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Spherical Kaolinite: Synthesis and Mineralogical Properties

Published online by Cambridge University Press:  02 April 2024

Shinji Tomura
Affiliation:
Government Industrial Research Institute Nagoya, Seto Branch 110, Nishiibara, Seto, Aichi, 489, Japan
Yasuo Shibasaki
Affiliation:
Government Industrial Research Institute Nagoya, Seto Branch 110, Nishiibara, Seto, Aichi, 489, Japan
Hiroyuki Mizuta
Affiliation:
Government Industrial Research Institute Nagoya, Seto Branch 110, Nishiibara, Seto, Aichi, 489, Japan
Masao Kitamura
Affiliation:
Department of Geology and Mineralogy, Faculty of Science Kyoto University, Sakyo-ku, Kyoto, 606, Japan
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Abstract

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Spherical kaolinite has been synthesized for the first time from noncrystalline aluminosilicate material in hydrothermal experiments conducted between 150° and 250°C and under autogenous vapor pressure. Spherules, whose mean diameters depended on growth conditions (0.1–0.6 μm), were formed surrounding the noncrystalline aluminosilicate in all products of 150° and 200°C runs and coexisted with platy or lath-shaped kaolinite in the products of 250°C runs. The estimated percentages of spherules in the products increased from about 1% in the 150°C-15 days product to about 74% in 200°C-8 days product, and decreased from about 21% in 250°C-2 days product to 0% in 250°C-8 days product. Lattice images by high-resolution electron microscope indicated that the spherules consisted of nearly concentric stackings of layers with a unit spacing of 7Å, which were sectored by radiating boundaries. The mean chemical composition of the spherules (Al2O3/SiO2 = 0.58) analyzed by the analytical electron microscope is similar to that of kaolinite (Al2O3/SiO2 = 0.5). Even in the case of the product abundant in spherule (200°C-8 days), X-ray powder diffraction patterns of the wetted products, e.g., of the 200°C-8 day run, showed the 7.14-Å (001) reflection of kaolinite. The 020 reflection was broad, indicating the existence of abundant (001) layer displacements. The b axis (8.94 Å) were within the kaolinite range (8.93–8.94 Å). No infrared absorption peaks were observed at 3550 cm−1 which would correspond to halloysite. The differential thermal analysis slope ratios of the endothermic peak at about 550°C (1.4–2.3) were in the kaolinite range (0.78–2.39).

Резюме

Резюме

Сферический каолинит был первый раз синтезирован из некристаллического алюминосиликатного материала путем гидротермических экспериментов, проведенных при температурах от 150°С до 250°С и при автогенном давлении пара. Шарики, средние диаметры которых зависили от условий роста (0,1-0,6 μм), были образованы вокруг некристаллических алюминосиликатов во всех продуктах экспериментов при 150°С и 200°С и существовали с пластинчатым каолинитом в продуктах экспериментов при 250°С. Определенное процентное содержание шариков увеличивалось от 1% в продуктах, образованных при 150°С в течение 15 дней, до около 74% в продуктах, образованных при 200°С в течение 8 дней, а также уменьшалось от около 21% в продуктах при условиях 250°С-2 дня до 0% в условиях 250°С-8 дней. Отображения решетки при помощи электронного микроскопа с высокой равщиряющей способностью указывают на то, что эти шарики состояли из почти концентрических групп слоев с элементарным расстоянием 7 Å, которые были расчленены излучающими границами. Средний химический состав шариков (А12O3/SiO2 = 0,58), анализированный при помощи аналитического электронного микроскопа, был похож на состав каолинита (А12О3/SiO2 = 0,5). Даже в случае наличия избытка шариков в продуктах (200°С-8 дней), образы рентгеновской порошковой дифракции влажных продуктов экспериментов показали отражение 7,14 Å (001) каолинита. 020 отражение было широким, указывая на существование перемещений слоев 001. Оси Ь (8,94 Å) находились в каолинитовом диапазоне (8,93-8,94 Å). Не наблюдалось полос инфракрасной абсорбции при 3550 цμ−1, которые соответствовали бы галлоизиту. Отнощения наклонов эндотермических пиков дифференциального термического анализа при около 550°С (1,4–2,3) находились в каолинитовом диапазоне (0,78–2,39). [Е.О.]

