Kinetics of Acid-Dissolution of Palygorskite (Attapulgite) and Sepiolite

Abstract

Palygorskite and sepiolite were digested with large excesses of hydrochloric acid at constant temperature for various periods of time. The reaction was found to be of first order with respect to the magnesium, aluminum and iron components in the clay and also with respect to hydrochloric acid concentration.

The reaction rate constant for Mg is larger than for Fe, which is larger than for Al. Approximately one-third of the octahedral-type cations are extraneous, suggesting that only three of the five octahedral positions are filled. The reaction rate constant of Mg in sepiolite is about 240 times that for palygorskite. This may be an indication that sepiolite is less stable to chemical weathering than palygorskite.

The activation energies for Mg, Al and Fe in palygorskite were found to be the same and equal to about 18·4 kcal per mole.

Treatment of partially acid-digested palygorskite with magnesium ions under alkaline conditions resulted in an increase in the X-ray intensity of the 10·5 Å spacing, suggesting some of the palygorskite was reconstituted.

Résumé

De la palygorskite et de la sépiolite ont été digérées avec d’importants exédents d’acide chlorhydrique à une température constante pendant des périodes de temps variables. La réaction obtenue est apparue de premier ordre par rapport aux constituants de magnésium, d’aiuminum et de fer présents dans l’argile et également par rapport à la concentration d’acide chlorhydrique.

Le taux constant de reaction pour Mg est relativement plus élevé que pour Fe, qui est lui-meme plus élevé que pour Al. Approximativement un tiers des cations du type octaédrique sont étrangers, suggérant par la que seules trois des cinq positions octaédriques sont occupées. Le taux constant de reaction de Mg dans la sépiolite est 240 fois supérieur à celui dans la palygorskite. Ceci peut indiquer que la sépiolite est moins stable aux altérations chimiques que la palygorskite. Les énergies d’activation pour Mg, Al et Fe dans la palygorskite paraissent sensiblement identiques et egales a environ 18,4 kcal par molécule-gramme.

Un traitement de palygorskite partiellement digérée par acide par des ions de magnésium à résulté en une augmentation d’intensité de rayon X dans l’écartement 10,5 Å, suggérant qu’une partie de la palygorskite a été reconstituée.

Kurzreferat

Palygorskit und Sepiolit werden bei konstanter Temperatur über verschiedene Zeiträume hinweg mit grossen Überschüssen von Salzsäure behandelt. Es wurde festgestellt, dass die Reaktion in Bezug auf die Magnesium-, Aluminum- und Eisenbestandteile im Ton, sowie in Bezug auf die Salzsäurekonzentration, erster Ordnung ist.

Die Reaktionsgeschwindigkeitskonstante für Mg ist grösser als für Fe, die wiederum grösser als für AI ist. Ungefähr ein Drittel der Kationen von oktaedrischem Typ sind äusserlich, was darauf hindeutet, dass nur drei der fünf oktaedrischen Stellungen bestzt sind. Die Reaktionsgeschwindigkeitskonstante des Mg im Sepiolit ist etwa 240 mal die für Palygorskit. Das mag ein Zeichen dafür sein, dass Sepiolit der chemischen Verwitterung gegenüber weniger beständig ist als Palygorskit.

Es wurde festgestellt, dass die Aktivierungsenergien für Mg, Al und Fe im Palygorskit gleich sind und circa 18,4 Grosskalorien pro Mol betragen.

Behandlung von teilweise mit Säure aufgeschlossenem Palygorskit mit Magnesiumionen unter basischen Bedingungen führte zu einer Zunahme in der Röntgenintensität des 10,5 Å Abstandes, was auf eine teilweise Rückbildung von Palygorskit hindeutet.

Резюме

Палыгорскит и сепиолит подверглись различной по продолжительности обработке соляной кислотой (в большом избытке) при постоянной температуре в течение разных периодов времени. Установлено, что взаимодействие протекало по реакции первого порядка по отношению к магнезиальному, алюминиевому и железному компонентам и по отношению к концентрации соляной кислоты. Константа скорости реакции для магния больше, чем для железа и для железа больше, чем для алюминия. Приблизительно одну треть катионов октаэдрического типа можно отнести к посторонним; это позволяет предполагать, что заполнены только три из пяти октаэдрических позиций. Константа скорости реакции магния в сепиолите приблизительно в 240 раз больше, чем в палыгорските, что может служить указанием на меньшую химическую устойчивость сепиолита по сравнению с палыгорскитом к химическому выветриванию. Энергии активации для магния, алюминия и железа в палыгорските оказались одинаковыми и равными 18,4 килокалорий на моль.

После частичного разложения палыгорскита кислотой, его обработка щелочными растворами с ионами магния вызвала увеличение интенсивности рефлекса при 10,5 А на порошкограмме; это указывает на частичное восстановление стуруктуры палыгорскита.