Hostname: page-component-78c5997874-m6dg7 Total loading time: 0 Render date: 2024-11-13T02:55:46.523Z Has data issue: false hasContentIssue false
  • English
  • Français

The Nature of Kenya Vermiculite and its Aluminum Hydroxide Complexes

Published online by Cambridge University Press:  01 July 2024

J. E. Brydon  and
R. C. Turner
J. E. Brydon
Affiliation:
Soil Research Institute, Canada Department of Agriculture, Ottawa, Ontario, Canada
R. C. Turner
Affiliation:
Soil Research Institute, Canada Department of Agriculture, Ottawa, Ontario, Canada
Rights & Permissions [Opens in a new window]

Abstract

Core share and HTML view are not available for this content. However, as you have access to this content, a full PDF is available via the ‘Save PDF’ action button.

A specimen of Kenya vermiculite contained no mica or chlorite layers either as separate phases or as components of an interstratifled structure. Dehydroxylation occurred in two stages, at 550° and 850°C, with approximately equal amounts of hydroxyl liberated in each stage. Al-saturated Kenya vermiculite showed low temperature dehydration characteristics similar to those of the natural Mg-saturated specimen, but the DTA, TGA and oscillating-heating X-ray diffraction patterns showed that the three stage dehydration process was not as clear-cut with the Al-saturated specimen.

As with montmorillonite, when small amounts of aluminum were precipitated by the addition of Ca(OH)2 in the presence of vermiculite, the Al(OH)x, was taken up and held indefinitely by the clay, the ion product (Al)(OH)3 in solution was maintained at 10-33∙0 and no gibbsite was formed with time. With large amounts, 800 and 1600 me Al(OH)x per 100g vermiculite, the hydroxide was held initially in the interlayer space, but gibbsite was eventually formed as (Al)(OH)3 approached the solubility product of gibbsite. Unlike montmorillonite, the vermiculite specimens retained an appreciable amount of the interlayer hydroxide and did not regain the original C.E.C. values as gibbsite was formed.

Al-vermiculite which was repeatedly suspended in AlCl3 with (Al)(OH)3 maintained at a value less than 10-33∙8 liberated 435 me Mg, took up 208 me Al as an interlayer hydroxide and caused a reduction in C.E.C. from 130 to 28 me per 100g clay. With vermiculite an appreciable amount of the interlayer Al(OH)x was stable with respect to gibbsite whereas with montmorillonite it was not.

Résumé

Résumé

On présente un échantillon de vermiculite du Kenya qui ne contient ni mica ni couches chloritiques, soit en phases séparées soit comme constituants d’une structure interstratifiée. La déshydroxylation comporte deux étapes, à 550° et 850°C; à chacune d’elles les hydroxyles sont libérés en quantités approximativement égales. La vermiculite du Kenya saturée par l’aluminium a des caractéristiques de déshydratation à basse température semblables à celles de l’échantillon saturé par le magnésium, mais les courbes d’ATD et d’ATG et les diagrammes de diffraction X obtenus par la technique de chauffage — oscillations montrent que le processus de déshydratation en trois étapes n’est pas aussi net dans le cas de l’échantillon saturé par l’aluminium.

Comme cela se passe avec la montmorillonite, si l’on précipite en présence de vermiculite de petites quantités d’aluminium par addition de Ca (OH)2, le composé Al(OH)x se fixe sur l’argile qui le retient indéfiniment; le produit ionique (Al)(OH)3 en solution est maintenu à 10-33,0, et il n’y a pas formation de gibbsite dans le temps. Avec de grandes quantités, 800 et 1600 me Al(OH)x pour 100 g de vermiculite, l’hydroxyde est fixé initialement dans l’espace interfeuillet, mais la gibbsite peut se former lorsque le terme (Al)(OH)3 devient voisin du produit de solubilité de ce minéral. Contrairement à ce qui se passe avec la montmorillonite, les échantillons de vermiculite retiennent une quantité appréciable d’hydroxyde interfeuillet et ne retrouvent pas la valeur de leur C.E.C. d’origine lorsqu’il y a formation de gibbsite.

Une vermiculite Al, traitée d’une façon répétée par mise en suspension dans A1C13 en maintenant le produit (Al)(OH)3 à une valeur inférieure à 10-33,6 a libéré 435 me de Mg et fixé 208 me d’Al sous forme d’hydroxyde interfeuillet, ce qui a causé une réduction de la C.E.C. de 130 à 28 me pour 100g d’argile. Avec la vermiculite, une quantité appréciable d’Al(OH)x interfeuillet est stable par rapport à la gibbsite, ce qui n’est pas le cas avec la montmorillonite.

