The Location of Iron-55, Strontium-85 and Iodide-125 Sorbed by Kaolinite and Dickite Particles

Abstract

The autoradiographic method at the electron microscope level has been applied successfully to locate the position of sorbed ions and compounds associated with kaolinite and dickite particles. For suitable isotopes, the limit of resolution was about 0·2 μm and would be conceivably less in the most favorable conditions.

Judged by the location of iodide-125 and strontium-85, the majority of positive sites and also the most reactive negative sites were situated at the edges of the clay particles. These conclusions were supported by normal electron microscope examination of mixtures of clay with charged gold and silver iodide sols.

Iron (III) ions, which have been shown to react with kaolinite by chemisorption mechanisms in 0·15 M systems and by both ion exchange and chemisorption in 0·01 M systems, were, in either case, located at edge-sites on the clay. When intentionally precipitated onto dickite, iron (III) hydroxides were distributed evenly over the clay surfaces. However, precipitation was probably initiated at the particle edges.

Minor exceptions to the above conclusions appeared to be caused by basal surface features such as fracture or stress lines, outgrowths or cavities, and if the clays had not been cleaned, by strongly associated impurities such as iron hydroxides.

Résumé

La méthode autoradiographique au niveau du microscope électronique a été appliquée avec succès pour localiser la position des ions fixés sur les particules de kaolinite et de dickite ainsi que celle des composés associés à ces miéraux. Avec des isotopes convenables, la limite de résolution est environ de 0,2 μm; on peut envisager de reculer considérablement cette limite dans les conditions les plus favorables.

Si l’on en juge par la localisation de l’iodure-125 et du strontium-85, la majorité des sites positifs ainsi que les sites négatifs les plus réactifs sont situés sur les bords des particules d’argile. Ces conclusions sont étayées par l’examen normal au microscope électronique de mélanges d’argile et de sols d’or et d’iodure d’argent chargés.

Les ions fer (III) pour lesquels on a pu montrer qu’ils réagissent avec la kaolinite par des mécanismes de chimisorption dans des systémes 0,15 M et à la fois par adsorption physique et chimisorption dans les systèmes 0,01 M, sont, dans les deux cas, localisés sur l’argile sur les sites de bordure. Quand ils sont intentionnellement précipités sur la dickite, les hydroxydes de fer (III) sont distribués d’une façon uniforme sur les surfaces de l’argile. Toutefois, la précipitation débute probablement sur les bords des particules.

Des exceptions mineures à ces conclusions semblent dues à certaines caractéristiques de la surface basale, telles que des lignes de fracture ou de contrainte, des excroissances ou des trous, et, si les argiles n’ont pas été nettoyées, à des impuretés fortement associées comme les hydroxydes de fer.

Kurzreferat

Um die Position sorbierter Ionen und Verbindungen festzustellen, die mit Kaolinit- und Dickitteilchen assoziiert sind, wurde die autoradiographische Methode auf elektronenoptischer Ebene erfolgreich angewandt. Für geeignete Isotope betrug die Auflösungsgrenze 0,2 μ. Es ist denkbar, daß sie unter sehr günstigen Bedingungen noch herabgesetzt werden könnte.

Nach der Anordnung von Jod-125 und Strontium-85 zu urteilen, sind die Mehrzahl der positiven Austauschplätze und auch die reaktionsfähigen negativen Austauschplätze an den Seitenflächen der Tonteilchen gelegen. Diese Schlußfolgerungen wurden durch eine normale elektronenmikroskopische Untersuchung an Mischungen aus Ton mit geladenen Gold- und Silberjodid-Solen bestätigt.

Eisen(III)-Ionen, die—wie gezeigt wurde—mit Kaolinit in 0,15 m Systemen durch chemische Adsorptionsmechanismen und in 0,01 m Systemen sowohl durch physikalische als auch durch chemische Sorption reagieren, waren in beiden Fällen an den Austauschplätzen der Seitenflächen der Tonminerale angeordnet. Eisen(III)-hydroxide, die absichtlich auf Dickit ausgefällt wurden, waren gleichmäßig über die Tonoberflächen verteilt. Allerdings wurde die Fällung wahrscheinlich an den Seitenflächen der Teilchen ausgelöst.

Geringfügige Ausnahmen von obigen Schlußfolgerungen scheinen durch die Oberflächenausbildung der Basisflächen (z.B. durch Bruch- oder Druckzonen, Auswüchse- oder Hohlformen) und bei nicht gereinigten Tonen durch fest angelagerte Verunreinigungen (z.B. Eisenhydroxid) verursacht zu sein.

Резюме

Метод авторадиографии на уровне электронного микроскопа с успехом применялся для определения положения сорбированных ионов и соединений ассоциированных с частицами каолинита и диккита. Для подходящих изотопов предел разделения равнялся примерно 0,2 μ и в более благоприятных условиях был бы значительно ниже.

Судя по положению иодида-125 и стронция-85 большинство положительных мест и большинство наиболее реактивных отрицательных мест находились у граней частиц глины. Эти выводы были подтверждены исследованием под нормальным электронным микроскопом смесей глины с заряженными золотом и серебром иодидными растворами.

Ионы железа (III), которые как было показано, реагируют с каолинитом механизмом хемосорбции в системе 0,15 М и как в физической адсорбции, так и в механизме хемосорбции в системе 0,01 М находились в обоих случаях на краевых узлах глины. Но, очевидно, осаждение начали у граней частиц.

Но, исключения к этим выводам представляют поверхности с изломами, с линиями напряжения, с наростами или с впадинами или, если глину не очистили от сильносвязанных с ней примесей окиси железа.