Spherical Kaolinite: Synthesis and Mineralogical Properties

Abstract

Spherical kaolinite has been synthesized for the first time from noncrystalline aluminosilicate material in hydrothermal experiments conducted between 150° and 250°C and under autogenous vapor pressure. Spherules, whose mean diameters depended on growth conditions (0.1–0.6 μm), were formed surrounding the noncrystalline aluminosilicate in all products of 150° and 200°C runs and coexisted with platy or lath-shaped kaolinite in the products of 250°C runs. The estimated percentages of spherules in the products increased from about 1% in the 150°C-15 days product to about 74% in 200°C-8 days product, and decreased from about 21% in 250°C-2 days product to 0% in 250°C-8 days product. Lattice images by high-resolution electron microscope indicated that the spherules consisted of nearly concentric stackings of layers with a unit spacing of 7Å, which were sectored by radiating boundaries. The mean chemical composition of the spherules (Al₂O₃/SiO₂ = 0.58) analyzed by the analytical electron microscope is similar to that of kaolinite (Al₂O₃/SiO₂ = 0.5). Even in the case of the product abundant in spherule (200°C-8 days), X-ray powder diffraction patterns of the wetted products, e.g., of the 200°C-8 day run, showed the 7.14-Å (001) reflection of kaolinite. The 020 reflection was broad, indicating the existence of abundant (001) layer displacements. The b axis (8.94 Å) were within the kaolinite range (8.93–8.94 Å). No infrared absorption peaks were observed at 3550 cm⁻¹ which would correspond to halloysite. The differential thermal analysis slope ratios of the endothermic peak at about 550°C (1.4–2.3) were in the kaolinite range (0.78–2.39).

Резюме

Сферический каолинит был первый раз синтезирован из некристаллического алюминосиликатного материала путем гидротермических экспериментов, проведенных при температурах от 150°С до 250°С и при автогенном давлении пара. Шарики, средние диаметры которых зависили от условий роста (0,1-0,6 μм), были образованы вокруг некристаллических алюминосиликатов во всех продуктах экспериментов при 150°С и 200°С и существовали с пластинчатым каолинитом в продуктах экспериментов при 250°С. Определенное процентное содержание шариков увеличивалось от 1% в продуктах, образованных при 150°С в течение 15 дней, до около 74% в продуктах, образованных при 200°С в течение 8 дней, а также уменьшалось от около 21% в продуктах при условиях 250°С-2 дня до 0% в условиях 250°С-8 дней. Отображения решетки при помощи электронного микроскопа с высокой равщиряющей способностью указывают на то, что эти шарики состояли из почти концентрических групп слоев с элементарным расстоянием 7 Å, которые были расчленены излучающими границами. Средний химический состав шариков (А1₂O₃/SiO₂ = 0,58), анализированный при помощи аналитического электронного микроскопа, был похож на состав каолинита (А1₂О₃/SiO₂ = 0,5). Даже в случае наличия избытка шариков в продуктах (200°С-8 дней), образы рентгеновской порошковой дифракции влажных продуктов экспериментов показали отражение 7,14 Å (001) каолинита. 020 отражение было широким, указывая на существование перемещений слоев 001. Оси Ь (8,94 Å) находились в каолинитовом диапазоне (8,93-8,94 Å). Не наблюдалось полос инфракрасной абсорбции при 3550 цμ⁻¹, которые соответствовали бы галлоизиту. Отнощения наклонов эндотермических пиков дифференциального термического анализа при около 550°С (1,4–2,3) находились в каолинитовом диапазоне (0,78–2,39). [Е.О.]

