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Dodecylammonium-Mica Complexes—II Characterization of the Reaction Products

Published online by Cambridge University Press:  01 July 2024

E. E. Mackintosh*
Affiliation:
Waite Agricultural Research Institute, University of Adelaide, South Australia
D. G. Lewis
Affiliation:
Waite Agricultural Research Institute, University of Adelaide, South Australia
D. J. Greenland
Affiliation:
Waite Agricultural Research Institute, University of Adelaide, South Australia
*
*Present address: Department of Soil Science, University of Guelph, Guelph, Ontario, Canada
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Abstract

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Interlayer potassium was removed from a wide range of mice minerals by treatment with dilute solutions of n-dodecylammonium chloride. On subsequent reaction with the appropriate metal methoxide, the Na+ or Ca2+ form of the altered mica was produced. The properties of the original and sodium saturated samples were compared to assess the changes in water content, charge density and chemical composition (particularly ferrous iron) which resulted from the displacement of potassium.

Calculation of structural formulae was not attempted since it was established that for the altered samples accurate distinction could not be made between adsorbed and structural water. Changes in layer charge are thus expressed on the basis of samples ignited to 1000°C. Charge losses of up to 76 me/100 g were recorded for biotites, smaller charges were noted for phlogopites and no loss was observed for the two muscovites examined.

Oxidation of ferrous iron occurred for all trioctahedral samples, the greatest oxidation occurring in the samples initially high in iron. There was no consistent relationship between the amount of iron oxidized and the loss of layer charge.

All altered samples contained greater amounts of H2O+ than the original materials suggesting that protonation of structural oxygens occurred during, or following, removal of potassium.

It is concluded that the alteration of micas by reaction with organic cations is a complex process, differing in detail for different micas, and following a similar path to alteration by reaction with inorganic salts.

Résumé

Résumé

On a extrait le potassium interfeuillet de toute une gamme de micas par traitement avec des solutions diluées de chlorure de n-dodécylammonium. Dans une réaction ultérieure avec le méthylate du métal approprié, on a produit la forme Na ou Ca du mica altéré. Les propriétés de l’échantillon d’origine et de l’échantillon saturé par le sodium ont été comparées afin d’évaluer les variations de teneur en eau, de densité de charge et de composition chimique (en particulier fer ferreux) qui résultent du déplacement du potassium.

On n’a pas essayé de calculer les formules structurales car il a été établi qu’on ne pouvait faire une distinction précise entre l’eau adsorbée et l’eau de constitution dans les échantillons altérés. Les variations de charge du feuillet sont donc exprimées sur la base des échantillons calcinés à 1000°C. Des diminutions de charge allant jusqu’à 76 me/100 g ont été enregistrées avec les biotites, des diminutions plus petites ont été notées avec les phlogopites, et aucune réduction n’a été observée avec les deux muscovites étudiées.

L’oxydation du fer ferreux existe avec tous les échantillons trioctaédriques, l’oxydation la plus grande concernant les échantillons initialement riches en fer. On n’a pas trouvé de relation nette entre la quantité de fer oxydé et la diminution de la charge du feuillet.

Tous les échantillons altérés contenaient des quantités de H2O+ plus élevées que les matériaux d’origine, ce qui suggére qu’une protonation des atomes d’oxygène du réseau s’est passée pendant ou après l’extraction du potassium.

On en conclut que l’altération des micas par des cations organiques est un processus complexe, qui change dans le détail d’un mica à l’autre et qui se développe d’une manière similaire à ce que l’on observe dans l’alteration par des sels minéraux.

Kurzreferat

Kurzreferat

Zwischenschichtkalium wurde aus einem weiten Bereich von Glimmermineralen durch Behandlung mit verdünnten Lösungen von n-Dodecylammoniumchlorid entfernt. In der nachfolgenden Reaktion mit dem entsprechenden Metallmethoxyd wurde die Na+ oder Ca2+ Form des veränderten Glimmers erzeugt. Die Eigenschaften der ursprünglichen und der mit Natrium gesättigten Proben wurden verglichen um die Änderungen im Wassergehalt, der Ladedichte und der chemischen Zusammensetzung (insbesonders an Ferro-Eisen), die sich aus der Verdrängung des Kaliums ergaben, zu beurteilen.

Eine Berechnung der Strukturformeln wurde unterlassen, da es sich heraus stellte, dass für die veränderten Proben keine genaue Unterscheidung zwischen adsorbiertem Wasser und strukturellem Wasser gemacht werden konnte. Änderungen in der Schichtenladung werden daher auf der Grundlage von auf 1000°C geglühten Proben zum Ausdruck gebracht. Für Biotite wurden Ladungsverluste von bis zu 76 me/100 g verzeichnet, während für Phlogopite kleinere Verluste und für die beiden zur Untersuchung gelangenden Muskovite überhaupt keine Verluste festgestellt wurdem.

Oxydation von Ferro-Eisen ergab sich bei allen trioktaedrischen Proben, wobei die weitgehendste Oxydation in den Proben mit hohem Anfangsgehalt an Eisen stattfand. Es konnte keine konsequente Beziehung zwischen der oxydierten Eisenmenge und dem Verlust an Schichtladung erkannt werden.

Alle veränderten Proben enthielten grössere Mengen von H2O+ als die ursprünglichen Stoffe, was darauf hin deutet, dass während oder nach der Entfernung des Kaliums Protonisierung des strukturellen Sauerstoffs stattfand.

Es wird gefolgert, dass die Änderung von Glimmern durch Reaktion mit organischen Kationen ein komplizierter Vorgang ist, der sich in Einzelheiten von Glimmer zu Glimmer unterscheidet und einem ähnlichen Gang wie die Änderung durch Reaktion mit anorganischen Salzen folgt.

