تاثير اسيدهاي آلي بر رهاسازي برخي عناصر از دو كاني سپيوليت و پاليگورسكيت در شرايط شور

Effects of organic acids on release of some elements from sepiolite and palygorskite minerals in saline conditions

سابقه و هدف: كاني‌هاي رسي تاثير قابل‌توجهي بر خصوصيات فيزيكي، شيميايي و بيولوژيكي خاك‌ها دارند. هواديدگي كاني‌هاي رسي در خاك تحت‌تاثير عوامل مختلفي مانند شرايط اكسيداسيون و احيا، فرآيندهاي آبگيري، هيدروليز، انحلال، كلات شدن (پيوند يون‌هاي فلزي با گروه‌هاي آلي) و آزادسازي اكسيدهاي آلومينيوم از ساختار كاني‌هاي رسي از طريق تبادل يوني است. اطلاعات كمي در رابطه با تاثير اسيدهاي آلي در شرايط شور بر هواديدگي و آزادسازي عناصر از كاني‌هاي سيليكاته و به‌ويژه كاني‌هاي فيبري وجود دارد. اين مطالعه با هدف بررسي آزمايشگاهي اثر پارامترهاي مورد مطالعه بر هواديدگي و آزادسازي عناصر سيليسيم، منيزيم و آلومينيوم از دو كاني پاليگورسكيت و سپيوليت انجام شد. مواد و روش‌ها: به‌منظور نيل به اهداف فوق مطالعه‌اي آزمايشگاهي در قالب طرح كاملاً تصادفي با آرايش فاكتوريل در سه تكرار طراحي شد. تيمارهاي آزمايشي شامل دو نوع كاني رسي سپيوليت و پاليگورسكيت (در اندازه 25 تا 53 ميكرون)، دو نوع اسيد آلي سيتريك و اگزاليك (با غلظت ثابت 10 ميلي‌مولار) و يك تيمار شاهد، و شوري‌هاي مختلف (0، 6، 12 و 24 دسي‌زيمنس بر متر) بود. كاني‌هاي سپيوليت و پاليگورسكيت مورد استفاده به‌ترتيب از معدني در شهرستان فريمان (شمال‌شرقي ايران) و شركت تولساي اسپانيا تهيه گرديد. سپس تركيب عنصري و كاني‌شناختي اين كاني‌ها به‌ترتيب با استفاده از دستگاه‌هاي XRF و XRD مدل‌هاي Pioneer S4 و D8 ساخت شركت بروكر تعيين گرديد. مقدار رهاسازي عناصر نيز با استفاده از دستگاه جذب اتمي GBC اندازه‌گيري گرديد. يافته‌ها: مطالعه تركيب عنصري هر دو كاني سپيوليت و پاليگورسكيت نشان داد كه كاني سپيوليت حاوي مقادير بيش‌تري اكسيد منيزيوم نسبت به كاني پاليگورسكيت مي‌باشد كه با نتايج ساير مطالعات نيز همخواني دارد. همچنين، حضور مقداري اكسيد كلسيم در تركيب عنصري هر دو كاني نشان‌دهنده وجود مقدار كمي كاني‌هاي كربناتي به‌صورت همراه با اين كاني‌ها است كه اين نتايج با يافته‌هاي حاصل از مطالعه پراش نگاشت‌هاي پرتو ايكس نيز هماهنگ است. به‌علاوه نتايج نشان داد كه ميزان رهاسازي عناصر به نوع عنصر مورد مطالعه، نوع اسيدهاي آلي، مقدار شوري و نوع كاني بستگي دارد. از ميان اسيدهاي آلي مورد مطالعه، ميزان رهاسازي عناصر آلومينيوم و منيزيم در نمونه‌هاي تيمار شده با اسيد سيتريك بيش از نمونه‌هاي تيمار شده با اسيد اگزاليك مي‌باشد. حال آن‌كه، رهاسازي سيليسيم در نمونه‌هاي تيمار شده با اسيد اگزاليك بيش از اسيد سيتريك است. همچنين نتايج نشان داد كه با افزايش شوري رهاسازي عناصر از هردو كاني سپيوليت و پاليگورسكيت افزايش مي‌يابد، ولي در حضور اسيدهاي آلي ميزان رهاسازي عناصر از هر دو كاني پاليگورسكيت و سپيوليت نسبت به تيمارهاي غيرشور كاهش معني‌داري مي‌يابد. به‌علاوه، نتايج نشان داد كه نسبت مجموع آلومينيوم و منيزيم رهاسازي شده به سيليسيم رهاسازي شده از كاني سپيوليت بيش از پاليگورسكيت است. نتيجه‌گيري: نتايج اين مطالعه بر پايداري بيش‌تر پاليگورسكيت نسبت به سپيوليت دلالت دارد و نشان مي‌دهد كه كاني سپيوليت تحت شرايط مطالعه بيش‌تر از كاني پاليگورسكيت هواديده مي‌شود.

Background and Objectives: Clay minerals have significant impacts on all physical, chemical and biological properties of soils. Weathering of clay minerals in soil could be affected by several factors such as redox status, dehydration, hydrolysis, dissolution, chelation (bond a metal ion with an organic capsule) and release of aluminum hydroxide into juicy clays structure through exchange position. Limited information is available about the influence of organic acids on dissolution of fibrous clay minerals especially in saline conditions. This study was carried out to identify the influence of studied parameters on release of magnesium, silicon and aluminum from sepiolite and palygorskite minerals. Materials and Methods: A laboratory experiment was set up with a completely randomized design and factorial arrangement in three replications. Treatments included two types of mineral (sepiolite and palygorskite in size of 25-53 µm), two organic acids (0.01 M citric and oxalic) and a control and four salinity levels (0, 6, 12 and 24 dS/m). The sepiolite and palygorskite minerals were taken from a mine in Fariman city (northeastern Iran) and Tolsa Co. (Spain), respectively. Then their elemental composition and X-ray diffraction patterns were measured using Bruker Pioneer S4 and Bruker D8 machines, respectively. The concentrations of released elements were also measured by GBC atomic absorption spectrometer. Results: The results obtained from determination of elemental composition of sepiolite and palygorskite minerals showed that sepiolite has higher concentration of MgO than palygorskite which is in accordance with those reported in literature. The presence of minor concentration of CaO in elemental composition of the both minerals suggests that both minerals have minor amounts of carbonates as the accompanying phase. This was further supported by the results of XRD analysis of the samples. The results also illustrated that the amount of released elements is highly affected by the type of organic acids, salinity and type of mineral. Among the organic acids, the amount of Mg and Al released from sepiolite and palygorskite in citric acid treated samples were greater than those from oxalic acid samples. However, oxalic acid was found to be more effective for extraction of Si from the minerals. With increasing salinity, the release of all elements was increased, however; in presence of organic acids the amount of released elements was reduced comparing with non-saline conditions. Moreover, the results illustrated that the ratio of released Si/ (Al+Mg) in sepiolite samples was higher than palygroskite. Conclusion: The results of this study suggest that sepiolite is less stable than palygorskite and is much more weathered under the conditions studied.