Resümee

Resümee

Kugeliger Kaolinit wurde zum ersten Mal aus nichtkristallinem Alumosilikatmaterial in hydrothermalen Experimenten synthetisiert, die zwischen 150° und 250°C und unter autogenem Dampfdruck durchgeführt wurden. Die Kugeln, deren durchschnittlicher Durchmesser von den Wachstumsbedingungen abhing (0,1–0,6 μm), umgaben in allen zwischen 150° und 200°C gebildeten Produkten das nichtkristalline Alumosilikat. In den bei 250°C entstandenen Produkten bildeten sie sich neben plattigen und leistenförmigen Kaoliniten. Der geschätzte Anteil der Kugeln in den Produkten nahm von etwa 1% in den bei 150°C nach 15 Tagen entstandenen Produkten auf etwa 74% in den bei 200°C nach 8 Tagen enstandenen Produkten zu. Weiters nahmen sie von etwa 21% in den bei 250°C nach 2 Tagen entstandenen Produkten auf 0% in den bei 250°C nach 8 Tagen entstandenen Produkten ab. Die Gitterbilder mittels hochauflösender Elektronenmikroskopie zeigten, daß die Kugeln aus einer nahezu konzentrischen Anordnung von Schichten mit einem Schichtabstand von 7 Å bestehen, die durch radiale Grenzen unterteilt sind. Der Durchschnittschemismus der Kugeln (Al2O3/SiO2 = 0,58), der mittels Mikrosonde bestimmt wurde, ist ähnlich dem von Kaolinit (Al2O3/SiO2 = 0,5). Selbst wenn in dem Produkt die Kugeln überwiegen (200°C, 8 Tage), zeigen die Röntgenpulverdiffraktometeraufnahmen der feuchten Produkte, z.B. das aus dem Experiment bei 200°C und 8 Tagen, den 7,14 Å (001) Reflex von Kaolinit. Der 020 Reflex war breit, was auf eine häufige Fehlordnung der 001 Schichten hindeutet. Der Abschnitt auf der b-Achse (8.94 Å) war innerhalb der bei Kaoliniten üblichen (8,93–8,94 Å). Bei 3550 cm−1 wurden keine Infrarot-Absorptionspeaks gefunden, die auf Halloysit hingedeutet hätten. Die Neigungsverhältnisse des endothermen Peaks bei 550°C (1,4–2,3) der differentialthermoanalytischen Untersuchung lag im Bereich der Kaolinite (0,78–2,39). [U.W.]

Résumé

Résumé

La kaolinite sphérique a été synthétisée pour la première fois à partir de matériel aluminosilicate non-cristallin dans des expériences hydrothermiques menées entre 150°C et 250°C et sous une pression de vapeur autogène. Des sphérules dont les diamètres moyens dépendaient des conditions de croissance (0,1–0,6 μm) ont été formées autour de l'aluminosilicate non-cristallin dans tous les produits des expériences à 150°C et 200°C et coexistaient avec la kaolinite en plaquettes ou en forme de lattes dans les produits des expériences à 250°C. Les pourcentages de sphérules estimés dans les produits ont augmenté d’à peu près 1% dans le produit 150°C-15 jours à à peu près 74% dans le produit 200°C-8 jours, et a diminué d’à peu près 21% dans le produit 250°C jours à 0% dans le produit 250°C-8 jours. Des images de lattice par microscope électronique à haute résolution ont indiqué que les sphérules consistaient d'empilement de couches presque concentriques avec un espacement d'unités de 7 Å, sectionnés par des limites radiantes. La composition chimique moyenne des sphérules (Al2O3/SiO2 = 0,58) analysée par le microscope électronique analytique est semblable à celle de la kaolinite (Al2O3/SiO2 = 0,5). Même dans le cas du produit abondant en sphérules (200°C-8 jours), les clichés de diffraction des rayons-X des produits mouillés, e.g., de l'expérience à 200°C-8 jours, ont montré la réflection 7,14-Å (001) de la kaolinite. La réflection 020 était large, indiquant l'existence d'abondants déplacements de couche (001). L'axe b (8,94 Å) est darts la gamme de la kaolinite (8,93–8,94 Å). Aucun sommet d'absorption infrarouge n'a été observé à 3550 cm−1, ce qui corresponderait à l'halloysite. Les proportions de courbes d'analyse différentielle thermique du sommet endothermique à à peu près 550°C (1,4–2,3) étaient dans la gamme de la kaolinite (0,78–2,39). [D.J.]

