Dissolution kinetics studies of kaolin ore as raw material for mesoporous silica by acid leaching

ABSTRACT

The high demand for nanoporous silica materials makes it worthwhile to further explore new, cheap and environmentally friendly resources. In this study, the selective acid dissolution of an indigenous kaolin ore after thermal activation for the preparation of mesoporous silica nanoparticles was reported. Experimental parameters (acid concentration, liquid/solid ratio and temperature) were optimised and resultant solid was characterised by X-ray diffraction; scanning and transmission electron microscopy and nitrogen adsorption–desorption measurements. The products were found to be nanoporous with pore sizes of 0.402 and 0.129 cm³ g^–1, with specific surface areas of 45.23 and 16.89 m² g^–1, respectively. The pore development follows the Avrami model with parameter model n values of 0.80 and 0.63, and calculated apparent activation energies of 7.22 and 22.81 kJ mol^–1 for hydrochloric and sulphuric acid respectively, suggesting that the leaching activity is controlled by diffusion processes. The products as characterised demonstrated the vast potential of kaolinite in the development of mesopore materials for diverse industrial applications.

Études de la cinétique de dissolution du minerai de kaolin comme matière première pour la silice mésoporeuse par lixiviation acide

La demande élevée de matériaux de silice nanoporeux justifie d’explorer davantage de nouvelles ressources bon marché et écologiques. Dans cette étude, on a rapporté la dissolution acide sélective d’un minerai de kaolin indigène après activation thermique pour la préparation de nanoparticules de silice mésoporeuses. On a optimisé les paramètres expérimentaux (concentration d’acide, rapport liquide/solide et température) et le solide qui en résulte a été caractérisé par diffraction des rayons X, par microscopie électronique à balayage et à transmission et par des mesures d’adsorption-désorption d’azote. On a trouvé que les produits étaient nanoporeux avec des tailles de pores de 0.402 et 0.129 cm³/g, avec des surfaces spécifiques de 45.23 et 16.89 m²/g, respectivement. Le développement des pores suit le modèle d’Avrami avec des valeurs du paramètre n du modèle de 0.80 et 0.63, et des énergies d’activation apparentes calculées de 7.22 et 22.81 kJ/mol pour l’acide chlorhydrique et sulfurique, respectivement, suggérant que l’activité de lixiviation est contrôlée par des procédés de diffusion. Les produits ainsi caractérisés ont démontré le grand potentiel de la kaolinite dans le développement de matériaux mésoporeux pour applications industrielles diverses.

KEYWORDS:

• Kaolinite ore
• mesoporous silica
• acid leaching
• Avrami model
• industrial-cum-environmental applications