Morphologie de la dissolution : curiosités experimentales

[phoscorite]

Bonjour

 

Je ressors des cartons les images d'une manip assez ancienne (2008-2010) effectuée dans le cadre de travaux liés à la séquestration du CO2.

Elle avait donné des structures de corrosion inattendues et permis de comprendre un peu mieux les mécanismes de dissolution minérale.

 

Voici des photos MEB du matériel qui a été soumis à l'attaque ... Je vous laisse deviner de quel minéral il peut bien s'agir

 

 

 

[phoscorite]

Et les mêmes après quelques mois dans le percolateur, corrodés par une solution de HNO3 0.01M (pH 2) à 60°C.

 

 

 

[jean francois06]

Encore de jolies images.

Un écho à ce fil : curiosité morphologique à identifier  avec le même minéral, il semble.

C'est assez étrange cette aspect vermiculé sur certaines photos.

Ce serait intéressant @phoscorite que tu nous en dises plus sur ces études sur la séquestration du CO2, et pourquoi on utilise de l'acide Nitrique dans cette expérience.  Juste une parenthèse dans le sujet.

Une thèse de 2017 de Laura Turri : "Stockage du CO2 par carbonatation minérale de l’olivine : étude du procédé global pour la valorisation des produits de la réaction et la séparation des particules de chromite par flottation" le lien : https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01577857/document

Le premier chapitre est abordable, et fait un point rapide sur les enjeux.

D'autres liens : https://www.revolution-energetique.com/total-et-shell-projettent-un-stockage-du-co2-en-norvege-solution-prometteuse-ou-greenwashing/

https://www.usinenouvelle.com/article/le-petrolier-oxy-captera-le-carbone-de-l-air-du-texas.N853070

[phoscorite]

il y a 50 minutes, jean francois06 a dit :

avec le même minéral, il semble.

Eh non, cette fois, ce n'est pas un carbonate. La dissolution du carbonate dans une eau aussi acide et à 60°C se ferait en quelques minutes.

Ici, il a fallu des mois, et l'une des manips a duré plus d'un an, sans venir à bout du minéral soumis a la dissolution.

 

Merci pour le lien de la thèse en génie des procédés. Typiquement mon activité en fin de carrière professionnelle.

Le minéral qui est attaqué ici n'est pas de l'olivine, mais on n'en est pas très loin.

 

Quelques images supplémentaires des grains attaqués, en espérant piquer votre curiosité...

[jean francois06]

La réponse pour le minéral est sans doute dans la thèse. Une proposition : Anorthite ( mais on est loin de l'olivine). Mais là c'est du pifomètre.

En tout cas les images sont fascinantes.

 

[phoscorite]

il y a une heure, jean francois06 a dit :

La réponse pour le minéral est sans doute dans la thèse

Il y a bien une thèse qui parle de ces manips. Mais ce n'est pas un feldspath.

 

Peut-être les clivages (voire les macles) sont plus parlants sur celles-ci :

 

[phoscorite]

Bonjour à tous, je décode un peu pour ceux qui seraient intéressés.

Le minéral attaqué dans cette manip est un pyroxène, du diopside pour être précis : provenance, la mine à phlogopite de Kovdor, Kola, Russie.

Les grains initiaux sont issus du concassage/tamisage et ont le plus souvent des formes de baguettes allongées selon l'axe c du cristal.

 

Le point remarquable dans cette dissolution est qu’elle est anisotrope.

 

Sur les surfaces du cristal qui sont transverses sur l'axe c (d'allongement principal), il apparait au début de la manip (quelques heures) une couche de silice amorphe que l'on voit ci-dessus détachée de son substrat (après séchage des grains), mais qui reste évidemment sur la surface pendant la manip, comme sur cette vue déjà postée :

 

La couche de silice amorphe a été identifiée au MEB et par XPS sur cristaux orientés, elle fait dans les 2 microns d'épaisseur et donne cet aspect de moquette sur les surfaces, mais elle n'est présente que sur les surfaces qui coupent l'axe c avec un angle assez fort.

Comme à ce stade d'avancement la chimie indique que le bilan de la dissolution est stœchiométrique (le fluide exporte une mole de Ca, une de Mg+Fe pour deux de Si), cela signifie que la couche de silice (probablement hydratée) recule, mais ne change pas d'épaisseur de manière mesurable quand la réaction progresse.

 

A près quelques mois de percolation et >50% de réaction, on obtient des prismes très raccourcis avec une surface transverse sur l'axe c en dômes et bassins ou avec des cheminées de fées dont voici deux exemples typiques.

 

 

Pour ce qui est des autres surfaces (contenant l'axe c), on observe des etch pits avec des formes discoïdes, mais la réaction dans ces directions contribue trop peu au bilan chimique de la dissolution pour que l'on puisse l'évaluer dans cette manip : il faudrait monter une manip en cristal tournant avec un grain de diopside taillé parallèlement a l'axe c pour avoir une chance de la mesurer.

 

 

 

[jean francois06]

Pour le minéral, ces vues au meb sont surprenantes. 

Ici je croyais voir des macles polysynthétiques.

Mais pour en revenir au CO2, c'est quoi l'idée? 

https://www.ipgp.fr/fr/stockage-mineral-co2-basaltes-bacteries-sol-profond-sen-melent

 

[phoscorite]

il y a une heure, jean francois06 a dit :

des macles polysynthétiques

C'est bien le cas, quoique pas dans tous les pyroxènes.

 

Pour le stockage "minéral" du CO2, l'idée est de prendre dans des silicates des cations basiques (Ca, Mg) pour en faire des carbonates avec le CO2 des émissions.

Les cibles sont donc tous les silicates Ca-Mg, olivines, pyroxenes, amphiboles, qui ne sont pas vraiment rares dans la nature...

D’où un nombre incalculable d'études pour tester la réactivité de ces silicates calciques ou magnésiens et les procédés de cristallisation de carbonates (calcite, dolomie, magnésite) qui ne soient pas trop couteux en énergie.

[jean francois06]

C'est la troisième fois aujourd’hui  que j'avoue mon incompétence.

Formidable, le forum, nous apprend l'humilité. De mon coté, j'en ai un peu marre, j'ai l'impression de rien savoir. C'est une impression? 

En tout cas, @phoscorite ces photos sont superbes, on a pas occasion de voir cela tout les jours. Dans la rubrique "Le forum vous plait ?" je réponds oui, car je vois, je découvre tous les jours des choses nouvelles. j' y vais.

[phoscorite]

Merci Jean François,

le travail de thèse qui donne des éléments quantitatifs sur la dissolution du diopside (et d'autres manips) est accessible ici.

https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00466764$

Mais la communauté scientifique se nourrit de chiffres plus que de photos, et celles-ci auraient été sans doute perdues.

A sa décharge, il faut bien dire que l'image est souvent trompeuse, et qu'il est souvent plus prudent de s'en servir pour illustrer un phénomène que l'on pense avoir compris par d'autres méthodes.

 

Sur l'observation de la moquette qui tapisse certaines surfaces du diopside en cours d'attaque, il nous a fallu au moins deux ans pour comprendre que c’était de la silice, et les collègues très sérieux auxquels nous avions montré les photos à l'époque ont tous crié à l'artéfact.

Pour essayer de convaincre, on a même essayé de mettre en évidence cette couche de silice en la faisant recristalliser sous une autre forme. On a coupé le flux d'acide mais laissé une partie des grains mijoter dans la sauce à une température plus élevée (120°C) pendant une semaine pour essayer de faire murir la couche de silice, et elle a bien voulu recristalliser en une autre forme de silice, voire en quartz.

Sympa, non ?