Hydrothermal Reactivity of Saponite

Abstract

Saponite crystallizes from amorphous gel having an ideal saponite composition within 7 days at all experimental temperatures between 300° and 550°C at 1 kbar pressure. Reactions subsequent to this initial crystallization vary in type and degree, depending on the temperature of reaction and the type of interlayer cation. Above 450°C, the intitially crystallized K-saponite dissolves, and talc and phlogopite nucleate and grow as discrete phases. At 450°C the initial K-saponite reacts to form talc and phlogopite layers, but the reaction proceeds via intracrystalline layer transformations rather than via dissolution and precipitation, producing a mixture of fully ordered, interstratified talc/saponite and fully ordered saponite/phlogopite. The K-saponite shows subtle signs of reaction at 400°C after 200 days: this temperature is at least 150°C lower than experimental reaction temperatures previously reported for saponites. No reactions beyond the initial crystallization of saponite were observed below 400°C. K-saponite reacts more rapidly than either Na-saponite or Ca-saponite above 400°C, and the Na-saponite and Ca-saponite produce no mica layers during their transformation to mixed-layer clays. Interstratified talc/saponite formed in the Na-saponite system, and the Ca-saponite system produced both talc/saponite and chlorite/saponite.

Резюме

Сапонит кристаллизировался из аморфного геля, имеющего идеальный сапонитовый состав, в течение 7 дней при всех экспериментальных температурах в диапазоне от 300° до 550°С и при давлении 1 кбар. Реакции, следующие за этой первоначальной кристаллизацией, различаются типом и степенью в зависимости от температуры реакции и типа межслойного катиона. Выше 450°С, первоначально выкристаллизированный К-сапонит растворяется, а тальк и флогопит образуют центры кристаллизации и растут как дискретные фазы. При 450°С первоначально образованный К-сапонит реагирует, образуя слои талька и флогопита. Эта реакция происходит скорее путем внутрикристаллических трансформации слоев, чем путем растворения и осаждения. Продуктом реакции является смесь полностью упорядоченных талька/сапонита и сапонита/ флогопита. К-сапонит проявляет слабые признаки реакции при 400°С после 200 дней. Температура 400°С является по крайней мере на 150°С ниже, чем экспериментальные температуры реакции, ранее опубликованные для сапонитов. Ниже 400°С не наблюдались никакие реакции кроме начальной кристаллизации сапонита. Выше 400°С К-сапонит реагирует более быстро, чем Na-сапонит или Са-сапонит. Nа-сапонит и Са-сапонит не формируют слои слюды во время их трансформацйй в смешано-слойные глины. Переслаивающийся тальк/сапонит, формировался в системе Na-сапонит, а оба, тальк/сапонит и хлорит/сапонит формировались в системе Са-сапонита. [Е.С.]

Resümee

Saponit kristallisiert aus einem amorphen Gel, das eine ideale Saponitzusammensetzung hat, innerhalb von 7 Tagen bei allen experimentellen Temperaturen zwischen 300° und 550°C und einem Druck von 1 kbar. Die Reaktionen nach dieser anfänglichen Kristallisation variieren in Art und Ausmaß je nach Reaktionstemperatur und Art der Zwischenschichtkationen. Über 450°C löst sich der anfänglich kristallisierte K-Saponit wieder auf, und Talk und Phlogopit wachsen als diskrete Phasen. Bei 450°C reagiert der ursprüngliche K-Saponit und bildet Talk- und Phlogopit-Lagen. Diese Reaktion verläuft jedoch über intrakristalline Lagenumwandlung und weniger über Auflösung und Ausfällung. Dabei bildet sich ein Gemenge aus einer vollständig geordneten Talk/Saponit-Wechsellagerung und einer vollständig geordneten Saponit/Phlogopit-Wechsellagerung. Der K-Saponit zeigt bei 400°C nach 200 Tagen gewisse Anzeigen einer Reaktion. Diese Temperatur ist mindestens um 150°C niedriger als experimentelle Reaktionstemperaturen, die bisher für Saponit berichtet wurden. Unter 400°C wurde nach der anfänglichen Saponit-Kristallisation keine weitere Reaktion beobachtet. K-Saponit reagiert über 400°C schneller als Na-Saponit oder Ca-Sa-ponit. Außerdem bilden sich aus Na-Saponit und Ca-Saponit keine Glimmerlagen während ihrer Umwandlung zu Wechsellagerungen. Talk/Saponit-Wechsellagerungen, die im Na-Saponit-System und im Ca-Sa-ponit-System gebildet wurden, führten zur Bildung einer Talk/Saponit- und einer Chlorit/Saponit-Wechsellagerung. [U.W.]

Résumé

La saponite se cristallise à partir d'un gel amorphe ayant une composition saponite idéale endéans 7 jours à toutes les températures expérimentales entre 300° et 550°C sous une pression d’ 1 kbar. Les réactions subséquentes à cette cristallisation initiale varient de type et de degré, dépendant de la température de la réaction et du genre de cation intercouche. Au dessus de 450°C, la saponite-K initialement cristallisée se dissout, et du talc et de la phlogopite deviennent nucléés et croissent en phases discrètes. A 450°C la saponite-K initiale réagit pour former des couches de talc et de phlogopite, mais la réaction se produit via des transformations de couche intracristallines plutôt que via une dissolution et une précipitation, produisant un mélange de talc/saponite interstratifié complètement ordonné et de saponite/phlogopite complètement ordonné. La saponite-K montre des signes subtiles de réaction à 400°C après 200 jours: cette température est au moins 150°C plus basse que les températures de réaction expérimentales rapportées auparavant pour des saponites. On n'a observé aucune réaction au-delá de la cristallisation initiale de saponite sous 400°C. La saponite-K reagit plus rapidement que soit la saponite-Na ou la saponite-Ca au dessus de 400°C et la saponite-Na et la saponite-Ca ne produisent pas de couche de mica pendant leur transformation en argiles à couches mélangées. Le talc/saponite interstratifié a été formé dans le système saponite-Na, et le système saponite-Ca a produit à la fois du talc/saponite et de la chlorite/saponite. [D.J.]