Contribution à l'étude de la formation des gîtes silicatés de nickel

An experimental study of weathering of nickeliferous olivine and serpentine, using the « soxhlet » apparatus, shows that the two minerals behave in very different ways. While the serpentine undergoes a quasicongruent dissolution, the forsterite decays with formation of amorphous Si-enriched silico-magnesian products. Nickel shows a tendency to concentrate in such residual products. The factor of concentration is low in the case of serpentine. In the case of forsterite, the nickel percent in the amorphous products, resulting immediately from weathering, can exceed by twenty times the initial amount in forsterite. We show that these amorphous silicates behave like ions-exchangers in presence of nickel and magnesium. The high nickel amount of these products is explained by the high value, about 400, of the distribution coefficient D(Ni,Mg) = (Ni/Mg)[gel]/(Ni/Mg)[solution] ((Ni/Mg)[gel] and (Ni/Mg)[solution] are atomic ratios). These observations suggest that residual silicated ores could have undergone an amorphous stage during which nickel was concentrated by ion-exchange.On reproduit les phénomènes d'altération météorique du péridot et de la serpentine nickélifère en utilisant le principe du « soxhlet ». Les deux minéraux se comportent de façon très différente : la serpentine subit une dissolution quasi congruente, la forstérite se décompose avec formation de produits silico-magnésiens amorphes enrichis en silice. Le nickel a tendance à se concentrer dans les produits résiduels. Le facteur de concentration est faible dans le cas de la serpentine, en revanche, dans le cas de la forstérite, les teneurs en nickel des matériaux amorphes, produits immédiats de l'altération, peuvent dépasser vingt fois la teneur de la forstérite initiale. On montre que les silicates amorphes se comportent comme des échangeurs d'ions vis-à-vis du nickel et du magnésium. La valeur élevée du coefficient de distribution D(Ni,Mg) = (Ni/Mg)[gel]/(Ni/Mg)[solution] (où (Ni/Mg)[gel] et (Ni/Mg)[solution] sont des rapports en nombre d'atomes), de l'ordre de 400, explique les fortes teneurs en nickel de ces produits. Ces observations suggèrent que les minerais silicatés résiduels de nickel auraient pu passer par un stade amorphe au cours duquel le nickel se serait concentré par échange d'ions.Perruchot Alain. Contribution à l'étude de la formation des gîtes silicatés de nickel. In: Bulletin de la Société française de Minéralogie et de Cristallographie, volume 99, 4, 1976. pp. 225-233

Contribution à l'étude des échanges d'ions dans les gels silicatés. Comportement des éléments alcalino-terreux et de quelques éléments de transition, Mn2+, Fe2+, Co2+, Ni2+, Cu2+, Zn2+

