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Heterogeneity of Montmorillonite Surface and Its Effect on the Nature of Hydroxy-Aluminum Interlayers

Published online by Cambridge University Press:  01 July 2024

Pa Ho Hsu
Pa Ho Hsu*
Affiliation:
Department of Soils and Crops, Rutgers University, New Brunswick, New Jersey
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Abstract

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A specimen montmorillonite (Arizona bentonite) was treated with hydroxy-aluminum solutions of various basicity. The cation exchange sites of this clay were found not to be homogeneous in their strength of retaining hydroxy-aluminum polymers; this strength varied from very weak, with which the Al polymers were only loosely held, to very strong, with which stable interlayer Al-clay complexes were formed. When a large amount of clay was treated with a small amount of solution, the polymers were held only in positions of strong affinity; the polymers were difficult to extract with neutral salt solutions and did not change to crystalline Al(OH)3 during prolonged aging. When a small amount of clay was treated with a large amount of solution, the exchange sites were completely occupied by polymers; a portion of these polymers was easily extractable with neutral salt solutions and, during aging, changed to Al(OH)3. This contrast is significant in any attempt to compare results obtained under different experimental conditions and to correlate laboratory experimentation with the occurrence of gibbsite and interlayer Al-clay complexes in nature.

Résumé

Résumé

Un échantillon de montmorillonite (bentonite d’Arizona) a été traité avec des solutions d’hydroxyde d’aluminium à bases différentes. Les emplacements d’échange de cations ne se montrent pas homogenes dans leur force de rétention de polyméres d’hydroxide d’aluminium. Cette force peut être minimale, en quel cas les polyméres d’Al ne sont que légérement tenus, ou, à l’autre extrême, trés importante, avec formation de complexes d’argile-Al en couches intermédiaires stables. Lorsqu’on traite une quantité importante d’argile avec une petite quantité de solution, les polyméres ne sont tenus que dans des positions de forte affinité. Les polyméres sont difficiles á extraire avec des solutions de sels neutres et ne se transforment pas en Al(OH)3 cristallin avec le temps. Lorsqu’on traite une petite quantité d’argile avec une importanté quantité de solution, les emplacements d’échange sont totalement occupés par des polyméres. Une partie d’entre eux est facile à extraire avec des solutions de sels neutres et se transforme avec le temps en Al(OH)3. Ce contraste prend toute sa signification lorsqu’on essaie de comparer les résultats obtenus fans des conditions d’expérimentation différentes et de mettre les expériences de laboratoire en corrélation avec l’existence dans la nature de complexes de gypsite et d’argile-Al en couches intermédiaires.

Kurzreferat

Kurzreferat

Eine Proble von Montmorillonit (Arizona Bentonit) wurde mit Aluminumhydroxydlösungen verschiedener Basizität behandelt. Es wurde festgestellt, dass sich die Kationenaustauschstellen dieses Tones in ihrem Festhaltevermögen für Aluminiumhydroxyd Polymere nicht homogen verhalten. Dieses Festhaltevermögen variierte von sehr schwach, wenn die Al-Polymere nur locker gehalten werden, bis zu sehr stark, wenn stabile Zwischenschichten von Al-Tonkomplexen gebildet werden. Bei Behandlung einer grossen Menge von Ton mit einer kleinen Menge Lösung wurden die Polymere nur an Stellen starker Affinität festgehalten; in diesen Fällen war es schwierig, die Polymere mit neutralen Salzlösungen zu extrahieren. und es ergab sich bei ausgedehnter Alterung keine Umwandlung in kristallines Al(OH)3. Wurde hingegen eine kleine Menge von Ton mJt grossen Mengen Lösung behandelt, so wurden die Austauschstellen vollständig durch Polymer besetzt; ein Tell dieser Polymere konnte ohne weiteres durch neutrale Salzlösungen extrahiert werden und veränderte sich während der Alterung in Al(OH)3. Dieser Gegensatz ist wichtig, wenn es darum geht, unter verschiedenen Versuchsbedingungen erhaltene Ergebnisse miteinander zu vergleichen, oder bei der Feststellung von Zusammenhängen zwischen Laboratoriumsversuchen und natürlich vorkomrnendem Gibbsit und zwischengeschichtetem Al-Ton.

Резюме

Резюме

Образецмонтмориллонита (Аризонского бентонита) обрабатывали гидрокси-алюминиевыми растворами различной основности. Было обнаружено, что катионообменные места этой глины не однородны по силе удержания гидрокси-алюминиевых полимеров. Сила эта была разной, начиная с очень слабой, которая лишь слегка удерживала полимеры А1 до очень сильной, когда образовывались устойчивые глинистые комплексы с алюминиевыми прослойками. Там, где крупное количество глины обрабатывалось малым количеством раствора, полимеры удерживались только в местах сильного сродства. Трудно было извлечь полимеры неймралвныии соляныии раствораии и они не превращались в А1(ОН)з в течение продолжительного старения. Когда небольшое количество глины обрабатывалось крупным количеством раствора, места обмена были совершенно заняты полимерами; часть этих полимеров легко подвергалась извлечению нейтральными соляными растворами и в ходе старения превращалас ьв А1(ОН)з. Контраст этот является важным при любой попытке сравнения результатов, достигнутых в разных условиях экспериментирования и для сопоставления проведения экспериментов в лаборатории с залеганием гиббсита и глины с алюминиевыми прослойками.

