【バッチ型反応器によるカオリナイトおよびスメクタイトの室温/熱水溶解実験】

『Abstract
　Experiments measuring kaolinite and smectite dissolution rates were carried out using batch reactors at 35゜ and 80゜C. No potential catalysts or inhibitors were present in solution. Each reactor was charged with 1 g of clay of the ≦2 μm fraction and 80, 160, or 240 ml of 0.1-4 M KOH solution. An untreated but sized kaolinite from St. Austell and two treated industrial smectites were used in the experiments. One smectite is a nearly pure montmorillonite, while the second has a significant component of beidellitic charge (35％). The change in solution composition and mineralogy was monitored as a function of time. Initially, the 3 clays dissolved congruently. No new formed phases were observed by XRD and SEM during the pure dissolution stage. The kaolinite dissolution is characterized by a linear release of silica and Al as a function of the log of time. This relationship can be explained by a reaction affinity effect which is controlled by the octahedral layer dissolution. Far from equilibrium, dissolution rates are proportional to aOH^-0.56±0.12 at 35゜C and to aOH^-0.81±0.12 at 80゜C. The activation energy of kaolinite dissolution increases from 33±8 kJ/mol in 0.1 M KOH solutions to 51±8 kJ/mol in 3 M KOH solutions. In contrast to kaolinite, the smectites dissolve at much lower rates and independently of the aqueous silica or Al concentrations. The proportionality of the smectite dissolution rate constant at 35 and 80゜C was aOH^-0.15±0.06. The activation energy of dissolution appears to be independent of pH for smectite and is found to be 52±4 kJ/mol. The differences in behavior between the two kinds of minerals can be explained by structural differences. The hydrolysis of the tetrahedral and the octahedral layer appears as parallel reactions for kaolinite dissolution and as serial reactions for smectite dissolution. The rate limiting step is the dissolution of the octahedral layer in the case of kaolinite, and the tetrahedral layer in the case of smectite.』

『要旨
　カオリナイトとスメクタイトの溶解速度を測定する実験を、35℃および80℃においてバッチ型反応器を用いて行った。溶液中に、触媒あるいは阻害剤は存在しなかった。それぞれの反応器には、≦2 μm 画分の粘土試料1グラムと、80、160、または240ミリリットルの0.1〜4 M KOH溶液が入れられた。St. Austell産の未処理ではあるが粒径をそろえたカオリナイト、および2種類の処理した工業用スメクタイトが実験に用いられた。一方のスメクタイトはほぼ純粋なモンモリロナイトで、他方はかなりのバイデライト成分（35％）を含んでいる。溶液組成と鉱物組成の変化は、時間の関数としてモニターされた。最初に、3種の粘土はコングルエントに溶解した。純粋な溶解段階では、XRDとSEMの観察からは新しく形成された相は認められなかった。カオリナイトの溶解は、時間の対数の関数としてシリカとAlの直線的な放出で特徴づけられる。この関係は、八面体層の溶解によりコントロールされる反応の親和力効果で説明できる。平衡から離れた条件で、溶解速度は35℃ではaOH^-0.56±0.12に、80℃では aOH^-0.81±0.12に比例する。カオリナイト溶解の活性化エネルギーは、0.1 M KOH溶液の33±8 kJ/mol から 3 M KOH溶液の 51±8 kJ/mol まで増加する。カオリナイトとは対照的に、スメクタイトはかなり低い速度で溶解し、溶液のシリカやAl濃度には関係しない。35℃と80℃でのスメクタイトの溶解速度定数はaOH^-0.15±0.06であった。スメクタイトでは、溶解の活性化エネルギーはpHに無関係と思われ、52±4 kJ/molであることがわかった。2種の鉱物での挙動の違いは、構造の違いで説明できる。四面体層と八面体層の加水分解は、カオリナイト溶解に対して並行した反応で、スメクタイト溶解に対しては一続きの反応と思われる。速度律速段階は、カオリナイトの場合は八面体層の溶解であり、スメクタイトの場合は四面体層の溶解である。』

Introduction
Methodology
　Solid analysis methods
　Starting material
　Experimental protocol
　Dissolution rate calculations
Results and discussion
　Kaolinite dissolution
　Rate constants
　Effect of solution composition
　Smectite dissolution
Conclusion
Acknowledgements
References