Morphology of Particles in Sizefractionated Na- Montmorillonites

Abstract

Electron microscopy of particles in size fractions (0·5–1·0 μ, 0·1–0·5 μ, 0·05–0·1 μ and < 0·05 μ e.s.d.) obtained by centrifugation of Na-saturated montmorillonites from Wyoming (two samples); Chambers, Arizona; and Fayette County, Texas, has shown details of particle morphology. The finest fraction of each montmorillonite consists predominantly of very thin, separate flakes whereas all coarser fractions, totalling 80 per cent or more by weight of the samples studied, are composed of microaggregates. For all the samples, preferred orientation is best developed in specimens formed from flakes of the finest fractions. Microaggregates are stable in dilute suspension although they swell to give large interlayer spacings, but can be disrupted into smaller, thinner flakes by ultrasonic vibration. Differences in dispersion behavior between separate flakes and microaggregates are not due to differences in interlayer charge or chemical composition, which are very small between fractions of each sample, but are thought to be due to the interlocking of flakes in microaggregates during crystal growth, which prevents their complete separation in dilute suspension.

Résumé

La microscopie électronique de particules par fractions de même taille (0,5–1,0 μ; 0,1–0.05 μ 0,05–0,1 μ et 0,05 e.s.d.) que l’on obtient par la centrifugation de montmorillonites saturées de Na provenant de Wyoming (deux prélèvements), de Chambers, Arizona et de Fayette County, Texas, a permis de voir des détails de morphologie particulaire. La fraction la plus fine de chaque montmorillonite est surtout composée de flocons séparés très fins, tandis que les fractions plus grosses, qui faisaient au moins 80% du poids total des prélèvements se composent de micro-agrégats. Pour tous les prélèvements, l’orientation préférée est plus facile à dèvelopper dans les spécimens provenant de flocons aux fractions les plus fines. Les micro-agrégats sont stables en suspension diluée bien qu’ils gonflent de manière à donner de gros écartements dans les couches intermédiaires, mais ils peuvent être rompus a former des flocons plus petits et plus fins par vibrations ultra sonores. Les différences de comportement des flocons séparés et des micro-agrégats en ce qui concerne la dispersion ne résultent pas de différences entre les charge des couches intermédiaires ou de la composition chimique— différences très peu importantes entre les fractions des divers prélèvements— mais semblent plutôt être dûes à l’enchevêrement de flocons en micro-agrégats lors de la croissance crystalline, ce qui empêche leur séparation complète en suspension diluée.

Kurzreferat

Die Elektronemikroskopie von Teilchen in den Grössenfraktionen 0,5–1,0 μ, 0,1–0,5 μ, 0,05–0,1 μ und bis zu 0,05, erhalten durch Zentrifugierung von Na-gesättigten Montmorilloniten aus Wyoming (zwei Proben); Chambers, Arizona; und Fayette County, Texas, ergab Einzelheiten der Teilchen-morphologie. Die feinste Fraktion jedes Montmorillonits besteht vorwiegend aus sehr dünnen Einzelblättchen, während alle die gröberen Fraktionen, die 80% oder mehr des Gewichtes aller untersuchter Proben ausmachen, aus Mikroaggregaten zusammengesetzt sind. Bei allen Proben ist die bevorzugte Orientierung am besten in Mustern, die aus Blättchen der feinsten Fraktionen geformt sind, ausgebildet. Mikroaggregate sind in verdünnter Suspension beständig, obwohl sie aufquellen können und dann weitere Zwischenschicht-abstände ergeben. Sie können aber durch Ultraschallvibration in kleinere dünnere Blättchen aufgespalten werden. Unterschiede im Dispersionsverhalten von Einzelblättchen und Mikroaggregaten sind nicht die Folge von Unterschieden in Zwischenschichtladungen oder chemischer Zusammensetzung, die jeweilig bei den Fraktionen der einzelnen Proben sehr gering sind, sondern sind wahrscheinlich auf Verknüpfungen von Blättchen zu Mikroaggregaten während des Kristallwachstums zurückzuführen, wodurch ihre vollständige Trennung in verdünnter Suspension verhindert wird.

Резюме

Электронная микроскопия частиц в фракциях размеров (0,5–1,0 μ, 0,1–0,5 μ 0,05–0,1 μ и« 0,05 з.с.g.) получаемая центрифугированием насыщенных натрием монтмориллонитов из Вайоминг (два образца), Чемберс, Аризона; и Фает-Каунти, Тексас (США), показала подробности морфологии частиц. Наиболее мелкая фракция каждого монтмориллонита состоит преимущественно из очень тонких, отдельных чешуек, тогда как все более грубые фракуии, составляющие 80 % или более по весу исследованных образцов, состоят из микроагрегатов. Для всех образцов предпочитаемая ориентировка развивается лучше всего в образцах, образованных из чешуек наиболее тонких фракций. Микроагрегаты устойчивы в разбавленной суспензии, хотя они набухают, чтобы дать крупные расстояния между слоями; однако, они могут быть разрушены на меньшие, более тонкие чешуйки, пользуясь сверхзвуковой вибрацией. Разница в поведении при дисперсии между отдельными чешуйками и микроагрегатами не есть следствием разницы в заряде между слоями или в химическом составе, которые очень незначительные между фракциями каждого образца, но считаются следствием блокировки чешуек в микроагрегатах в ходе выращивания кристаллов, что предотвращает их полное разделение в разб авленной суспензии.