Welch & Ullman(1996)による〔『Feldspar dissolution in acidic and organic solutions: Compositional and pH dependence of dissolution rate』(2939p)〕

『酸性の有機酸溶液中での長石溶解:溶解速度の組成およびpH依存性』

【フロー型反応器(mixed-bed, flow-through reactor)による長石の溶解実験】
【有機酸の溶解速度への影響】
【溶解速度式::RH = kH aH+nH;log kH = -11.24 + 25.98 * [Al/(Al+Si)]2、nH = -0.052 + 4.23 * [Al/(Al + Si)]2
【溶解速度式(ligand-promoted component):RL = (κHL[L] - kH)aH+n + RHL(Si)】


Abstract
 The steady-state dissolution rates of plagioclase feldspars into inorganic acid solutions in a flow-through reactor increased with Al content of the mineral from 1.4・10-11 mol Si/m2/s for albite to 5.6・10-9 mol Si/m2/s for bytownite. A similar trend was observed for minerals dissolved in neutral solutions although the rates were lower. The results of these experiments are used to develop a simple empirical equation to describe the dissolution of tectosilicates (quartz + feldspars): RH = kH aH+nH where RH is the dissolution rate of tectosilicates in acid solution, aH+ is the activity of H+ ion, and kH and nH are dependent on the aluminum fraction in the tectosilicate framework [Al/(Al + Si)] : log kH = -11.24 + 25.98 * [Al/(Al+Si)]2 and nH = -0.052 + 4.23 * [Al/(Al + Si)]2. This model, with its strong dependence on Al fraction, suggests that tectosilicate dissolution in acid solution results primarily from attack at Al sites at the mineral surface.
 In acidic oxalate solutions the steady-state dissolution rates were, in some cases, up to a factor of 10 higher than dissolution rates in inorganic solutions at the same pH and appeared to have a similar dependence on pH and mineral composition, at least away from the extremes in aluminum fraction (quartz and bytownite). On the basis of the results of the experiments with acidic oxalate and previous experiments showing a linear dependence of feldspar dissolution rate on organic ligand concentration, an empirical expression for the ligand-promoted component of tectosilicate dissolution rates as measured by silica release (RL) is proposed: RL = (κHL[L] - kH)aH+n + RHL(Si) where the first term describes the effect of competitive proton and ligand attack at Al sites at the mineral surface leading to silica release to solution and RHL(Si) reflects the smaller rate of attack at Si sites (κHL is a factor depending on the ligand, [L] is the ligand concentration, κH and aH+ are as given above, and n describes the pH dependence of ligand- and proton-promoted dissolution and is taken to be equal to nH away from the extremes of aluminum fraction). The strong dependence of dissolution rate in acidic organic solutions on aluminum fraction indicates that both protons and ligands attack the mineral surface at the same, presumably Al, sites.』

要旨
 フロースルー型反応器での、無機酸性溶液への斜長石の定常状態溶解速度は、アルバイトの1.4・10-11 mol Si/m2/秒からバイトゥナイトの5.6・10-9 mol Si/m2/秒まで、鉱物のAl成分ととともに増加した。同じような傾向は、速度はもっと遅いが、中性溶液への溶解でも見られた。これらの実験の結果は、テクト珪酸塩(石英+長石)の溶解を記述するための簡単な経験式を展開するのに用いられた:RH = kH aH+nH、ここでRH は酸性溶液中のテクト珪酸塩の溶解速度、aH+はH+イオンの活動度であり、kH と nH はテクト珪酸塩のフレームワークのアルミニウムの割合[Al/(Al + Si)]に依存する: log kH = -11.24 + 25.98 * [Al/(Al+Si)]2 および nH = -0.052 + 4.23 * [Al/(Al + Si)]2。このモデルは、Alの割合に強く依存し、酸性溶液でのテクト珪酸塩の溶解は、鉱物表面のAlサイトの攻撃から最初に生じることを示している。
 酸性のシュウ酸溶液では、定常状態の溶解速度は、ある場合には同じpHの無機溶液での溶解速度の10倍に達するほど速く、少なくともアルミニウムの割合が極端に多くない場合(石英およびバイトゥナイト)、pHおよび鉱物組成に同じように依存するように思われる。酸性のシュウ酸による実験の結果、および長石溶解速度の有機配位子濃度への直線的な依存関係を示す従来の実験結果を基に、シリカの放出により測定されるような、テクト珪酸塩の溶解速度の配位子促進成分 (RL)を表わす経験式を提案した:RL = (κHL[L] - kH)aH+n + RHL(Si) 、ここで第1項は、溶液中へのシリカの放出をもたらすような、鉱物表面のAlサイトでのプロトンと配位子の競争的な攻撃の効果を述べており、RHL(Si) はSiサイトでのより小さな速度での攻撃を反映している(κHLは配位子に依存するファクター、[L] は配位子濃度、kH と aH+は上記と同じ、 n は配位子促進溶解とプロトン促進溶解のpH依存性を記述し、これはアルミニウムの割合が極端ではないとnH に等しいとおける)。酸性の有機溶液中での溶解速度がアルミニウムの割合に強く依存することは、プロトンと配位子の両方が同じサイト、おそらくAl、で鉱物表面を攻撃することを示している。』

1. Introduction
2. Materials and methods
 2.1. Experimental apparatus
 2.2. Experimental solids
 2.3. Experimental solutions
3. Results
4. Discussion
 4.1. effect of mineral composition on dissolution rate
 4.2. Effect of pH and mineral composition on dissolution rate
 4.3. Effect of oxalate, pH and mineral composition on dissolution rates
5. Conclusions
Acknowledgments
References



戻る