Hostname: page-component-77c89778f8-7drxs Total loading time: 0 Render date: 2024-07-16T21:28:21.476Z Has data issue: false hasContentIssue false
  • English
  • Français

Kaolinite Synthesis. II. A Review and Discussion of the Factors Influencing the Rate Process

Published online by Cambridge University Press:  01 July 2024

M. C. Van Oosterwyck-Gastuche  and
A. La Iglesia
M. C. Van Oosterwyck-Gastuche
Affiliation:
Musée royal de l'Afrique centrale, Département de Géologie et de Minéralogie, B-1980, Tervuren, Belgium
A. La Iglesia
Affiliation:
Departamento de Cristalografía, Mineralogia, y Mineralotecnia Facultad de Geología, Sección de Genesis y Síntesis Mineral Instituto “Lucas Mallada” del C.S.I.C., Madrid, Spain
Get access Rights & Permissions [Opens in a new window]

Abstract

Kaolinite is synthesized in approximately the same time in three temperature ranges: (1) from 200–250° to 350–400° (hydrothermal processes); (2) from 120 to 175° (semihydrothermal ones); (3) at ordinary temperature. It is thus evident that the rate process cannot be explained by the Arrhenius equation only, but is explained well by considering that kaolinite formation obeys the laws of crystal growth. It occurs only in slightly supersaturated solutions in which the nucleation process is possible and in which a slow and regular rate of growth has been insured. Concentrations calculated from the thermodynamical equilibria correspond to those of the experimental conditions for the low temperature processes. For the higher temperature ones, a similar relationship is delineated, at least as far as the thermodynamical treatment can be carried out.

Резюме

Резюме

Каолинит был синтезирован примерно за одинаковое время при трех диапазонах температур:1) от 200–250° до 350–400° (гидротермальные процессы); 2) от 120 до 175° (полу-гидротермальные процессы); 3) при обычной температуре. Это свидетельствует, что скорость процесса не может быть объяснена только уравнением Аррхениуса,но хорошо объясняется, если полагать, что формирование каолинита подчиняется законам роста кристаллов. Это наблюдается только в слегка пересыщенных растворах, в которых возможен процесс образования центров кристаллизации и в которых обеспечивается низкая и нормальная скорость роста кристаллов. Концентрации, вычисленные из термодинамических уравнений равновесия, соответствуют уравнениям, полученным из эксперементаль-ных условий для низкотемпературных процессов. Для высокотемпературных процессов установлены аналогичные взаимоотношения, по крайней мере до тех пор, пока может проводиться термодинамическая обработка.

Kurzreferat

Kurzreferat

Kaolinit wird innerhalb derselben Zeit in drei Temperaturbereichen synthetisiert:(l)von 200–250° bis 350–400° (hydrothermisches Verfahren); (2) von 120°bis 175° (semihydrothermisches);(3) bei gewöhnlicher Temperatur. Es ist daher klar, daß das Geschwindigkeitsverfahren nicht alleine mit der Arrheniusgleichung erklärt werden kann, aber es kann gut erläutert werden indem man in Betracht zieht, daß die Kaolinitbildung die Gesetze des Kristall Wachstums einhält. Es kommt nur in leicht übersättigten Lösungen vor, in welchen Nukleation stattfinden kann und in welchen langsames, regelmäßiges Wachsen gesichert ist. Konzentrationen, welche von den thermodynamischen Gleichgewichten errechnet werden, stimmen mit den experimentalen Bedingungen für das Verfahren bei niedriger Temperatur überein. Für die Verfahren bei höherer Temperatur kann eine ähnliche Verwandtschaft abgeleitet werden, zumindest solange wie die thermodynamische Behandlung ausgeführt werden kann.

Résumé

Résumé

La kaolinite est synthétisée à peu près en même temps dans trois étendues de température: (1) de 200°–250° à 350–400°(procédés hydrothermiques); (2) de 120 à 175°(procédés semi-hydrothermiques);(3) à température normale. Il est donc évident que le procédé de vitesse ne peut pas être expliqué par l’équation d'Arrhénius uniquement, mais est bien expliqué en considérant que la formation de kaolinite suit les lois de croissance de cristaux. Cette formation ne survient que dans des solutions à peine super-saturées dans lesquelles le procédé de nucléation est possible et dans lesquelles une vitesse de croissance lente et régulière est assurée. Les concentrations calculées d'après les équilibres thermiques correspondent à celles des conditions expérimentales pour les procédés à basse température. Pour ceux à haute température, une parentée similaire est es-quisée,du moins jusqu'au point où le traitement thermodynamique peut être exécuté.

Keywords

HydrothermalKaoliniteSynthesisThermodynamic
Type
Research Article
Information
Clays and Clay Minerals , Volume 26 , Issue 6 , December 1978 , pp. 409 - 417
Copyright
Copyright © 1978, The Clay Minerals Society

Access options

Get access to the full version of this content by using one of the access options below. (Log in options will check for institutional or personal access. Content may require purchase if you do not have access.)

