Effect of Chemical Pretreatment on X-Ray Powder Diffraction Characteristics of Clay Minerals Derived from Volcanic Ash

Abstract

The effects of NaOAc removal of carbonates, H₂O₂ removal of organic materials, and sodium citrate-bicarbonate-dithionite (SCBD) removal of iron oxides upon the X-ray powder diffraction (XRD) characteristics of clay minerals present within weathered volcanic ash deposits were examined. All pretreatments of samples derived from the Ae and Bhf horizons containing volcanic ash resulted in dramatic increases in XRD peak intensities, while the treatment of IIC-horizon samples resulted in subdued XRD peak intensities. Also, the chemical treatments produced an apparent increase in the amount of expandable clay minerals within the Ae horizon, due probably to the hydrolysis and removal of interlayer Al³⁺ when H₂O₂ and SCBD were used. Hence, poorly ordered and pedogenically modified vermiculite or vermiculite/montmorillonite interstratifications became “weathered” by H⁺ attack and Al³⁺ removal in a manner similar to the natural processes which take place in the acid and eluvial A horizon. In addition, possible XRD peak modification due to the dilution of crystalline clay concentrations by amorphous clay-size material appeared to be subordinate to the laboratory-induced chemical alteration of the weathered clay minerals.

Резюме

Изучались воздействия удаления карбонатов с помощью №ОАс, удаления органических материалов с помощью H₂O₂ и удаления окисей железа с помощью натриевого цитрат-бикарбоната-дитионита (НЦБД) на рентгеновско-дифракционные (РД) характеристеки глинистых минералов, присутствующих в выветренных отложениях вулканического пепла. Все предварительные обработки образцов, отобранных из горизонтов Ae и Bhf, содержащих вулканический пепел, вызывали резкое повышение интенсивностей РД пиков, в то время как обработка образцов из горизонтов ПС вызвало сглаживание РД пиков. Кроме того, химические обработки вызывали явное увеличение количества расширяющихся глинистых минералов в горизонте Ае, вероятно из-за гидролиза и удаления межслойного Al³⁺ когда использовались H₂O₂ и НЦБД. Следовательно, плохо упорядоченные и измененные в почвенных условиях вермикулитные или вермикулито/ монтморилонитные перемежающиеся пропласки стали “выветреными” под воздействием H⁺ и удаления Al³⁺, т.е. путем, подобным естественным процессам, которые происходят в кислотном и элювиальном горизонте А. К тому же, возможные изменения РД пиков из-за разубоживания кристаллических глинистых концентраций аморфным материалом с размерами, соответствующими глинам, оказались второстепенными по сравнению с индуктированным в лаборатории химическим изменением выветренных глинистых минералов. [N.R.]

Resümee

Es wurden die Auswirkungen auf die Röntgendiffraktometer-Charakteristika von—in Vorkommen verwitterter vulkanischer Aschen auftretenden—Tonmineralen untersucht, die entstehen, wenn man Karbonate mit NaOAc, organisches Material mit H₂O₂, und Eisenoxide mit Natriumcitrat-Bicarbonat-Dithionit (SCBD) entfernt. Alle Vorbehandlungen führen bei den Proben, die aus den vulkanische Asche führenden Ae und Bhf Horizonten stammen, zu einem ungeheuren Anwachsen der XRD-Peakintensitäten. Die Behandlung der Proben aus dem IIC Horizont führt dagegen zu einer Verminderung der XRD-Peakintensitäten. Außerdem bewirken die chemischen Behandlungen, daß der Gehalt an quellfähigen Tonmineralen in Proben des Ae Horizontes sichtbar zunimmt, was wahrscheinlich auf die Hydrolyse und das Entfernen von Zwischenschicht-Aluminium zurückzuführen ist, wenn H₂O₂ and SCBD verwendet wurden. Daher werden schlecht kristallisierte und durch Bodenbildung beeinflußte Vermiculite und Vermiculit/Montmorillonit-Wechsellagerung durch den H⁺-Angriff und das Entfernen von Al³⁺ in einer Art verwittert, die den natürlichen Prozessen äthnlich ist, wie sie in sauren und eluvialen A-Horizonten stattfinden. Auch schien eine mögliche Beeinflussung der XRD-Peaks durch die Verdünnung der Konzentration des Kristallisierten Tons durch amorphes Material von Tongröße der durch die Behandlung bedingten chemischen Veränderung der verwitterten Tonminerale untergeordnet zu sein. [U.W.]

Résumé

Les effets sur les caractéristiques XRD des minéraux argileux présents dans des depôts de cendres volcaniques altérées de l'enlèvement par NaOAc de carbonates, par H₂O₂ de matières organiques, et par dithionite-bicarbonate-citrate de sodium (SCBD) des oxides de fer, out été examinés. Tous les prétraitements d’échantillons dérivés des horizons-Ae et -Bhf contenant de la cendre volcanique ont resulté en un accroissement dramatique des intensités de sommet XRD, tandis que le traitement des échantillons d'horizons-IIC ont resulté en des intensités de sommet XRD amoindries. Il a aussi été remarqué que les traitements chimiques produisaient un accroissement apparent de la quantité de minéraux argileux expansibles dans l'horizon-Ae, sans doute dû à l'hydrolyse et à l'enlèvement de l'inter-couche Al³⁺ lorsque H₂O₂ et SCBD étaient employés. Ainsi, la vermiculite ou les interstratifications vermiculite/montmorillonite pauvrement ordonnées ou pédogénicalement modifiées sont devenues “alterées” par l'attaque d'H⁺ et par l'enlèvement d'Al³⁺ d'une manière semblable aux procédés naturels qui se passent dans l'horizon-A acide et éluvial. De plus, la modification possible de sommet XRD due à la dilution de concentrations d'argile cristalline par une matière amorphe de taille argileuse semblait être subordonée à l'altération chimique induite dans le laboratoire des minéraux altérés. [D.J.]