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The effects of experimental conditions on the 950°C kaolinite exotherm in some tropical soil clays

Published online by Cambridge University Press:  09 July 2018

J. C. Hughes*
Affiliation:
Soils and Plant Nutrition Department, Rothamsted Experimental Station, Harpenden, Hertfordshire

Abstract

Some predominantly kaolinitic tropical soil clays when examined by DTA in a nitrogen atmosphere gave two exothermic reactions (at ∼880°C and ∼950°C) instead of the usual single exotherm. During heating, iron present in the samples is reduced, possibly by organic carbon, and reacts with the metakaolin phase to form hercynite (FeAl2O4). The presence of Fe2+ also causes mullite to form at a lower temperature than normal. These reactions accompany the lower-temperature exotherm. The higher-temperature exotherm is due to formation of γ-alumina. Although this exothermic doublet is an artifact of the experimental conditions, its occurrence may help to elucidate the sequence of reactions involved in the metakaolinite recrystallization process.

Résumé

Résumé

Quelques argiles à prédominance kaoliniques, que l'on trouve dans les sols de régions tropicales, donnent lieu à deux pics de réaction exothermique (à environ 880° et environ 950°C), au lieu de l'habituelle transformation exothermique unique, lorsqu'on les soumet à l'analyse thermique différentielle en atmosphère d'azote. Pendant le chauffage, le fer qui se trouve dans les échantillons est réduit, sans doute par du carbone organique, et réagit avec la phase de métakaolin pour former l'hercynite (FeAl2O4). La présence de l'ion réduit Fe2+ provoque aussi la formation de la mullite à une température plus basse que normalement. La seconde des réactions exothermiques, celle à environ 950°C, est due à la formation de γ-alumine. Bien que le doublet d'ATD qui a été mis en évidence soit un artefact lié aux conditions expérimentales, sa constatation peut aider à comprendre la séquence des réactions impliquées dans le processus de recristallisation de la métakaolinite.

Kurzreferat

Kurzreferat

Einige in der Hauptsache kaolinitische tropische Tone zeigten bei Untersuchung durch Differentialthermalanalyse in einer Stickstoffatmosphäre zwei exothermische Reaktionen (bei ∼830°C und ∼950°C) anstatt der üblichen einfachen exothermen. Während der Erwärmung wird das in den proben vorhandene Eisen verringert, möglicherweise durch organischen Kohlenstoff, und reagiert mit der Metakaolinphase, um Herzynit (FeAl2O4) zu bilden. Das Vorhandensein von Fe2+ führt außerdem zur Bildung von Mullit bei einer niedrigeren Temperatur als normal. Diese Reaktionen begleiten das Niedertemperaturexotherm. Das Hochtemperaturexotherm ergibt sich aufgrund der Bildung der γ-Tonerde. Obwohl dieser exothermische Doppelvorgang ein Kunstprodukt der Untersuchungsbedingungen darstellt, kann sein Vorkommen trotzdem dazu beitragen, die Reaktionsfolge klarzustellen, die beim Metakaolinit-Rekristallisierungsprozeß auftritt.

Resumen

Resumen

Algunas arcillas de suelos predominantemente caoliniticos, al examinarlas mediante el análisis térmico diferencial en una atmósfera de nitrógeno, han dado dos reacciones exotérmicas (a ∼880°C y ∼ 950°C) en lugar de una sola como es corriente. Durante el calentamiento se reduce el hierro presente en las probetas, posiblemente por el carbono orgánico, y reacciona con la fase metacaolinita formando hercinita (Fe Al2 O4). La presencia de Fe2+ también hace formarse mullita a una temperatura más baja de lo normal. Estas reacciones acompañan a la exoterma de temperatura más baja. La de temperatura más alta se debe a la formación de γ-alúmina. Aunque este doblete exotérmico es un efecto aberrante de las condiciones experimentales, su ocurrencia puede ayudar a elucidar la secuencia de las reacciones que intervienen en el proceso de recristalización de la metacaolinita.

Type
Research Article
Copyright
Copyright © The Mineralogical Society of Great Britain and Ireland 1979

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References

Bramao, L., Cady, J.G., Hendricks, S.B. & Swerdlow, M. (1952) Soil Sci. 73, 273.Google Scholar
Bulens, M. & Delmon, B. (1977) Clays Clay Miner. 25, 271.Google Scholar
Caillère, S., Hénin, S. & Turc, L. (1946) J. r. Acad. Sci. Pari. 223, 383.Google Scholar
Gallez, A., Juo, A.S.R., Herbillon, A.J. & Moormann, F.R. (1975) Soil Sci. Soc. Amer. Pro., 39, 577.Google Scholar
Glass, H.D. (1954) Amer. Miner. 39, 193.Google Scholar
Holdridge, D.A. & Vaughan, F. (1957) The kaolin minerals (kandites). The Differential Thermal Investigation of Clays (R. C. Mackenzie, editor), pp. 98-139. Mineralogical Society, London.Google Scholar
Hughes, J.C. & Brown, G. (1975) Mineralogical analysis of soil toposequences in the humid tropics of West Africa. Land Resources Division, Ministry of Overseas Development, Misc. Rpt. 214, 48 pp.Google Scholar
Mackenzie, R.C. (editor) (1957) The Differential Thermal Investigation of Clays. Mineralogical Society, London.Google Scholar
Mackenzie, R.C. (editor) (1970) Differential Thermal Analysis. AcaDemic Press, London.Google Scholar
Mehra, O.P. & Jackson, M.L. (1960) Clays Clay Miner. 7, 317.Google Scholar
Pruden, G. & Bloomfield, C. (1969) Analys. 94, 688.Google Scholar
Pruden, G. & King, H.G.C. (1969) Clay Miner. 8, 1.Google Scholar
Richardson, H.M. (1961) Phase changes which occur on heating kaolin clays. The X-ray IDentification and Crystal Structures of Clay Minerals (G. Brown, editor), pp. 132-142. Mineralogical Society, London.Google Scholar
Robertson, R.H.S., Brindley, G.W. & Mackenzie, R.C. (1954) Amer. Miner. 39, 118.Google Scholar
Saunders, H.L. & Giedroyc, V. (1950) Trans. Brit. Ceram. Soc. 49, 365.Google Scholar
Turnock, AC. & Eugster, H.P. (1962) J. Petrol. 3, 533.Google Scholar
Varley, J.A., Baker, R.M. & Baker, K.F. (1975) Chemical analysis of soil toposequences in the humid tropics of West Africa. (Revised edition April 1975). Land Resources Division, Ministry of Overseas Development, Misc. Rpt. 199, 53 pp.Google Scholar
West, R.R. (1957) Amer. Ceram. Soc. Bull. 36, 55.Google Scholar
West, R.R. & Gray, T.J. (1958) J . Amer. Ceram. Soc. 41, 132.Google Scholar