Ion exchange reactions between silicated gels and aqueous solutions are investigated. These reactions concern pairs of divalent elements belonging to the alkaline earth group (Mg, Ca, Sr, Ba) and to the first period of transition elements (Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn). These exchange reactions can be, on first approximation, described by an ideal solution model. A scale of the increasing affinities of the different elements for the gels is drawn up : Sr < Ba < Ca < Mg < Mn < Ni < Co < Fe < Zn < Cu. The distributions coefficients D(A,B) = (A/B)[gel]/(A/B)[solution] (where (A/B)[gel] and (A/B)[solution] are atomic ratios) are very different from unity (log D(Cu,Mg) = 4,82, log D(Sr,Mg) = — 2,81), conducting to a very important fractionation of the elements between gels and solutions. Log D(A,B) can be expressed as the difference between two terms, Γ'(A) and Γ'(B), each of one being characteristic of only one element, and may be estimated from the standard Gibbs energies of oxides and ions. The distribution coefficients are a function of the silica amount of the gels ; the selectivity decreases when the silica amount increases. Temperature (up to 80° C) has no effect upon the distribution coefficient. The very different behaviour of alkaline earths, which concentrate in solutions, and transition elements, which concentrate in gels, is geochemically interesting. These reactions could play an important part in the residual transition elements ores formation.On étudie les réactions d'échange d'ions entre gels silicatés de composition (SiO₂) (A,B) O rH₂O et solution aqueuse, mettant en jeu des couples d'éléments divalents appartenant au groupe des alcalino-terreux (Mg, Ca, Sr, Ba) et à la première période des éléments de transition (Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn). Ces réactions d'échange peuvent être, en première approximation, décrites par un modèle de solution idéale. On établit une échelle d'affinité des divers éléments pour les gels (ou les solutions). Les éléments étudiés peuvent être ainsi classés par ordre d'affinité croissante pour les gels : Sr < Ba < Ca < Mg < Mn < Ni < Co < Fe < Zn < Cu. Les coefficients de distribution D(A,B) = (A/B)[gel]/(A/B)[solution] (où (A/B)[gel] et (A/B)[solution] sont des rapports en nombre d'atomes) s'écartent notablement de l'unité (log D(Cu,Mg) = 4,82, log D(Sr,Mg) = — 2,81,) conduisant à des fractionnements très importants entre gels et solutions. On montre que log D(A,B) peut s'exprimer comme la différence de deux termes Γ'(A) et Γ'(B) caractéristiques de chaque élément, et que l'on peut estimer à partir des enthalpies libres standard des oxydes et des ions. Les coefficients de distribution dépendent de la teneur en silice des gels ; la sélectivité diminue lorsque la teneur en silice augmente. La température (jusqu'à 80° C) est sans effet sur les coefficients de distribution. Le comportement très différent des éléments alcalino-terreux, qui se concentrent en solution, et des éléments de transition, qui se concentrent dans les gels, présente un intérêt géochimique. Ces réactions pourraient jouer un rôle important dans la formation des gîtes d'éléments de transitions.Perruchot Alain. Contribution à l'étude des échanges d'ions dans les gels silicatés. Comportement des éléments alcalino-terreux et de quelques éléments de transition, Mn2+, Fe2+, Co2+, Ni2+, Cu2+, Zn2+. In: Bulletin de la Société française de Minéralogie et de Cristallographie, volume 99, 4, 1976. pp. 234-242

Néoformation argileuse au cours d'altérations expérimentales de forstérites, en système ouvert

Weathering newformed products in open systems and with pCO₂ = 1 have been investigated by X-ray and electron diffraction. These materiels are shown to be composed of magnesian smectite, closely related to a stevensite.L'examen, par diffraction des rayons X et par microdiffraction électronique des produits néoformés par altération en système ouvert et sous pCO₂ = 1, de forstérites, montre que ces matériaux sont constitués de smectite magnésienne voisine d'une stévensite.Decarreau Alain, Perruchot Alain. Néoformation argileuse au cours d'altérations expérimentales de forstérites, en système ouvert. In: Bulletin de Minéralogie, volume 103, 3-4, 1980. Propriétés des solides minéraux. I. Dissolution. II. Ordre-désordre

Concentration des éléments de transition divalents par les gels silicatés. Interprétation thermodynamique de quelques données expérimentales

Distribution equilibria of two divalent transition elements (A,B) between silicate gels p(SiO₂) — (A,B)O — nH₂ and aqueous solutions A²⁺, B²⁺ (А, В = Mg, Mn, Ni, Co, Cu,Zn) were investigated. It was found that the standard molar free enthalpy of exchange reactions is given by the simplified relation ΔG°(experimental) = K(p) ΔG°(calculated) where K(p) is a coefficient which depends only on the silica content of the gel, and ΔG°(calculated) = (G° (A(OH)2)> — G°(B(OH)2))hydrox — (G°(A)²⁺— G°(B)²⁺)(sol). This law indicates that the selectivity of the exchange reactions decreases when the silica content of the gels (p) increases. The behaviour of any divalent element can be predicted for any p value. These ion exchange mechanisms can play an important role in the genesis of residual silicate deposits, especially nickel and copper.On étudie les équilibres de distribution de deux éléments de transition divalents A, В entre gels silicatés de formule pSiO₂ — (A,B)O — nH₂O et solution aqueuse A²⁺, B²⁺. (A, В = Mg, Mn, Ni, Co, Cu,Zn). On montre que l'enthalpie libre molaire standard des réactions d'échange est donnée par la relation simplifiée ΔG0(expérimental) = K(p) ΔG°(calculé), où K(p) est un coefficient qui ne dépend que de la teneur en silice du gel, et ΔG°(calculé) = (G°(A(OH)2) — G°(B(OH)2)>)hydrox — (G°(A²⁺) — G °(B²⁺)so1. Cette loi montre que la sélectivité des réactions d'échange diminue lorsque la teneur en silice des gels (définie par p) augmente. Elle permet de prévoir le comportement d'un quelconque élément divalent quel que soit p. Les mécanismes d'échange d'ions étudiés doivent jouer un rôle important dans la genèse des gîtes silicatés résiduels, en particulier de cuivre et de nickel.Perruchot Alain, Delbove François. Concentration des éléments de transition divalents par les gels silicatés. Interprétation thermodynamique de quelques données expérimentales. In: Sciences Géologiques. Bulletin, tome 35, n°1-2, 1982. Géochimie de la silice. pp. 55-69