References

Caillère, S. and Hénin, S. (1962) Vues d'ensemble sur le problème de la synthèse des minéraux phylliteux à basse température: Colloque sur la genèse et la synthèse des argiles, C.N.R.S., No. 105, Paris, 31–43.Google Scholar
Crowley, M. S. and Roy, R. (1960) The effect of formation processes on sheet structure—a possible case of Al-Si ordering: Geochim. Cosmochim. Acta 18, 94–100.CrossRefGoogle Scholar
De Kimpe, C. (1967) Hydrothermal aging of synthetic alumino-silicate gels: Clay Miner. 7, 203–214.CrossRefGoogle Scholar
De Kimpe, C. (1969) Crystallization of kaolinite at low temperature from an alumino-silicic gel: Clays & Clay Minerals 17, 37–38.CrossRefGoogle Scholar
De Kimpe, C. and Fripiat, J. J. (1968) Kaolinite crystallization from H-exchanged zeolites: Am. Mineral. 53, 216–230.Google Scholar
De Kimpe, C., Gastuche, M. C. and Brindley, G. W. (1964) Low temperature synthesis of clay minerals: Am. Mineral. 49, 1–16.Google Scholar
Dennfeld, F., Siffert, B. and Wey, R. (1970) Étude de l'influence des complexants de l'aluminium et du broyage sur la formation hydrothermale de la kaolinite: Bull. Groupe Fr. Argiles 12, 179–190.CrossRefGoogle Scholar
De Vijnck, Y. (1973) Étude des phases cristallines appartenant au système par Al2O3-SiO2-H2O formées par traitement hydrothermal de gels obtenus par coprécipitation d'Al(OH)3 et de Si(OH)4: Silic. Ind. 38, (10) 193–211.Google Scholar
De Vijnck, Y. (1975) Action des ions alcalins sur la transformation hydrothermale de gels silico-alumineux. I. Influence de l'ion Li+: Silic. Ind. 40, (10) 259–272.Google Scholar
De Vijnck, Y. (1976) Action des ions alcalins sur la transformation hydrothermales de gels silico-alumineux. II. Influence de l'ion K+: Silic. Ind. 41, (2) 67–81.Google Scholar
Eberl, D. and Hower, J. (1975) Kaolinite synthesis: the role of the Si/Al and the Alkali/H+ ratio in hydrothermal systems: Clays & Clay Minerals 23, 301–309.CrossRefGoogle Scholar
Ewell, R. H. and Insley, H. V. (1935) Hydrothermal synthesis of kaolinite, dicbite, beidellite and nontronite: J. Res. Nat. Bur. Stand. 15, 173–186.CrossRefGoogle Scholar
Fripiat, J. J. and Gastuche, M.-C. (1963) L'état d'organisation des produits de départ et la synthèse des argiles: Int. Clay Conf. Stockholm, 1963, 53–65, Pergamon Press.Google Scholar
Garrels, R. M. and Christ, C. L. (1965) Solutions, Minerals and Equilibria. Harper and Row, New York , 450 pp.Google Scholar
Gastuche, M.-C. (1964) The octahedral layer: Clays & Clay Minerals 471–493. Proc. 12th Nat. Congr. Atlanta, 1963.Google Scholar
Glasstone, S. K., Laidler, J. and Eyring, H. (1941) The Theory of Rate Processes: McGraw-Hill Book Co., New York.Google Scholar
Harder, H. (1970) Kaolinite–synthese bei niedrigen Temperature: Naturwissenschaften 57, 193.CrossRefGoogle Scholar
Helgeson, H. C. (1969) Thermodynamics of hydrothermal systems at elevated temperatures and pressures: Am. J. Sci. 267, 729–809.CrossRefGoogle Scholar
Hem, J. D. and Lind, J. C. (1974) Kaolinite synthesis at at 25°C: Science 184, 1171–1173.CrossRefGoogle Scholar
Keller, W. D. (1970) Environmental aspects of clay minerals. J. Sediment. Petrol. 40, 788–813.CrossRefGoogle Scholar
Kittrick, J. A. (1970) Precipitation of kaolinite at 25°C and 1 atm: Clays & Clay Minerals 18, 261–268.CrossRefGoogle Scholar
Lagache, M. (1966) Synthèse de la boehmite, de la kaolinite et de la muscovite par altération de l'albite par l'eau à 200°C en présence de gaz carbonique: Bull. Groupe Fr. Argiles 17, 71–79.CrossRefGoogle Scholar
Laidler, K. J. (1950) Chemical Kinetics: McGraw-Hill Book Co., New York.Google Scholar
La Iglesia, A., Martín Caballero, J. L. and Martín Vivaldi, J. L. (1974) Formation de kaolinite par précipitation homogène à température ambiante. Emploi de feldspaths potassiques: C. R. Acad. Sci. Paris 279, 1143–1145.Google Scholar
La Iglesia, A. and Martín Vivaldi, J. L. (1972) A contribution to the synthesis of kaolinite: Proc. Int. Clay Conf. Madrid, 1972, 173–185.Google Scholar