Resümee

Kugeliger Kaolinit wurde zum ersten Mal aus nichtkristallinem Alumosilikatmaterial in hydrothermalen Experimenten synthetisiert, die zwischen 150° und 250°C und unter autogenem Dampfdruck durchgeführt wurden. Die Kugeln, deren durchschnittlicher Durchmesser von den Wachstumsbedingungen abhing (0,1–0,6 μm), umgaben in allen zwischen 150° und 200°C gebildeten Produkten das nichtkristalline Alumosilikat. In den bei 250°C entstandenen Produkten bildeten sie sich neben plattigen und leistenförmigen Kaoliniten. Der geschätzte Anteil der Kugeln in den Produkten nahm von etwa 1% in den bei 150°C nach 15 Tagen entstandenen Produkten auf etwa 74% in den bei 200°C nach 8 Tagen enstandenen Produkten zu. Weiters nahmen sie von etwa 21% in den bei 250°C nach 2 Tagen entstandenen Produkten auf 0% in den bei 250°C nach 8 Tagen entstandenen Produkten ab. Die Gitterbilder mittels hochauflösender Elektronenmikroskopie zeigten, daß die Kugeln aus einer nahezu konzentrischen Anordnung von Schichten mit einem Schichtabstand von 7 Å bestehen, die durch radiale Grenzen unterteilt sind. Der Durchschnittschemismus der Kugeln (Al₂O₃/SiO₂ = 0,58), der mittels Mikrosonde bestimmt wurde, ist ähnlich dem von Kaolinit (Al₂O₃/SiO₂ = 0,5). Selbst wenn in dem Produkt die Kugeln überwiegen (200°C, 8 Tage), zeigen die Röntgenpulverdiffraktometeraufnahmen der feuchten Produkte, z.B. das aus dem Experiment bei 200°C und 8 Tagen, den 7,14 Å (001) Reflex von Kaolinit. Der 020 Reflex war breit, was auf eine häufige Fehlordnung der 001 Schichten hindeutet. Der Abschnitt auf der b-Achse (8.94 Å) war innerhalb der bei Kaoliniten üblichen (8,93–8,94 Å). Bei 3550 cm⁻¹ wurden keine Infrarot-Absorptionspeaks gefunden, die auf Halloysit hingedeutet hätten. Die Neigungsverhältnisse des endothermen Peaks bei 550°C (1,4–2,3) der differentialthermoanalytischen Untersuchung lag im Bereich der Kaolinite (0,78–2,39). [U.W.]

Résumé

La kaolinite sphérique a été synthétisée pour la première fois à partir de matériel aluminosilicate non-cristallin dans des expériences hydrothermiques menées entre 150°C et 250°C et sous une pression de vapeur autogène. Des sphérules dont les diamètres moyens dépendaient des conditions de croissance (0,1–0,6 μm) ont été formées autour de l'aluminosilicate non-cristallin dans tous les produits des expériences à 150°C et 200°C et coexistaient avec la kaolinite en plaquettes ou en forme de lattes dans les produits des expériences à 250°C. Les pourcentages de sphérules estimés dans les produits ont augmenté d’à peu près 1% dans le produit 150°C-15 jours à à peu près 74% dans le produit 200°C-8 jours, et a diminué d’à peu près 21% dans le produit 250°C jours à 0% dans le produit 250°C-8 jours. Des images de lattice par microscope électronique à haute résolution ont indiqué que les sphérules consistaient d'empilement de couches presque concentriques avec un espacement d'unités de 7 Å, sectionnés par des limites radiantes. La composition chimique moyenne des sphérules (Al₂O₃/SiO₂ = 0,58) analysée par le microscope électronique analytique est semblable à celle de la kaolinite (Al₂O₃/SiO₂ = 0,5). Même dans le cas du produit abondant en sphérules (200°C-8 jours), les clichés de diffraction des rayons-X des produits mouillés, e.g., de l'expérience à 200°C-8 jours, ont montré la réflection 7,14-Å (001) de la kaolinite. La réflection 020 était large, indiquant l'existence d'abondants déplacements de couche (001). L'axe b (8,94 Å) est darts la gamme de la kaolinite (8,93–8,94 Å). Aucun sommet d'absorption infrarouge n'a été observé à 3550 cm⁻¹, ce qui corresponderait à l'halloysite. Les proportions de courbes d'analyse différentielle thermique du sommet endothermique à à peu près 550°C (1,4–2,3) étaient dans la gamme de la kaolinite (0,78–2,39). [D.J.]