Néogenèses silico-alumineuses en contexte cryptokarstique (l'halloysite de Beez (Namur, Belgique) et de Aïn Khamouda (Kasserine, Tunisie))

Les cryptokarsts de Beez (Belgique) se sont développés au dépens de calcaires dolomitiques viséens, à la faveur de drains constitués par les filons sulfurés Fe-Pb-Zn, sous une couverture composée de pélites gréseuses viséo-namuriennes et de sables oligocènes. A Khamouda (Tunisie), les poches karstiques se sont développées suivant la stratigraphie sub-horizontale des calcaires sénoniens à partir d'une faille normale les mettant au contact de la couverture sableuse miocène. Dans les deux sites, des paragenèses complexes s'installent à l'interface entre encaissant carbonaté et remplissage karstique, notamment des argilites blanches et des croûtes ferrugineuses. A Beez, l'argilite est constituée d'halloysite et de gibbsite. A Khamouda, elle s'enrichit de phases zincifères plus rares, telles que la baileychlore, la sauconite ainsi que d'un hydroxyde de zinc amorphe. Dans les deux cas, les fluides météoriques acquièrent leur acidité (pH~2 à Beez et pH~4 à Khamouda) par lessivage de la couverture sédimentaire sus-jacente et notamment par oxydation des sulfures qu'elle contient. La neutralisation des fluides au contact du mur carbonaté conduit dans un premier temps à la formation de sulfates (gypse, jarosite) et d'oxy-hydroxydes de fer, puis d'halloysite et d'hydroxydes d'aluminium à partir de pH 4,5-5,5. A Khamouda, la baileychlore ne se forme que plus tardivement (pH < ~9,5). Dans les deux cas étudiés, nous avons mis en évidence l'évolution de phases minérales depuis des gels silico-alumineux jusqu'à des minéraux bien cristallisés (halloysite) ou moins bien organisés. Dans les deux gîtes, le micro faciès tubulaire de l'halloysite, correspondant à une croissance fissurale, prédomine par rapport au faciès sphéroïdal se développant habituellement au sein des masses de gel; ce qui suggère une fracturation répétée des masses de gels précurseurs. Nous avons également établi que ces gels incorporent des cations des solutions percolantes, notamment du manganèse à Beez.The cryptokarsts from Beez (Belgium) were settled in dolomitic Visean limestones owing to Fe-Pb-Zn sulphide veins. The sedimentary cover is made up from Viseo-Namurian pelites and Oligocene sands. The cryptokarsts from Khamouda (Tunisia) were settled in senonian sub-horizontal limestones. They expand from a down fault, which brings limestones into contact with Miocene sandy cover. In both sites, complicated paragenesis were settled at the limestone/karst-filling interface. Main paragenesis are white argillite and ferruginous crusts. In Beez, the white argillite is made up from halloysite and gibbsite. In Khamouda, it is enriched with zinciferous phases as baileychlore, sauconite and amorphous Zn-hydroxide. In both sites, the leaching of the overlying cover increase the acidity of meteoric fluids (pH~2 in Beez and pH~4 in Khamouda). This is mainly due to the oxidation of some sulfides (pyrite in Beez; pyrite and blende in Khamouda). These acid fluids are neutralized at the limestone karst-wall. In a first time, it leads to the neogenesis of sulphates (as gypsum and jarosite) and iron oxi-hydroxides. In a second time (from pH 4,5-5,5), halloysite and Al-oxi-hydroxides are formed. In Khamouda, baileychlore is late-developping (pH < ~9,5). In both cases, we showed clearly the development of mineral phases from a Si-Al gel to well-crystallized minerals, as halloysite, or badly organized minerals, as some Mn-oxides from Beez. In both deposits, tubular halloysite, which usually develops in cracks, is prominent in comparison to spheroidal halloysite, wich usually growths in gel masses. It suggest an intensive fracturing of the gel masses. We established that these gel masses mix cations from the percolating solutions.ORSAY-PARIS 11-BU Sciences (914712101) / SudocSudocFranceF

