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Formation of Hydroxy-Al and -Fe Interlayers in Montmorillonite and Vermiculite: Influence of Particle Size and Temperature

Published online by Cambridge University Press:  01 July 2024

D. D. Carstea
D. D. Carstea*
Affiliation:
Canada Department of Agriculture, Vancouver Research Station, Vancouver, British Columbia
*
*Present address: U.S. Geological Survey, Water Resources Division, Philadelphia, Pa.
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Abstract

Hydroxy-Al and -Fe interlayers were prepared in “mono-mineralic” fine and coarse clay montmorillonite and coarse clay and silt vermiculite at 3°C and 21°C. The formation of hydroxy interlayers was evaluated by X-ray diffraction, cation exchange capacity, and chemical analyses.

At comparable particle size and regardless of temperature, the amounts of hydroxy-Al and -Fe interlayers in montmorillonite exceeded by far those formed in vermiculite. Likewise, the aluminum systems exhibited a higher degree of interlayering than iron systems.

Within montmorillonite, the amount of hydroxy-Al and -Fe interlayers increased as the particle size decreased, regardless of temperature. The aluminum interlayered montmorillonite equilibrated at 3°C was characterized by basal spacings of about 17 Å after Ca-saturation plus 54 per cent relative humidity. These spacings are larger than those normally observed for smectites.

Within vermiculite systems equilibrated at 3°C, more hydroxy-Al interlayers were recorded in coarse clay than in silt fraction, whereas at 21°C about equal amounts of interlayers were formed. By contrast, hydroxy-Fe interlayer was favored by the silt fraction at both temperature levels.

The formation of aluminum interlayers in both minerals increased with increasing temperature. The formation of hydroxy-Fe interlayers in montmorillonite was generally not temperature dependent, whereas the formation of such interlayers in vermiculite increased slightly with increasing temperature.

These data may partially explain the formation of chloritic intergrades in soils as a function of type of minerals, kind of ions, and thermal variations.

Résumé

Résumé

Les couches intermédiaires d’oxy-Al et -Fe étaient préparées dans des montmorillonites “monomineralique” d’argile fine et grosse et de vermiculite d’argile grosse et de limon à 3°C et à 21°C La formation de couches intermédiaires d’hydroxyde a été évaluée par diffractions de rayons X, par la capacité d’échange de cations, et par des analyses chimiques.

Pour des dimensions particulaires comparables et indépendamment de la température, les quantités de couches intermédiaires d’oxy-Al et -Fe étaient nettement plus importantes dans la montmorillonite que dans la vermiculite. De méme, les systèmes d’aluminum avaient un degré de couches intermédiaires plus élevé que ceux de fer.

Pour la montmorillonite, la quantité de couches intermédiaires d’oxy-Al et -Fe augmentait à mesure que la taille de la particule diminuait, indépendamment de la température. La montmorillonite à couches intermédiaires d’aluminum en équilibre à 3°C se caractérisait par des écartements de base d’environ 17 Å après saturation de Ca avec une humidité relative de 54%. Ces écartements sont plus gros que ceux que l’on note en général pour les smectites.

Pour les systèmes de vermiculite en équilibre à 3°C on a noté plus de couches intermédiaires d’oxy-Al dans l’argile grosse que dans la fraction de limon, alors qu’à 21°C les couches intermédiaires formées étaient à peu près équivalentes. La couche intermédiaire d’oxy-Fe, par contre, était favorisée par la fraction de limon aux deux niveaux de température.

La formation de couches intermédiaires d’aluminum pour les deux minéraux augmentait avec l’augmentation de la température. Si la formation de couches intermédiaires d’oxy-Fe dans la montmorillonite ne dépendait pas de la température, celle de telles couches dans la vermiculite augmentait légèrement avec l’augmentation de la température.

Cas données peuvent aider à expliquer la formation de degrés intermédiaires de chlorite dans des sols en fonction du type de minéraux d’ions et de variations thermiques.

Kurzreferat

Kurzreferat

In “mono-mineralischem” feinem und grobem Tonmontmorillonit sowie in grobem Ton- und Schlickvermiculit wurden bei 3°C und bei 21°C Hydroxy-Al und -Fe Zwischenschichten hergestellt. Die Bildung der Hydroxyschichten wurde aufgrund yon Röntgenbeugung, Kationenaustuaschvermögen und von chemischen Analysen beurteilt.