La Iglesia, A. and Martín Vivaldi, J. L. (1975) Synthesis of kaolinite by homogeneous precipitation at room temperature. I. Use of anionic resins in OH– form. Clay Mineral. 10, 401–407.Google Scholar
La Iglesia, A., Martín Vivaldi, J. C. and Agayo, Lopez (1976) Kaolinite crystallization at room temperature by homogeneous precipitation. III. Hydrolysis of feldspars: Clays & Clay Minerals 24, 36–42.CrossRefGoogle Scholar
La Iglesia, A. and Serna, J. (1974) Cristalización de caolinita por precipitación homogénea. II. Empleo de resinas catiónicas en fase H+: Estud. Geol. Madrid 30, 281–287.Google Scholar
La Iglesia, A. and Van Oosterwyck-Gastuche, M.-C. (1978) Kaolinite synthesis I. Crystallization conditions for low temperature synthesis with an attempt to calculate the thermodynamical equilibria. Application to laboratory work and field observation: Clays & Clay Minerals 26, 397–408.CrossRefGoogle Scholar
Leonard, A., Suzuki, Sho Fripiat, J. J. and De Kimpe, C. (1964) Structure and properties of amophous silica-aluminas. I. Structure from X-ray fluorescence spectroscopy and I.R. spectroscopy: J. Phys. Chem. 68, 2608–2617.CrossRefGoogle Scholar
Linares, J. and Huertas, F. (1971) Kaolinite: synthesis at low temperature: Science 171, 896–897.Google Scholar
Lind, J. C. and Hem, J. D. (1975) Effect of organic solutes on chemical reactions of aluminum: U.S. Geol. Surv. Water Supply Pap. 1827-G, 83 pp.Google Scholar
Luth, W. C. and Ingamells, C. D. (1965) Gel preparation of starting materials for hydrothermal experimentation: Am. Mineral. 50, 255–260.Google Scholar
Noll, W. (1935) Mineralbildung im System Al2O3-SiO2-H2O: Neues Jahrb. Mineral. Geol. Paeontol. Abh. Abt. A 70, 67–115.Google Scholar
Noll, W. (1936) Über die Bildungsbedingungen von Kaolin, Montmorillonit, Sericit, Pyrophyllit und Analcim: Mineral. Petrog. Mitt. 48, 210–224.Google Scholar
Noll, W. (1944) Anwendung der Elektronenmikroskopie beim studium hydrothermaler Silikatreaktionen: Kolloid Z. 107, 181–190.CrossRefGoogle Scholar
Ostapenko, G. T., Gorogotskaya, L. J. and Timoshka, L. P. (1975) Kinetics and mechanism of decomposition of kaolinite at 470° to 530° as a function of the water-vapor pressure: Dokl. Akad. Nauk S.S.S.R. 221, 151–153.Google Scholar
Pedro, G. (1964) Contribution à l'étude expérimentale de l'altération géochimique des roches cristallines. Thèse: Fac. Sci. Paris, I.N.R.A., 149, rue de Grenelle, Paris VIIe, 344 pp.Google Scholar
Poncelet, G. and Brindley, G. M. (1967) Experimental formation of kaolinite from montmorillonite at low temperatures: Am. Mineral. 52, 1161–1173.Google Scholar
Rayner, J. H. (1962) An examination of the rate of formation of kaolinite from a co-precipitated silica gel: Colloque sur la genèse et la synthèse des argiles, C.N.R.S., No. 105, Paris, 123–127.Google Scholar
Rodrique, L., Poncelet, F. and Herbillon, S. (1972) Importance of silica subtraction process during the hydrothermal kaolinization of amorphous silica-aluminas: Proc. Int. Clay Conf., Madrid, 1972, 187–198.Google Scholar
Roy, R. (1962) The preparation and properties of synthetic clay minerals: Colloque sur la Genèse et la Synthèse des Argiles, C.N.R.S., No. 105, Paris, 83–98.Google Scholar
Roy, R. and Osborn, E. F. (1952) Studies in the system alumina-silica-water. Problems of clays and laterite genesis: Publ. Am. Inst. Min. Metall. Eng., 76–80, see also Erwin and Osborn (1951) The system A12O3-H2O: J. Geol. 59, 381–394.Google Scholar
Roy, R. and Osborn, E. F. (1954) The system Al2O3-SiO2·H2O. Am. Mineral. 39, 853–885.Google Scholar
Schwarz, R. and Brenner, A. (1923) Ber. Dtsch. Chem. Ges. 56, 1433, reference from Noll, 1944.Google Scholar
Tchoubar, C. and Oberlin, A. (1966) Formation d'argile par altération d'albite à l'autoclave à 200°C: Bull. Groupe Fr. Argiles 18, 51–57.CrossRefGoogle Scholar
Tugarinov, A. I. and Naumov, V. B. (1973) Physico-chemical parameters of hydrothermal mineral formation: Geochem. Int. 1973, 161–167. Transl. from Geokhimiya 3, 259–265 (1972).Google Scholar