит начинает осаждаться. Этот уровень эквивалентен стандартной свободной энергии образования каолинита. (ДО), равной 904, 2 ккал/моль (высокая степень кристалличности). Устойчивость каолинита осажденного при комнатной температуре, вероятно, в какойто степени зависит от условий, осаждения. Она может изменяться от устойчивости, свойственной плохо окристаллизованным образцам, до устойчивости, эквивалентной уровню растворимости каолинита, при котором начинается первичное осаждение.

Type
Research Article
Information
Clays and Clay Minerals , Volume 18 , Issue 5 , December 1970 , pp. 261 - 267
Copyright
Copyright © 1970 The Clay Minerals Society

Footnotes

*

Most of the analyses in this investigation were done by Mr. E. W. Hope, with the assistance of Mr. C. E. Ricketts and Mr. J. Dollhausen. This investigation was started in 1965 at Harvard University while the author was on sabbatical leave from Washington State University and was supported in part by a grant of funds to Dr. R. M. Garrels from the petroleum Research Fund of the American Chemical Society. Completion of the work was supported in part by grant 16060DGK from the Federal Water Pollution Control Administration. This work is published as Scientific Paper No. 3398, College of Agriculture, Washington State University, Pullman. Project 1885.

References

Barany, R. and Kelley, K. K. (1961) Heats and free energies of formation of gibbsite, kaolinite, halloysite and dickite: U.S. Bur. Mines R.I. 5825, 13 pp.Google Scholar
Brindley, G. W., DeSouza Santos, P. and DeSouza Santos, H. (1963) Mineralogical studies of kaolinite- halloysite clays. I. Identification problems : Am. Mineralogist. 48, 897–910.Google Scholar
De Kimpe, C. R. (1969) Crystallization of kaolinite at low temperature from an alumino-silicic gel: Clays and Clay Minerals. 17, 37–38.CrossRefGoogle Scholar
DeKimpe, C. R. and Fripiat, J. J. (1968) Kaolinite crystallization from E-exchanged zeolites : Am Mineralogist. 53, 216–230.Google Scholar
DeKimpe, C. R., Gastuche, M. C. and Brindley, G. W. (1964) Low-temperature synthesis of Kaolin minerals: Am. Mineralogist. 49, 1–16.Google Scholar
Garrels, R. M. and Christ, C. L. (1965) Solutions, Minerals and Equilibria . Harper and Row, New York , 435 pp.Google Scholar
Kerr, P. F. (1951) Reference clay minerals. American Petroleum Institute Research Project 49. Columbia University Press, New York.Google Scholar
Kittrick, J. A. (1966) Free energy of formation of kaolinite from solubility measurements: Am. Mineralogist 51, 1457–1466.Google Scholar
Kittrick, J. A. (1969) Soil minerals in the Al2O3-SiO2- H2O system and a theory of their formation: Clays and Clay Minerals 17, 157–167.CrossRefGoogle Scholar
Klotz, I. (1964) Chemical Thermodynamics: W. A. Benjamin, New York , 468 pp.Google Scholar
Polzer, W. L., Hem, J. D. and Gabe, H. J. (1967) Formation of crystalline hydrous aluminosilicates in aqueous solutions at room temperature: U.S. Geol. Surv. Prof. Paper 575-B pp. 128–132.Google Scholar
Poncelet, G. and Brindley, G. W. (1967) Experimental formation of kaolinite from montmorillonite at low temperature: Am. Mineralogist 53, 1161–1173.Google Scholar
Ponder, H. and Keller, W. D. (1960) Geology, mineralogy, and genesis of selected fireclays from Latah County, Idaho: Clays and Clay Minerals 8, 44–62.CrossRefGoogle Scholar
Schofield, R. K. and Taylor, A. W. (1954) The hydrolysis of aluminum salt solutions: J. Chem. Soc. 18, 4445–4448.CrossRefGoogle Scholar
Van Lier, J. P., De Bruyn, P. L. and Overbeek, J. T. G. (1960) The solubility of quartz: /. Phys. Chem. 64, 1675–1682.CrossRefGoogle Scholar
Van Moort, J. C., DeKimpe, C., Herbillon, A. and Fripiat, J. J. (1966) Neósynthèse d'un interstratifié chlorite- montmorillonite à partie des produits d'altération de la montmorillonite: Bull. Soc. Franc. Mineral. Christ. 89, 89–99.Google Scholar
Wise, S. S., Margrave, J. L., Feder, H. M. and Hubbard, W. N. (1963) Fluorine bomb calorimetry-V. The heats of formation of silicon tetrafluoride and silica: J. Phys. Chem. 67, 815–821.CrossRefGoogle Scholar