Modification of streaming potential by precipitation of calcite in a sand-water system: laboratory measurements pH range from 4 to 12

Spontaneous Potentials associated with volcanic activity are often interpreted by means of the electrokinetic potential, which is usually positive in the flow direction (i.e. Zeta potential of the rock is negative). The water-rock interactions in hydrothermal zones alter the primary minerals leading to the formation of secondary minerals. This work addresses the study of calcite precipitation in a sand composed of 98% quartz and 2% calcite using streaming potential measurements. The precipitation of calcite as a secondary mineral phase, inferred by high calcite saturation indices and by a fall in permeability, has a significant effect on the electrokinetic behaviour, leading to a significant reduction in the Zeta potential (in absolute value) and even a change in sign. The measured decrease in Zeta potential from -16 mV to -27±4 mV takes place as the pH rises from 4 to 7, while it remains constant at -25±1 mV as the pH increases from 8 to 10.5. For pH higher than 10.5, calcite precipitates and is expected to coat the quartz surface. The measured Zeta potential vary from -17 to +8 mV for pH ranging from 10.6 to 11.7 depending on the amount of precipitated calcite indicated by the decrease in permeability. The observed change in sign of the electrical surface potential rules out the usual qualitative interpretation of SP anomalies in order to determine fluid circulations, even at pH lower than 9 if calcite is widely present as a secondary mineral phase, since the electrical surface potential of calcite depends also on CO2 partial pressure and [Ca2+]. Therefore SP anomalies as measured in hydrothermal field, without mineralogical analyses of hydrothermal deposits, and without geochemical fluid survey, should be interpreted with caution.Comment: The definitive version is available at www.blackwell-synergy.com; We acknowledge the Geophysical Journal International, the Royal Astronomical Society and Blackwell Publishing. Full bibliographic reference is : Guichet, X., L. Jouniaux, and N. Catel, Modification of streaming potential by precipitation of calcite in a sand-water system: laboratory measurements in the pH range from 4 to 12, Geophysical Journal International, 166, 445-460, doi:10.1111/j.1365-246X.2006.02922.x, 200

Quelques réactions de la silice en solution : la formation des argiles

Siffert Bernard. Quelques réactions de la silice en solution : la formation des argiles. Strasbourg : Service de la carte géologique d'Alsace et de Lorraine, 1962. 102 p. (Mémoires du Service de la carte géologique d'Alsace et de Lorraine, 21

Détermination par microcalorimétrie dynamique des chaleurs d'adsorption préférentielle de sulfate et de sulfonates organiques en solution aqueuse sur l'alumine et le grès

Nous avons déterminé par microcalorimétrie dynamique les chaleurs d'adsorption préférentielle de sulfate et de sulfonates organiques en solution aqueuse sur les alumines alpha et gamma et un grès argileux. Un classement donnant l'interaction avec les minéraux, basé sur les chaleurs dégagées, a été établi. Les courbes d'évolution des effets thermiques en fonction des quantités de produit réagissant permettent d'interpréter les mécanismes d'adsorption des composés sur la roche divisée

Contribution à l'étude du mécanisme d'interaction des argiles et des lignosulfonates

The authors studied the interaction between clay minerals and lignosulfonates as a function of pH. In acid medium, they observe the fixation of lignosulfonates by a topochemical reaction on the surfaces of the clay mineral flakes, accompanied by the formation of a coprecipitate. This reaction was pointed out by visible spectroscopy by using a synthetic coloured Ni hectorite. In alkaline medium, the fixation of long-chain organic molecules by «hydrogen bridges» takes place on the external basal surfaces of clay mineral flakes. The dispersed clay particles are then coated with the lignosulfonate molecules. By IR spectroscopy, it can be showed that the hydrogen bonding between the external siloxane surfaces of the particles is realized either by the intermediary of the cation «incorporated» to the lignosulfonate with which it constitutes an hydrous complex, or between some superficial chemical functions supported by the organic molecules.Les auteurs ont étudié l'interaction entre les argiles et les lignosulfonates en fonction du pH. En milieu acide. Ils observent la fixation des lignosulfonates par une réaction topochimique sur les surfaces latérales des cristallites argileux avec formation d'un coprécipité. Cette réaction a été mise en évidence par une étude spectroscopique en lumière visible en utilisant une hectorite nickelifère synthétique colorée. En milieu alcalin, on assiste à la fixation des macromolécules organiques par pontage hydrogène sur les surfaces basales externes des cristallites argileux. Les particules argileuses dispersées sont alors enrobées par les molécules de lignosulfonate. Par une étude spectroscopique en lumière infrarouge, on montre que la liaison hydrogène entre les surfaces siloxanes externes des cristallites s'effectue soit par l'intermédiaire du cation «incorporé» au lignosulfonate avec lequel il forme un complexe hydraté, soit entre certaines fonctions chimiques superficielles portées par la molécule organique.Siffert Bernard, Ferrand C. Contribution à l'étude du mécanisme d'interaction des argiles et des lignosulfonates. In: Bulletin du Groupe français des argiles. Tome 25, fascicule 2, 1973. pp. 135-148

