Incorporation et rôle des halogènes dans les silicates vitreux et fondus

Incorporation and role of halogens in silicate melts and glasses

¹ Institut de Physique du Globe de Paris, Géomatériaux, CNRS-UMR7154, Sorbonne Paris Cité, 1 rue Jussieu, 75005 Paris, France
grousset@ipgp.fr
² CEA, DAM, DIF, 91297 Arpajon, France

Reçu : 29 Mai 2015
Accepté : 27 Juillet 2015

Résumé

Cet article propose une synthèse sur la solubilité, la spéciation et la diffusion des halogènes (fluor, chlore, brome et iode) dans les silicates fondus ainsi que leur effet sur la viscosité. Le fluor est l’halogène le plus soluble dans les silicates fondus. En se substituant à l’oxygène et en s’associant à l’aluminium, il favorise la dépolymérisation du réseau, ce qui se traduit par une baisse de la viscosité du verre. La solubilité du chlore est favorisée par la présence d’alcalins dans la composition du liquide. Le chlore s’associe aux cations modificateurs de réseau comme le calcium ou le sodium. Son effet sur la viscosité dépend de la composition chimique de la matrice vitreuse, notamment de la proportion d’alcalins et d’aluminium. La solubilité du brome est augmentée dans un liquide peralcalin riche en silice. La solubilité de l’iode peut atteindre 1 % en masse dans un verre borosilicaté. L’iode s’associe alors aux ions sodium.

Abstract

This article provides a review on the solubility, speciation and diffusion of halogens (fluorine, chlorine, bromine and iodine) in molten silicates and their effect on the viscosity. Fluorine is the most soluble halogen in silicate melts. By replacing oxygen in tetraedra and by coordinating with aluminum, it triggers depolymerization of the glassy network, which decreases the viscosity of silicate melt. The solubility of chlorine is favored by the presence of alkali in the melt composition. Chlorine shows affinity for the network modifiers cations such as calcium or sodium. Its effect on viscosity depends on the chemical composition, especially the proportion of alkali elements and aluminum. The solubility of bromine increases in silica-rich and alkali-rich melt. The solubility of iodine can reach 1wt.% in a borosilicate glass in which it is associated with sodium ions.