Type
Research Article
Copyright
Copyright © 1983, The Clay Minerals Society

References

Bates, T. F. and Gard, J. A., 1971 The kaolin minerals The Electron-Optical Investigation of Clays London Mineral-ogical Society 109158.CrossRefGoogle Scholar
Bramao, L., Cady, J. G., Hendricks, S. B. and Swerdlow, M., 1952 Criteria for the characterization of kaolinite, halloysite, and a related mineral in clays and soils Soil Sci. 73 273287.CrossRefGoogle Scholar
Brindley, G. W. and Brown, G., 1980 Crystal Structures of Clay Minerals and Their X-ray Identification London Mineralogical Society.CrossRefGoogle Scholar
Brunauer, S., Emmett, P. H. and Teller, E., 1938 Adsorption of gases in multi-molecular layers J. Amer. Chem. Soc. 60 309319.CrossRefGoogle Scholar
DeKimpe, C. R., Gautuche, M. C. and Brindley, G. W., 1964 Low-temperature syntheses of kaolin minerals Amer. Mineral. 49 116.Google Scholar
DeKimpe, C. R., Kodama, H. and Rivard, R., 1981 Hydrothermal formation of kaolinite material from aluminosilicate gels Clays & Clay Minerals 29 446450.CrossRefGoogle Scholar
Farmer, V. C., 1974 The Infrared Spectra of Minerals London Mineralogical Society.CrossRefGoogle Scholar
Hinckley, D. N. and Swineford, A., 1963 Variability in “crystallinity” values among the kaolin deposits of the coastal plain of Georgia and South Carolina Clays and Clay Minerals, Proc. 11th Natl. Conf., Ottawa, Ontario, 1962 New York Pergamon Press 229235.Google Scholar
Kato, E., Kanaoka, S. and Inagaki, S., 1977 Infrared spectra of kaolin minerals in OH region (I); on the glass slide method for the measurement of the infrared spectra in OH region of clay minerals Rept. Govt. Industr. Res. Inst. Nagoya 26 203210.Google Scholar
Kato, E., Kanaoka, S. and Kato, S., 1981 On the glass-slide reflection method for infrared adsorption spectra measurement of clay minerals J. Clay Sci. Soc. Japan 21 1925 in Japanese.Google Scholar
Kirkman, J. H., 1981 Morphology and structure of halloy-site in New Zealand tephras Clays & Clay Minerals 29 19.CrossRefGoogle Scholar
Kohyama, N., Fukushima, K. and Fukami, A., 1978 Observation of the hydrated form of tubular halloysite by an electron microscope equipped with an environmental cell Clays & Clay Minerals 26 2540.CrossRefGoogle Scholar
Morimoto, N. and Kitamura, M., 1981 Applications of 200 kV analytical electron microscopy to the study of the textures of minerals Bull. Mineral. 104 241245.Google Scholar
Nagasawa, K. and Heller, L., 1969 Kaolin minerals in Cenozoic sediments of central Japan Proc. Int. Clay Conf., Tokyo, 1969 Jerusalem Israel University Press 1530.Google Scholar
Parham, W. E., 1969 Formation of halloysite from feldspar: low temperature, artificial weathering versus natural weathering Clays & Clay Minerals 17 1322.CrossRefGoogle Scholar
Rodrique, L., Poncelet, G., Herbillon, A. and Serratosa, J. M., 1972 Importance of the silica subtraction process during the hydro-thermal kaolinitization of amorphous silico-aluminas Proc. Int. Clay Conf., Madrid 1972 Madrid Div. Ciencias C.S.I.C 187198.Google Scholar
Roy, R. and Osborn, E. F., 1954 The system Al2O3-SiO2-H2O Amer. Miner. 39 853885.Google Scholar
Tomura, S., Kitamura, M., Shibasaki, Y. and Maeda, T., 1982 Iron in gairome clay—analytical electron microscopic study J. Ceram. Soc. Japan 90 2832 in Japanese.Google Scholar
Trichet, J. and Heller, L., 1969 Study of the structure of volcanic glass and its relation to the alteration of vitreous rocks Proc. Int. Clay Conf, Tokyo 1969, 1 Jerusalem Israel University Press 443453.Google Scholar