Comportement anormal des ions chrome (III) vis-à-vis de la silice d'une solution monomoléculaire

Unusual com portm ent of chrom ium (III) ions vis-à-vis silica of a monomolecular solution. Despite the close relation in the ionic radius and equal charge, the cations Al3+ and Cr3+ behave differently with regard to a m onom olecular solution of silica. Aluminium coprecipitates with silica giving a mixed gel with seeds of an argillaceous structure, while under the same conditions, Cr3+ ions do not react. The kinetic sluggishness of the chromium ions for ligand exchange reactions give an explanation to their non-reactivity.Pour des rayons ioniques voisins et des charges égales, les cations Al3+ et Cr3+ se comportent différemment vis-à-vis de la silice d'une solution monomoléculaire. L'aluminium coprécipite avec la silice et donne des gels mixtes à amorce de structure de silicate phylliteux. Le cation Cr3+, par contre, et dans les mêmes conditions, ne réagit pas. On peut expliquer le comportement du chrome par son inertie cinétique particulièrement élevée pour les réactions d'échange de ligands dans ses complexes solubles.Siffert Bernard, Saynal P. Comportement anormal des ions chrome (III) vis-à-vis de la silice d'une solution monomoléculaire. In: Bulletin du Groupe français des argiles. Tome 20, fascicule 2, 1968. pp. 99-107

Etude de l'influence des acides minéraux forts sur la synthèse de la kaolinite à partir du mélange gibbsite-silice amorphe

In a recent study concerning the hydrothermal synthesis of kaolinite from a mixture of gibbsite and amorphous silica, the authors showed that the synthesis of this aluminous clay mineral occurs at 115°C by combined action of Al-complexing organic acids and grinding of gibbsite. At this temperature, gibbsite dees no more be transformed into boehmite. The hypothesis of ROY and OSBORN (1954), according which gibbsite would bind with silica only when the first is transformed into boehmite, thus is no more valid. One must consider a dissolution of gibbsite and the creation of soluble reactive entities. If this intermediate stage is admitted, then the dissolution of aluminum and the formation of kaolinite should be accelerated, if weak organic acids are replaced by strong mineral acids. The authors undertook a study of hydrothermal synthesis of kaolinite using sulphuric and hydrochloric acids to control this hypothesis.Dans un travail récent sur la synthèse hydrothermale de la kaolinite à partir d'un mélange de gibbsite et de silice amorphe, nous avions montré que l'action conjuguée des acides organiques complexants de l'aluminium et du broyage de la gibbsite permettait de synthétiser la phyllite alumineuse à 115°C (DENNEFELD, SIFFERT et WEY, 1970). A cette température, la gibbsite ne se transforme plus en boehmite. L'hypothèse de ROY et OSBORN (1954), selon laquelle la gibbsite ne se lierait à la silice qu'au moment de sa transformation en boehmite n'est donc plus valable -Il y a lieu d'envisager une dissolution de la gibbsite et la création d'entités réactives solubles. Si l'on admet cette étape intermédiaire, la mise en solution de l'aluminium ainsi que la formation de la kaolinite devraient être accélérées lorsqu'on remplace les acides organiques faibles par des acides minéraux forts. C'est pour vérifier cette hypothèse que nous avons entrepris une étude de synthèse hydrothermale de la kaolinite en présence des acides sulfurique et chlorhydrique.Siffert Bernard, Dennefeld F. Etude de l'influence des acides minéraux forts sur la synthèse de la kaolinite à partir du mélange gibbsite-silice amorphe. In: Bulletin du Groupe français des argiles. Tome 23, fascicule 1, 1971. pp. 91-106

Sur la formation d'argiles chromifères

Due to non-reactivity of chromium (III) ions directly with Si (OH)4 in solution, we have investigated their incorporation in a synthetic magnesium clay. It can be shown that the crossed lattice of a clay mineral germinates only when the molecular ratio MgO/C2O3 is either equal or higher than 5. At concentrations more than the said value, Cr (III) ions hinder the formation of a crossed lattice and impose a spinel structure. ..for the ratio MgO/Cr2O3 equal to 100 in solution, the X-ray diffraction diagram the synthetic product is -well defined, 5.85 % of Cr2O3 is found on chemical of the analysis, which is close to those of natural chromiferous clay minerals. Dissolution in N/50 HCl of the synthesized substance shows that an important part of chromium is fixed in the lattice, essentially in the octahedric cavity of the sheet.Les ions chrome (III) ne pouvant réagir directement avec les molécules simples Si (OH)4 d'une solution, nous avons étudié leur incorporation dans une argile magnésienne synthétique. On montre qu'un réseau croisé de phyllite ne prend naissance que pour des rapports molaires MgO/Cr2O3 en solution égaux ou supérieurs à 5. A concentration plus élevée, le cation Cr3+ empêche la formation du réseau croisé et impose une structure spinelle aux ions Mg2+. Pour un rapport MgO/C2O3 dans la solution égal à 100, le diffrac to gramme des rayons X présente des raies nettes. L'analyse chimique du produit synthétisé dans ces conditions donne un pourcentage de 5,85 % en Cr2O3, teneur voisine de celle des phyllites naturelles. On assiste à un enrichissement du solide en chrome à partir de la solution. Des essais de dissolution du produit dans HCl N/50 montrent qu'une proportion assez importante du chrome s'est fixée dans le réseau, essentiellement dans les cavités octaédriques du feuillet phylliteux.Saynal P., Siffert Bernard, Wey Raymond. Sur la formation d'argiles chromifères. In: Bulletin du Groupe français des argiles. Tome 21, fascicule 2, 1969. pp. 89-113