Type
Research Article
Information
Clays and Clay Minerals , Volume 16 , Issue 4 , August 1968 , pp. 303 - 311
Copyright
Copyright © 1968, The Clay Minerals Society

Footnotes

*

Paper of the Journal Series, New Jersey Agricultural Experiment Station, Rutgers-The State University of New Jersey. This study is supported by a grant from the Earth Science Division of the National Science Foundation.

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
Barnhisel, R. I. and Rich, C. I. (1965) Gibbsite, bayerite and nordstrandite formation as affected by anions, pH, and mineral surfaces: Soil Sci. Soc. Am Proc. 29, 531–534.CrossRefGoogle Scholar
Coleman, N. T. and Thomas, G. W. (1964) Buffer curves of acid clays as affected by the presence of ferric iron and aluminum: Soil Sci. Soc. Am. Proc. 28, 187–190.CrossRefGoogle Scholar
Frink, C. R. and Peech, M. (1963) Hydrolysis and exchange reactions of the aluminum ion in hectorite and montmorillonite suspensions: Soil Sci. Soc. Am Proc. 27, 527–530.CrossRefGoogle Scholar
Hsu, Pa. Ho. (1963) Effect of initial pH, phosphate and silicate on the determination of aluminum with aluminon: Soil Sci. 96, 230–238.CrossRefGoogle Scholar
Hsu, Pa. Ho. (1966) Formation of gibbsite from aging hydroxy-aluminum solutions: Soil Sci. Soc. Am. Proc. 28, 763–769.CrossRefGoogle Scholar
Hsu, Pa Ho and Bates, T. F. (1964a) Formation of X-ray crystalline and amorphous aluminum hydroxides: Mineral Mag. 33, 749–768.Google Scholar
Hsu, Pa Ho and Bates, T. F. (1946) Fixation of hydroxy-aluminum polymers by vermiculite: Soil Sci. Soc. Am. Proc. 28, 763–769.CrossRefGoogle Scholar
Hsu, Pa Ho and Rich, C. I. (1960) Aluminum fixation in a synthetic cation exchanger: Soil Sci. Soc. Am. Proc. 24. 21–25.CrossRefGoogle Scholar
Jackson, M. L. (1956) Soil Chemical Analysis-Advanced Course: Univ. Wisconsin, Madison, Wisconsin.Google Scholar
Jackson, M. L. (1960) Structural role of hydronium in layer silicated during soil genesis: Trans. 7th Intern. Congr. Soil Sci., Madison, Wise. 11, 445–455.Google Scholar
Jackson, M. L. (1963) Aluminum bonding in soils: a unifying principle in soil science: Soil Sci. Soc. Am. Proc. 21, 1–10.CrossRefGoogle Scholar
Kaddah, M. T. and Coleman, N. T. (1967) Salt displacement and titration of AlCl3-treated trioctahedral vermiculites. Soil Sci. Soc. Am. Proc. 31: 328–332.CrossRefGoogle Scholar
Marshall, C. E. (1964) The physical chemistry and mineralogy of soils: Vol. 1, Soil Materials. John Wiley, New York.Google Scholar
Ragland, J. L. and Coleman, N.T. (1960) The hydrolysis of aluminum salts in clay and soil systems: Soil Sci. Soc. Am. Proc. 24, 457–460.CrossRefGoogle Scholar
Rich, S. I. (1960) Aluminum in interlayers of vermiculite: Soil Sci. Soc. Am. Proc. 24, 26–32.CrossRefGoogle Scholar
Shen, M. L. and Rich, S. I. (1962) Aluminum fixation in montmorillonite: Soil Sci. Soc. Am. Proc. 26, 33–36.CrossRefGoogle Scholar
Singh, S. S. and Brydon, J. E. (1967) Precipitation of aluminum by calcium hydroxide in the presence of Wyoming bentonite and sulfate ions. Soil Sci. 103, 162–167.CrossRefGoogle Scholar
Thomas, G. W. (1960) Forms of aluminum in cation exchangers: Trans. 7th Intern. Congr. Soil Sci., Madison, Wise. 11. 364–369.Google Scholar
Turner, R. C. (1965) Some properties of aluminum hydroxide precipitated in the presence of clay: Can. J. Soil Sci. 54, 331–336.CrossRefGoogle Scholar
Turner, R. C. and Brydon, J. E. (1965) Factors affecting solubility of Al(OH)3 in the presence of montmorillonite: Soil Sci. 100, 176–181.CrossRefGoogle Scholar
Turner, R. C. and Brydon, J. E. (1967) Effect of length of time of reaction on some properties of suspensions of Arizona bentonite, illite, and kaolinite in which aluminum hydroxide is precipitated; Soil Sci. 103, 111–117.CrossRefGoogle Scholar
Weismiller, R. A. Ahlrichs, J. L. and White, J. L. (1967) Infrared studies of hydroxy-aluminum interlayer material: Soil Sci. Soc. Am. Proc. 31, 459–463.CrossRefGoogle Scholar