Étude de l'extraction sélective du nickel d'un minerai garniéritique pauvre par sulfuration par le soufre suivie de recuit en tube scellé

The effect of sulphur, in a vacuum-sealed tube at 700 °C, on a Ni-poor garnieritic ore, leads to a selective sulphidation of nickel ; however, the extremely small grain-size of the sulphides prevents use of physical means (flotation) for their recovery. In order to improve the grain-size of the sulphides, samples were submitted, after sulphidation, to annealing in various conditions : — A single annealing, at 1 000 °C, increases the grain-size slightly, but the recovery of the sulphides remains difficult. It leads however to an important lowering of the sulphidation-ratio of iron and, so, to a sharp improvement of the chemical selectivity of the procedure. — An annealing with 3 % NaCl allows the grain-size to be increased appreciably and the selectivity to be improved simultaneously. Granulometries are obtained (D₈₀ about 10 to 20 µm) which make possible the use of physical means of recovery. The sulphides consists of Mss when the annealing is followed by a quench, and of varying sulphide phase assemblages in the case of a slow cooling, while the silicates recrystallize as orthopyroxenes.L'action du soufre, en tube scellé à 700 °C, sur un minerai garniéritique pauvre, conduit à une sulfuration sélective du nickel ; cependant, l'extrême finesse des sulfures obtenus est un obstacle à leur récupération par voie physique (flottation). Dans le but d'améliorer la taille des grains de sulfures, on a soumis un minerai ainsi sulfuré à l'action de divers recuits : — Un simple recuit à 1 000 °C donne lieu à une augmentation limitée de la taille des grains qui restent encore difficilement séparables. La baisse importante du taux de sulfuration du fer conduit cependant à une nette amélioration en ce qui concerne la sélectivité de l'opération. — Un recuit en présence de 3 % de NaCl permet d'accroître sensiblement la taille des grains tout en améliorant également la sélectivité. Les granulométries obtenues (D₈₀ compris entre 10 et 20 µm) rendent possible une séparation par voie physique. Les sulfures sont constitués de Mss lorsque le recuit est suivi d'une trempe, et d'assemblages de phases sulfurées diverses lorsque le refroidissement est lent, tandis que les silicates recristallisent en orthopyroxènes.Gruget Olivier, Delbove François, Perruchot Alain. Étude de l'extraction sélective du nickel d'un minerai garniéritique pauvre par sulfuration par le soufre suivie de recuit en tube scellé. In: Bulletin de Minéralogie, volume 103, 6, 1980. pp. 603-612

Chronologie des sédiments kaoliniques à faciès wealdien (Barrémien moyen à Albien supérieur ; Bassin de Mons) et de la saprolite polyphasée (Crétacé inférieur et Miocène inférieur) de la Haute-Lesse (Belgique) (implications géodynamiques et paléoclimatiques)