Etude de l'influence des complexants de l'aluminium et du broyage des hydroxydes d'aluminium sur la formation hydrothermale de la kaolinite

We have studied the synthesis of kaolinite from crys-tallized aluminum hydroxide and amorphous silica in a domain of temperature between 125°C and 200°C. The aluminous clay mineral does not appear after a week's treatment of the mixture (molar ratio Si/Al = 1) at 200°C . But in the presence of organic aluminum complexing acids, aluminum becomes more rapidly mobile and kaolinite forms even at a temperature lower than 200°C. Reducing the size of the original hydroxide particles also lowers the temperature of synthesis. The reaction still takes place at 135°C which is the lower limit temperature for the transformation of gibbsite into boehmite.Nous avons étudié la synthèse de la kaolinite à partir d'hydroxyde d'aluminium cristallisé et de silice amorphe dans un domaine de température compris entre 125°C et 200°C. Quand on traite un tel mélange (rapport molaire Si/Al = 1) à 200°C pendant une semaine, la phyllite alumineuse ne se forme pas. Par contre, lorsqu'on opère en présence d'acides organiques complexants de l'aluminium, celui-ci est mobilisé plus rapidement et la kaolinite se forme même à une température inférieure â 200°C. En diminuant la taille des particules de l'hydroxyde de départ, on abaisse aussi la température de synthèse. La réaction a encore lieu à 135°C, température limite inférieure de transformation de la gibbsite en boehmite.Dennefeld F., Siffert Bernard, Wey Raymond. Etude de l'influence des complexants de l'aluminium et du broyage des hydroxydes d'aluminium sur la formation hydrothermale de la kaolinite. In: Bulletin du Groupe français des argiles. Tome 22, fascicule 2, 1970. pp. 179-190

Mise en évidence par spectrophotométrie d'une liaison semi-polaire dans un complexe argile-lignosulfonate

Lignosulfonates , commonly used in oil technique, permit the drilling muds to keep their optimal rheological characteristics. However, the interaction between organic macro molecules and clays is still badly known. To study the nature of the fixation, we replaced natural clay minerals by a synthetic nickeliferous hectorite. This clay mineral containing a transitional cation in its octahedral layer permits a spectrophotome try study. The cofloculates (nickeliferous hectorite - lignosulfonate) are studied by diffuse reflection in U.V., visible and infra-red rays : we can observe a displacement of the absorption bands corresponding to the transition of 3 d electrons of the nickel atom toward the low wave lengths. These displacements can be interpretated by the ligand field theory as induced by a modification of the frame of ligands round the Ni++ cation. They permit us to determine upon the existence of a clay mineral - lignosulfonate bonding on a level with the cations of the octahedral layer of the clay mineral.Les lignosulfonates couramment employés en pratique pétrolière permettent aux boues de forage de conserver leurs caractéristiques rhéologiques optimales. Cependant l'interaction entre ces macromolécules organiques et les argiles est encore mal connue. Pour étudier la nature de la fixation, nous avons remplacé les argiles naturelles par une hectorite nickelifère synthétique (x). Cette phyllite, contenant un cation de transition dans sa couche octaédrique permet une étude spectrophotométrique. Les cofluctuats (hectorite nickelifère — lignosulfonate) sont examinés par réflexion diffuse en lumière U.V., visible et proche infra-rouge : on observe un décalage des bandes d'absorption correspondant aux transitions des électrons 3 d de l'atome de nickel vers les faibles longueurs d'onde. Ces déplacements peuvent être interprétés par la théorie du champ des ligands comme étant provoqués par une modification de l'entourage des ligands autour du cation Ni ++. Ils permettent de conclure à l'existence d'une liaison argile - lignosulfonate au niveau des cations de la couche octaédrique du feuillet phylliteux.Siffert Bernard, Ferrand C., Wey Raymond. Mise en évidence par spectrophotométrie d'une liaison semi-polaire dans un complexe argile-lignosulfonate. In: Bulletin du Groupe français des argiles. Tome 24, fascicule 1, 1972. pp. 41-47