Etude du comportement des smectites et de la kaolinite dans des solutions potassiques (0. 1-4 m)

par Andreas Bauer

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Bruce D. Velde.

Soutenue en 1997

à Paris 6 .


  • Résumé

    Cette etude avait pour but d'etudier les interactions entre les solutions basiques et les argiles lors de phenomenes d'alteration semblables a ceux que l'on eut rencontrer dans les ciments. Les essais de dissolution de la kaolinite et de deux smectites ont ete realises dans des reacteurs fermes aux temperatures de 35 et 80c. Aucun catalyseur ou inhibiteur potentiel n'etait present en solution. Chaque essai a ete realise avec 1 gramme d'argile < 2 m mis en suspension dans 80, 160 ou 240 ml de solution de potasse de molarite comprise entre 0. 1 et 4. La reaction de la kaolinite avec koh peut etre decomposee en deux phases. La premiere montre une decroissance de la vitesse de dissolution avec le temps, tandis que dans la seconde les concentrations en si-al sont controlees par la croissance et la redissolution de nouvelles phases. Les calculs de speciation montrent, pour la premiere phase, que les solutions restent toujours largement sous-saturees par rapport a la kaolinite. Par ailleurs, il n'y avait pas une relation unique entre la diminution du taux de dissolution (r/r#0) et l'index de saturation. En revanche, toutes nos donnees, a l'exception de celles obtenues au ph le plus faible (0. 1 m koh), semblent verifier une relation unique entre r/r#0 et le rapport des activites al(oh)##4/oh#. Pour une valeur de ph de 12. 5, valeur de ph commune aux deux series d'experiences, l'energie d'activation de la dissolution de la kaolinite est de 67 8 kj/mol. Par contre, si l'on se refere a une activite constante de oh#, l'energie d'activation de dissolution de la kaolinite passe de 33 8 kj/mol pour les solutions 0. 1 m koh a 51 8 kj/mol pour les solutions 3 m koh. Ses caracteristiques refletent un effet d'affinite chimique de la dissolution des feuillets octaedriques. La premiere etape de dissolution des smectites dans koh conduit a un changement de la forme des particules et par consequent a une evolution de la taille des domaines coherents en diffraction des rayons x. Contrairement au cas de la kaolinite, les concentrations en si et al augmentent lineairement en fonction du temps. Pour une temperature et une concentration en koh donnees, les taux de dissolution calcules sont constants au cours du temps et independants du rapport solide/liquide. Si l'on reporte log (r#0) en fonction du log (a#o#h#), on trouve la meme proportionnalite entre le taux de dissolution des smectites et a#o#h##0#. #1#5# ## #0#. #0#6 a 35 et 80c. L'energie d'activation de dissolution des smectites est independante du ph et est egale a 65 4 kj/mol a ph 12. 5, ou a 52 4 kj/mol pour une activite en oh# donnee. A l'inverse de la kaolinite la dissolution des smectites semble controlee par l'hydrolyse des feuillets tetraedriques. Ces differences illustrent l'importance de la structure de ces mineraux. Les transformations mineralogiques des trois argiles presentent de nombreuses similitudes. La sequence generale de transformation est la suivante : kaolinite $$ illite $$ ki-zeolite $$ phillipsite $$ feldspath-k smectite $$ i/s $$ illite $$ ki-zeolite $$ phillipsite $$ feldspath-k + quartz les interstratifies illite/smectite (i/s), l'illite, la zeolite ki et la phillipsite sont des phases metastables. La competition entre les cinetiques de precipitation des mineraux secondaires explique les 3 types d'evolution des concentrations en al et si au cours du temps. Elle peut egalement etre comparee avec la regle d'ostwald sur les transformations successives (etats intermediaires).


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