Bei vergleichbarer Teilchengrösse und unabhängig von der Temperatur überwogen die Hydroxy-Al und -Fe Zwischenschichten in Montmorillonit mengenmässig bei weitem die im Vermiculit gebildeten Zwischenschichten. Ferner wiesen die Aluminum-System ein höheres Mass an Zwischenschichtung auf als die Eisen-Systeme.

Innerhalb des Montmorillonits nahm die Menge der Hydroxy-Al und -Fe Zwischenschichten mit abnehmender Teilchengrösse zu, und zwar unabhängig von der Temperatur. Das bei 3°C im Gleichgewicht befindliche Montmorillonit mit Aluminum-Zwischenschichten war gekennzeichnet durch basische Abstände von ca. 17 Å nach Ca-Sättigung plus 54% relative Feuchtigkeit. Diese Abstände sind grösser als die normalerweise in Smekrire beobachteten.

Innerhalb der bei 3°C im Gleichgewicht befindlichen Vermiculit-Systeme wurden im groben Ton mehr Hydroxy-Al Zwischnschichten festgestellt als in der Schlickfraktion, während beim 21°C ungefähr gleiche Mengen von Zwischenschichten gebildet wurden. Im Gegensatz dazu wurden mehr Hydroxy-Fe Zwischenschichten gebildet wurden. Im Gegensatz dazu wurden mehr Hydroxy-Fe Zwischenschichten an beiden Temperaturhöhen in der Schlickfraktion festgestellt.

Die Bildung von Aluminum-Zwischenschichten in beiden Mineralen nahm mit steigender Temperatur zu. Die Bildung von Hydroxy-Fe Zwischenschichten im Montmorillonit war im allgemeinen nicht temperaturabhängig, während die Bildung solcher Zwischenschichten im Vermiculit mit zunemender Temperatur leicht anstieg.

Diese Ergebnisse könnten eine teilweise Erklärung für die Bildung von chloritischen Zwischenstufen in den Böden als eine Funktion der Art des Minerals, der Ionenart und thermischer Schwankungen darstellen.

Резюме

Резюме

Прослойки гидрокси-А1 и-Ре были приготовлены в "мономинеральном" мелком и грубом глинистом монтмориллоните, а также в грубой глине и заиленной вермикулите при 3°С и 21 °С. Образование прослойков гидрокси оценивалось, пользуясь дифракцией рентгеновских лучей, катиоснообменной способностью и химическими анализами.

При сравнимой крупности частиц и независимо от температуры, количество промежуточныхслоев гидроксиалюминия и железа в монтмориллоните в значительной степени превысило количество таких слоев, образовавшихся в вермикулите. Сходным образом системы алюминия показали большую степень промежуточных слоев, чем системы железа.

В монтмориллоните количество прослойков гидрокси-А1 и -Ре увеличилось по мере умень шения размера частиц, независимо от температуры. Монтмориллонит с алюминиевыми прослойками, который уравновешивался при 3°С, отличался базальным расстоянием прибл. в 17 А после насыщения кальцием плюс 54 % относительно влажности. Расстояния эти больше тех, которые обычно встречаются для сукновальных глин.

В системах вермикулита, уравновешенных при 3°С, замечено было большее количество прослойков гидрокси-А1 в грубой глине, чем в заиленной фракции, причем при 21 °С образовывались почти равные количества промежуточных слоев. Как контраст, промежуточный слой гидрокси-Ре был более приемлемым для заиленной фракции на обоих уровнях температуры.

Образование алюминиевых прослоек в обоих минералах увеличилось по мере повышения температуры. Образование прослоек гидрокси-Ре в монтмориллоните не было в общем зависимым от температуры, в то время как образование таких промежуточных слоев в вермикулите несколько повысилось при росте температуры.

Данные эти могут в некоторой степени объяснить образование хлоритных промежуточных слоев в грунтах как функции типа минералов, рода ионов и термических изменений.

Type
Research Article
Information
Clays and Clay Minerals , Volume 16 , Issue 3 , August 1968 , pp. 231 - 238
Copyright
Copyright © 1968, The Clay Minerals Society

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