Kurzreferat

Kurzreferat

Eine Probe von Kenya Vermiculit enthielt keine Glimmeroder Chloritschichten, weder als separate Phasen noch als Bestandteile eines zwischengeschichteten Gefüges. Dehydroxylierung erfolgte in zwei Stufen bei 550° und 850°C, wobei in jeder Stufe ungefähr gleiche Mengen von Hydroxyl freigemacht wurden. Al-gesättigter Kenya Vermiculit zeigte niedrige Temperature Dehydratisierungseigenschaften ähnlich denjenigen der natürlichen Mg-gesättigten Probe, doch zeigten die DTA, TGA und oszillierendheizenden Röntgenbeugungsbilder, dass der dreistufige Dehydratationsprozess bei der Al-gesättigten Probe nicht so deutlich war.

Wie bei Montmorillonit, wurde beim Niederschlag kleiner Mengen von Aluminium durch Zugabe von Ca(OH)2 in der Gegenwart von Vermiculit, das Al(OH)x durch den Ton aufgenommen und unbegrenzt festgehalten, das Ionenprodukt (Al)(OH)3 in Lösung blieb, weiter bei 10-33,0 und es bildete sich kein Gibbsit im Laufe der Zeit. Bei grossen Mengen, 800 und 1600 me Al(OH)x pro 100 g Vermiculit, wurde das Hydroxyd anfänglich im Zwischenschichtenraum festgehalten, doch wurde bei Annäherung des (Al)(OH)3 and das Lösungsprodukt des Gibbsit schliesslich Gibbsit gebildet. Zum Unterschied von Montmorillonit heilten die Vermiculitproben eine beträchtliche Menge des Zwischenschichthydroxyds zurück und erreichten bei der Bildung des Gibbsit die ursprünglichen CEC Werte nicht.

Al-Vermiculit, wiederholt suspendiert in AlCl3, mit (Al)(OH)3 auf einem Wert unterhalb 10-33,6 festgehalten, setzte 435 Mg frei, nahm 208 me AI als Zwischenschichthydroxyd auf und rief eine Verminderung in C.E.C. von 130 auf 28 me pro 100 g Ton herbei. Bei Vermiculit war eine beträchtliche Menge des Zwischenschicht Al(OH)x stabil in bezug auf Gibbsit während dies bei Montmorillonit nicht der Fall war.

Резюме

Резюме

Вермикулит из Кении не содержал слюдяных и хлоритовых слоев, а также отдельных фаз или компонентов смешаннослойной структуры. Дегидратация проходила в две стадии — при 550° и 850°С с выделением приблизительно равных количеств гидроксилов. Насыщенный алюминием кенийский вермикулит обнаружил особенности низкотемпературной дегидратации, аналогичные характерным для природного образца, насыщенного магнием; однако кривые ДТА

и ТГА, как и осциляционные рентгенограммы, полученные при нагревании образцов, показали, что трех-стадийная дегидратация не столь четко выражена у

образца, насыщенного А1. Как и в случае монтмориллонита, когда небольшие количества алюминия осаждались при добавлении Са(ОН)2, в присутствии вермикулита А1(ОH)x, поглощался глиной и неограниченно удерживался ею; произведение растворимости (А1)(ОН)3 в растворе поддерживалось равным 10-33,0, образования гиббсита с течением времени не происходило. При больших количествах (800 и 1600 м — экв А1(ОН)х на 100 г. вермикулита)

гидроокись находилась первоначально в межслоевых промежутках, но в тех случаях, когда произведение растворимости (А1)(ОН)з отвечало таковому гиббсита выделялся гиббсит. В отличие от

монтмориллонита образцы вермикулита удерживали значительное количество межслоевой гидроокиси и не восстанавливали первоначальной способности к обмену катионов

после образования гиббсита. А1—вермикулит, который повторно переводился в суспензию А1С13, содержащую (А1)(ОН)3 при произведении растворимости менее 10-33,6, освобождал 435 м-экв Мg, поглощал 208 т экв А1 в качестве межслоевой гидроокиси и вызывал уменьшение способности к обмену

катионов с 130 до 28 м-экв на 100 г. глины. С вермикулитом заметное количество межслоевого А1(ОH)x было устойчиво по отношению к гиббситу, тогда как в случае

монтмориллонита это не имело места.

Type
Research Article
Information
Clays and Clay Minerals , Volume 20 , Issue 1 , February 1972 , pp. 1 - 11
Copyright
Copyright © 1972, The Clay Minerals Society

Footnotes

*

Contribution No. 370.