Ce travail traite de l'âge et de la durée des processus d'altération, d'érosion et de dépôt des sédiments kaoliniques, à partir de l'étude de plusieurs exemples localisés en Belgique. Au moyen de plusieurs méthodes, nous montrons que la kaolinite néoformée dans la Haute- Lesse (Ardenne) résulte d'une saprolitisation polyphasée agissant au moins durant le Crétacé inférieur et le Miocène inférieur. Les sédiments kaoliniques à faciès wealdien du Bassin de Mons, datés par l'examen palynologique, sont diachrones: Barrémien moyen à Aptien basal à l'Ouest du bassin et Albien supérieur sensu stricto à l'Est. De plus, les faciès wealdiens, réputés continentaux, renferment des témoins marins. Nous en concluons que l'utilisation du terme "faciès wealdien" ne doit sous-entendre aucune implication temporelle ou paléoenvironnementale. Bien qu'en partie contemporains des faciès wealdiens kaoliniques et également situés dans le Bassin de Mons, les sédiments du Groupe des Grès Verts de la Haine sont dépourvus de kaolinite, suite à des transformations minéralogiques au cours d'une diagenèse jusqu'alors insoupçonnée. Le dépôt des argiles kaoliniques de La-Roche-en-Ardenne est daté du Pléistocène inférieur et du Weichsélien moyen par la palynologie stratigraphique. La kaolinite provient du bassin versant de rivières qui entaillent les saprolites ardennaises formées au Crétacé inférieur et au Miocène inférieur. Nous confirmons de la sorte que la kaolinite peut être stabilisée pendant de longues durées sur le continent avant d'être mobilisée et déposée dans les bassins avoisinants. La mobilisation et la conservation de la kaolinite dépendent de l'action cumulée et contemporaine de plusieurs conditions géologiques précises. Le rôle du climat est mineur: il est dangereux d'associer systématiquement la présence de kaolinite dans une sédiment à un climat contemporain chaud sur le continent.This work deals with the timing in the processes of weathering, mobilisation and deposition of the kaolinitic sediments, as deduced from several case studies located in Belgium. By using various methods, we show that the neoformed kaolinite of the Haute-Lesse (Ardenne) area is the result of a polyphased saprolitisation, which was effective at least twice, namely during the Early Cretaceous, and the Early Miocene. The kaolinitic wealden facies of the Mons Basin are precisely dated by palynology. They are diachronic: Middle Barremian to Earliest Aptian in the Western part of the basin and Late Albian sensu stricto in the Eastern part. Moreover, these facies, usually considered as continental sediments, do contain marine palynomorphs. We therefore recommend to use the term "wealden facies" to define a facies, regardless of any temporal or paleoenvironmental implications. Although they are coeval to the wealden facies, and also located in the Mons Basin, the sediments of the Haine Green Sandstone Group do not contain kaolinite. The lack of kaolinite is related to mineralogical transformations that took place during an unsuspected diagenesis. The deposition of the kaolinite-bearing clays of La-Roche-en-Ardenne is Early Pleistocene and Middle Weichselian in age, as deduced from stratigraphic palynology. The kaolinite within these sediments is undoubtedly inherited from the above-mentioned saprolites formed in the neighbourhood Ardenne area, during the Early Cretaceous, and the Early Miocene. Hence, we confirm that kaolinite can be preserved on the continent for a very long period, before undergoing mobilisation and deposition in the neighbouring basins. The mobilisation and the preservation of kaolinite result from several concurrent geological conditions. The climate is not a major parameter in this matter: as a consequence, the presence of kaolinite in sediments must not be systematically associated with a contemporaneous hot climate on the land.ORSAY-PARIS 11-BU Sciences (914712101) / SudocSudocFranceF

Low-temperature acid weathering in Newhaven, Sussex, United Kingdom, and its application to theoretical modeling in radioactive waste-disposal sites

Tertiary weathered sediments located immediately to the west of the harbor at Newhaven, Sussex, UK, were investigated by examination of major and trace elements by scanning electron microscope (SEM), microprobe, and inductively coupled plasma mass spectrometer (ICP-MS), and the mineralogy was studied by optical petrography, X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscope (TEM), selective leaching, and thermodynamic modeling. Studied outcrops experienced acid leaching by sulfuric acid percolating downward through Tertiary sediments overlying Cretaceous chalk. The progressive neutralization of the percolating acid fluids resulted in 'sequentially' layered neoformation of minerals: jarosite, iron oxides, aluminous minerals (sulfates, oxyhydroxides), gypsum, and Fe-Mn oxides. Substantial agreement was found between field observations and mineral assemblages obtained by modeling with the program CHILLER. These results suggest that the initial assumptions on the weathering process and mechanisms are correct. The relevance and implications of this study in the modeling of future denudation and weathering processes of radioactive waste-disposal sites (both deeply buried sites for high-level waste and surface sites for low-level waste) are discussed. Neoformed phases, such as jarosite, aluminous minerals, and silico-aluminous gels may play a significant role in the efficient trapping of mobilized pollutant radionuclides.SCOPUS: ar.jinfo:eu-repo/semantics/publishe