De l'adsorption du cobalt et du zinc sur l'hectorite et le quartz, à la nucléation hétérogène de phyllosilicates

par Michel Schlegel

Thèse de doctorat en Géophysique, géochimie, géomécanique

Sous la direction de Laurent Charlet.

Soutenue en 2000

à l'Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015) .

mots clés

• Hectorite
• Quartz
• Etude experimentale
• Adsorption
• Cobalt
• Zinc
• Nucleation
• Echange ion
• Epitaxie
• Cinetique
• Ph
• Spectrometrie rx
• Polymerisation
• Coordinence
• Neoformation
• Exafs
• Cobalt -- Adsorption
• Zinc -- Adsorption
• Quartz
• Phyllosilicates -- Nucléation

Résumé

Les approches macroscopiques (cinetique chimique) et microscopiques (spectroscopie exafs polarisee) ont ete couplees dans le but de caracteriser les mecanismes moleculaires de fixation de cations divalents (co, zn) sur l'hectorite, une smectite magnesienne, et sur le quartz. A ph = 6,5, haute force ionique, et pour un rapport zn/hectorite de 50 mol/g, une adsorption specifique de co et zn a lieu. Cette adsorption n'atteint pas l'equilibre avant plusieurs heures, et coincide avec une liberation initiale accrue de protons et de mg en solution, puis une inhibition a long terme (t 48 h) de la cinetique de dissolution de l'hectorite. Co et zn adsorbes forment des complexes de surface mononucleaires en continuite structurale de la couche octaedrique des feuillets d'hectorite. A basse force ionique, co et zn sont initialement adsorbes par echange cationique. Cette reaction atteint l'equilibre en moins de 5 min. Ces cations forment initialement des complexes de sphere externe sur les sites d'echange, puis ils migrent progressivement vers les sites de bordure des feuillets, ou ils forment des complexes de surface similaires a ceux formes a haute force ionique. Le mecanisme et l'amplitude de l'adsorption de zn sur l'hectorite a ph 7,3, a haute force ionique et pour un rapport zn/hectorite de 1480 mol/g, depend de la concentration en silice dissoute, si. La quantite de zn adsorbe est limitee pour si 30-60mol/l, et zn forme des polymeres de petite taille (2-3 octaedres) en continuite structurale de la couche octaedrique de l'hectorite. La quantite de zn adsorbe est beaucoup plus importante pour si 540 mol/l ; cette adsorption est correlee a une adsorption de si, et correspond a la nucleation de phyllosilicates tot zinciferes en epitaxie dans le plan ab des feuillets. Une analyse approfondie de spectres exafs de co adsorbe sur le quartz revele que cet element polymerise sous forme de couches d'octaedres liees a des couches de tetraedres de si, pour former des phyllosilicates cobaltiferes. Le mecanisme de cette neoformation est discute.

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