Резюме

Резюме

Из широкого ряда минералов слюды был удален промежуточный калий обработкой разведенными растворами хлорида п-додециламмония. Последующей реакцией с метилатом соответствующего металла получались виды Nа+ или Са2+ слюды. Свойства первоначальных или пропитанных натрием образцов сравнивались для определения изменений количеств воды, плотности заряда и химического состава (в частности содержания двухвалентного железа), происходящих вследствие смещения калия.

Расчеты структурных формул не производились, т.к. было установлено, что для измененных образцов нельзя было точно определить разнипу между адсорбированной и структурной водой. Изменения зарядя слоя выражены на основе образцов воспламеняемых до 1000°С. Потери заряда до 76 ме/100 гр были зарегистрированы для биотитов, отмечены уменьшения зарядов для флогопитов и не было замечено никаких потерь для двух исследуемых мусковитов.

Окисление двухвалентного железа наблюдалось во всех триоктаэдрических образцах, причем наибольшее окисление оказалось в образцах, имевших вначале большое содержание железа. Постоянного взаимоотношения между количеством окисленного железа и потерей заряда слоя не наблюдалось.

Все измененные образцы содержали больше Н2O+, чем первоначальные материалы; это наводит на мысль, что образование протонов структурного кислорода происходило во время или после удаления калия.

Заключение: изменение слюд реакцией с органическими катионами является сложным процессом, отличающимся в деталях для различных слюд и проходящим подобным же путем при изменениях реакцией с неорганическими солями.

Type
Research Article
Copyright
Copyright © 1972, The Clay Minerals Society

References

Besson, H., Caillere, S. e. and Henin, S., (1968) Observation relatives au comportement des micas fluores Bull. Groupe Fr. Argiles 20 4954.CrossRefGoogle Scholar
Cook, M. G. and Rich, C. I., (1963) Negative charge of dioctahedral micas as related to weathering Clays and Clay Minerals 11 4764.Google Scholar
Cowan, C. T. and White, D., (1958) The mechanism of exchange reactions occurring between sodium mont-morillonite and various n-primary aliphatic amine salts Trans. Faraday Soc. 54 691697.CrossRefGoogle Scholar
Farmer, V. C., Russell, J. D. and Aldrichs, J. L., (1968) Characterization of clay minerals by i.r. spectroscopy 9th Intern. Cong. Soil. Sci., Adelaide 3 101110.Google Scholar
Greene-Kelly, R. and Weir, A. H., (1956) A silica spiral thermo-balance for studies on the dehydration of clay minerals Clay Miner. Bull. 3 6878.CrossRefGoogle Scholar
Jørgensen, P. and Rosenquist, I. Th., (1963) Replacement and bonding conditions for alkali ions and hydrogen in dioctahedral and trioctahedral micas Norsk Geol. Tidsskr. 43 497536.Google Scholar
Leonard, R. A. and Weed, S. B., (1967) Influence of exchange ions on the b-dimensions of dioctahedral vermiculite Clays and Clay Minerals 15 149161.CrossRefGoogle Scholar
Mackintosh, E. E., Lewis, D. G. and Greenland, D. J., (1971) Dodecylammonium-mica complexes—I. Factors affecting the exchange reaction Clays and Clay Minerals 19 209218.CrossRefGoogle Scholar
Newman, A. C. D., (1967) Changes in phlogopites during their artificial alteration Clay Minerals 7 215227.CrossRefGoogle Scholar
Newman, A. C. D. and Brown, G., (1966) Chemical changes during the alteration of micas Clay Minerals 6 297310.CrossRefGoogle Scholar
Norrish, K. and Chappell, B. W. (1967) Physical Methods in Determinative Mineralogy, (Edited by Fussman, J.), Chap. IV, p. 161, Academic Press, London.Google Scholar
Raman, K. V. and Jackson, M. L., (1966) Layer charge relations in clay minerals of micaceous soils and sediments Clays and Clay Minerals 14 3853.CrossRefGoogle Scholar
Rausell-Colom, J. A., Sweatman, T. R., Wells, C. B. and Norrish, K., (1964) Studies in the artificial weathering of mica Experimental Pedology London Butterworth 4072.Google Scholar
Reichen, L. E. and Fahey, J. J., (1962) An improved method for the determination of FeO in rocks and minerals including garnet U.S. Geol. Surv. Bull. 1144B.Google Scholar
Rimsaite, J. H. Y., (1967) Studies of rock-forming micas Can. Geol. Sun. Bull. .CrossRefGoogle Scholar
Robert, M. and Pedro, G., (1966) Transformation d’une phlogopite en vermiculite par extraction du potassium Bull. Groupe Fr. Argiles 17 317.CrossRefGoogle Scholar
Scott, A. D. and Smith, S. J., (1966) Susceptibility of interlayer potassium in micas to exchange with sodium Clays and Clay Minerals 14 6981.CrossRefGoogle Scholar
Szymanski, H. A., Stamires, D. N. and Lynch, G. R., (1960) I. R. spectra of water sorbed on synthetic zeolites J. Opt. Soc. Am. 50 13231328.CrossRefGoogle Scholar
Thompson, T. D., Wentworth, S. A. and Brindley, G. W., (1967) Hydration states of an expanded phlogopite in relation to interlayer cations Clay Minerals 7 4349.CrossRefGoogle Scholar
Walker, G. F., (1958) Reaction of expanding-lattice clay minerals with glycerol and ethylene glycol Clay Miner. Bull. 3 302313.CrossRefGoogle Scholar
Weiss, A. and Thamerus, G., (1962) The introduction of Al3+ and Si4+ into mica-like layer silicates to replace exchangeable cations Z. Anorg. Allg. Chem. 317 142148.CrossRefGoogle Scholar