Exchangeability of Potassium in Heated Fine-Grained Micaceous Minerals

Abstract

Samples of several naturally fine-grained micaceous minerals were heated at 450°C for 24 hr (after the effects of other temperatures and heating periods were evaluated with the < 2 μm fraction of Grun-dite) and then characterized in terms of their release of K to NaCl-NaTPB (sodium tetraphenylboron) solutions and other potentially related properties.

This heat treatment produced a substantial increase in the amount of K that each mineral released when first placed in the NaCl-NaTPB solution (the greatest increase being 22 m-equiv K/100 g in Marblehead illite). Depending upon the mineral heated, the subsequent rate of K release was increased, decreased or unchanged. Also, all the minerals except glauconite exhibited an increase (ranging from 4 to 38 m-equiv K/100 g) in their maximum degree of K release if they were heated. Thus, it was established that the K release behavior of these minerals is not only subject to appreciable alteration by heat treatments but is altered in a manner that varies with the mineral. The nature of these alterations, however, did not clearly identify an involvement of the other mineral properties that were examined. An increase in NH₄- and Cs-exchangeable K occurred when these minerals were heated—presumably as a result of exfoliation. With Morris illite samples, this increase was nearly 28 m-equiv 100 g. Thus, heated samples of these minerals may be useful sinks for the removal of NH₄ and Cs in various wastes.

Résumé

Des échantillons de plusieurs minéraux micacés existant naturellement à l’état de grains fins ont été chauffés à 450°C pendant 24 h (après que les effets d’autres températures et temps de chauffage aient été testés avec la fraction < 2 μm de la Grundite); ils ont ensuite été caractérisés par leur aptitude à libérer K dans des solutions de NaCl-NaTPB (sodium tétraphénylbore) et par d’autres propriétés reliées en principe à la libération de K.

Le traitement thermique produit une augmentation substantielle de la quantité de K que chaque minéral libère quand il est, pour le première fois mis au contact de la solution NaCl-NaTPB (l’augmentation la plus forte étant de 22 m-equiv K/100 g dans l’illite de Marblehead). Pour les mineraux chauffés, et selon leur nature, la vitesse de libération de K consécutive au chauffage, augmente, diminue ou reste inchangée. En outre, tous les minéraux sauf la glauconite montrent une augmentation (allant de 4 à 38 m-equiv K/100 g) de la quantité maximum de K libéré s’ils ont été chauffés. Il est donc établi que le comportement de ces minéraux vis-à-vis de la libération de K ne subit pas seulement une modification appréciable du fait des traitements thermiques, mais est aussi modifié d’une manière qui varie avec le minéral. Toutefois, la nature de ces modifications ne permet pas d’identifier clairement une implication des autres propriétés du minéral qui ont été examinées.

Une augmentation de K échangeable contre NH₄ ou Cs est observée avec les minéraux chauffés, ce qui est probablement le résultat d’une exfoliation. Avec les échantillons de l’illite de Morris, cette augmentation est de 28 m-equiv/100 g environ. Ainsi, les échantillons chauffés de ces minéraux pourraient utilement servir de pièges à NH₄ et Cs présents dans divers déchets.

Kurzreferat

Proben verschiedener, von Natur aus feinkörniger, glimmerartiger Minerale wurden für 24 h auf 45°C erhitzt (nachdem die Wirkungen anderer Temperaturen und Erhitzungszeiten mit der Fraktion < 2 μm von Grundit ermittelt worden waren) und anschließend hinsichtlich ihrer K-Freisetzung in NaCl-NaTPB(Na-Tetraphenylborat)-Lösungen und anderer möglicherweise hierzu in Beziehung stehender Eigenschaften gekennzeichnet.

Die Erhitzung rief einen wesentilichen Anstieg in der K-Menge hervor, die jedes Mineral freisetzte, wenn es zum ersten Mal in die NaCl-NaTPB-Lösung gebracht wurde. (Der gößte Anstieg betrug 22 m-val/100 g bei Marblehead-Illit.) In Abhängigkeit von der Art des erhitzten Minerals wies die anschließende K-Freisetzungsrate einen Anstieg auf, zeigte eine Abnahme oder blieb unverändert. Überdies wiesen alle Minerale, mit Ausnahme von Glaukonit nach Erhitzung einen Anstieg der maximal freigesetzten K-Menge auf (der 4 bis 38 m-val K/100 g betrug). Auf diese Weise wurde festgestellt, daß das K-Freisetzungsverhalten dieser Minerale nicht nur einer erheblichen Veränderung durch Hitzebehandlung unterliegt, sondern auch in einer von der Mineralart abhängigen Weise variiert. Die Art dieser Veränderungen ließ jedoch eine Verknüpfung mit anderen untersuchten Mineraleigenschaften nicht deutlich erkennen.

Wenn die Minerale erhitzt wurden, erfolgte ein Anstieg des NH₄- und Cs-austauschbaren K-vermutlich als Folge einer Aufblätterung. Bei Proben von Morris-Illit betrug dieser Anstieg nahezu m-val/100 g. Erhitzte Proben dieser Minerale können demnach als brauchbares Adsorbens für die Entfernung von NH₄ und Cs aus verschiedenen Abfällen angesehen werden.

Резюме

Несколько образцов мелкозернистых слюдистых минералов нагревали в течение суток при температуре 450°С (после определения по фракции < 2 μm грюндита эффектов других температур и других периодов нагрева), а затем характеризовали с точки зрения выделения К в NaCl-NaTPB (раствор тетрафенилбор-натрия) и по другим потенциально связанным свойствам.

Эта термообработка повела к значительному повышению количества К выделяемого каждым минералом при первоначальном погружении в раствор NaCl-NaTPB (самое большое повышение в иллите Марблхэд = 22 мэкв К/100 г). В зависимости от нагреваемого минерала, результирующий коэффициент высвобождения повышался, понижался или оставался без изменения. При нагревании все минералы, за исключением глаконита, выявляли максимальное повышение выделения К (от 4 до 38 мэкв К/100 г). Таким образом установили, что поведение выделения К этими минералами не только заметно изменяется термообработкой, но также, что изменения различаются в зависимости от минерала. Однако, характер этих изменений ясно не показал до какой степени вовлечены другие исследуемые свойства минерала.

При нагреве этих минералов обменные К в NH₄- и Cs-повышались, очевидно, вследствие расслаивания. В образцах иллита Морриса это повышение равнялось приблизительно 28 мэкв/100 г. Таким образом, нагретые образцы этих минералов могут оказаться полезными поглотителями при удалении NH₄ и Cs из различных отходов.