References

Barnhisel, R. I. and Rich, C. I., (1963) Gibbsite formation from aluminum interlayers in montmorillonite Soil Sci. Soc. Am. Proc. 27 632–635.CrossRefGoogle Scholar
Barshad, I. and Foscolos, A. E., (1970) Factors affecting the rate of interchange reaction of adsorbed H on the 2:1 clay mineral Soil Sci. 110 52–60.CrossRefGoogle Scholar
Brindley, G. W. and Gillery, F. H., (1956) X-ray identification of the chlorite species Am. Mineralogist 41 169–186.Google Scholar
Brydon, J. E. and Kodama, H., (1966) The nature of aluminum hydroxide-montmorillonite complexes Am. Mineralogist 51 875–889.Google Scholar
Brydon, J. E. and Ross, G. J., (1966) Stability of chlorite in dilute acid solutions Soil Sci. Soc. Am. Proc. 30 740–744.CrossRefGoogle Scholar
Fripiat, J. J., Chaussidon, J. and Touillaux, R., (1960) Study of the dehydration of montmorillonite and vermiculite by i.r. spectroscopy J. Phys. Chem. 64 1234–1241.CrossRefGoogle Scholar
Hofmann, U. W. A. K. G. Mehler, A. and Scholz, A., (1956) Intracrystalline swelling, cation exchange and anion exchange of minerals of the montmorillonite group and of kaoline Clays and Clay Minerals 4 273–287.Google Scholar
Hsu, P. H., (1968) Heterogenity of montmorillonite surfaces and its effect on the nature of hydroxyaluminum interlayers Clays and Clay Minerals 16 303–311.CrossRefGoogle Scholar
Hsu, P. H. and Bates, T. F., (1964) Fixation of hydroxyaluminum polymers by vermiculite Soil Sci. Soc. Am. Proc. 28 763–769.CrossRefGoogle Scholar
Mathieson, A. M. and Walker, G. F., (1954) Crystal structure of Mg-vermiculite Am. Mineralogist 39 231–255.Google Scholar
Neumann, B. S., (1963) The thermal stability of acid extracted montmorillonite Proc. Intern. Clay Conf., Stockholm 85–96.Google Scholar
Rich, C. I., (1960) Aluminum in interlayers of vermiculite Soil Sci. Soc. Am. Proc. 24 26–32.CrossRefGoogle Scholar
Rich, C. I., (1968) Hydroxy interlayers in expansible layer silicates Clays and Clay Minerals 16 15–30.CrossRefGoogle Scholar
Sawhney, B. L., (1968) Aluminum interlayers in layer silicates Clays and Clay Minerals 16 157–163.CrossRefGoogle Scholar
Schwertmann, U., (1966) Das Verhalten von Vermiculiten Gegenuber Kalium, Aluminum and Andern Kationen—II. Chemische Untersuchungen Z. Pflanzenernahr. Dung., Bodenkunde 115 200–209.CrossRefGoogle Scholar
Schwertmann, U. and Jackson, M. L., (1964) Influence of hydroxy aluminum ions on pH curves of hydroxyaluminum clays Soil Sci. Soc. Am. Proc. 28 179–183.CrossRefGoogle Scholar
Turner, R. C., (1965) Some properties of aluminum hydroxide precipitated in the presence of clays Can. J. Soil Sci. 45 331–336.CrossRefGoogle Scholar
Turner, R. C., (1967) Aluminum removed from solution by Montmorillonite Can. J. Soil Sci. 47 217–222.CrossRefGoogle Scholar
Turner, R. C. and Brydon, J. E., (1965) Factors affecting the solubility of Al(OH)3 precipitated in the presence of montmorillonite Soil Sci. 100 176–181.CrossRefGoogle Scholar
Turner, R. C. and Brydon, J. E., (1966) The effect of length of time of reaction on some properties of suspensions of Arizona bentonite, illite and kaolinite in which aluminum is precipitated Soil. Sci. 103 111–117.CrossRefGoogle Scholar
Turner, R. C. and Brydon, J. E., (1967) Removal of interlayer aluminum hydroxide from montmorillonite by seeding the suspensions with gibbsite Soil Sci. 104 332–335.CrossRefGoogle Scholar
Walker, G. F., (1956) The mechanism of dehydration of Mg-vermiculite Clays and Clay Minerals 4 101–115.Google Scholar
Walker, G. F. and Brown, G., (1961) Vermiculite minerals The X-ray Identification and Crystal Structures of Clay Minerals London The Mineralogical Society.Google Scholar
Walker, G. F., Cole, W. F. and MacKenzie, R. C., (1957) Vermiculite minerals The Differential Thermal Investigation of Clays London The Mineralogical Society.Google Scholar