Particle Size-Shape Relationships in Georgia Sedimentary Kaolins—II

Abstract

Crude sedimentary kaolin clay from central Georgia, U.S.A., which had a wide distribution of particle size, was divided into several size fractions by repeated sedimentation in water. The resulting fractions had approximately a 2:1 ratio in dia. between their upper and lower limits. Each fraction was then studied by transmission and scanning electron microscopy and characterized in terms of surface area (both geometric and by gas adsorption), particle shape and impurity analysis.

Particle diameter determined from measurements made on electron micrographs showed considerable deviation from the diameter obtained by Stokes sedimentation. This deviation was especially large for the coarser particles and could be explained by the microscopically observed porosity of the kaolinite booklets. Imperfect stacking of the crystallites within a kaolinite booklet leads to a moderately regular array of slit-like voids. Effective particle densities as low as about 1·6 have been observed. The pore structure was also investigated by use of mercury intrusion porosimetry.

Résumé

Une argile brute constituée par du kaolin provenant de Georgie centrale, U.S.A., qui montrait une distribution de la taille des particules étalée, a été divisée en plusieurs fractions granulomé-triques par sédimentations répétées dans l’eau. Les fractions résultantes avaient approximativement un diamètre allant de 2 à 1, de la limite supérieure à la limite inférieure. Chaque fraction a ensuite été étudiée par microscopie électronique par transmission et à balayage et caractérisée en termes de surface spécifique (géométrique et par adsorption de gaz), de forme des particules et teneur en impuretés.

Les diamètres particulaires déterminés par les mesures faites sur les micrographies électroniques montrent un écart considérable avec les diamètres obtenus par sédimentation et application de la loi de Stokes. Cet écart est particulièrement important pour les particules les plus grossières et pourrait étre expliqué par la porosité qu’on observe au microscope dans les agrégats feuilletés. L’empilement imparfait des cristallites à l’intérieur d’un agrégat feuilleté entraîne un arrangement modérément régulier des vides en forme de fente. Des densités particulières apparentes aussi basses que 1,6 environ ont été observées. La structure des pores a été également étudiée au moyen du porosimètre à mercure.

Kurzreferat

Sedimentärer Rohkaolin aus Mittel-Georgia, U.S.A., der eine breite Korngrößenverteilung aufwies, wurde durch wiederholte Sedimentation in Wasser in mehrere Korngrößenfraktionen aufgetrennt. Die erhaltenen Fraktionen wiesen zwischen ihrer oberen und unteren Abgrenzung im Durchmesser ein 2:1-Verhältnis auf. Jede Fraktion wurde transmissions- und rasterelektronen-mikroskopisch untersucht und durch Kennwerte für die spezifische Oberfläche (nach der Geometrie und durch Gasabsorption), die Teilchenform und die Verunreinigung beschrieben.

Der an elektronenmikroskopischen Aufnahmen gemessene Teilchendurchmesser wich erheblich von dem Durchmesser ab, der sich bei Sedimentation nach Stokes ergab. Diese Abweichung war für grobe Teilchen besonders groß und konnte durch die mikroskopisch beobachtete Porosität der Kaolinit-Schichtpakete erklärt werden. Unvollkommene Zuordnung der Kristallite in einem Kaolinit-Schichtpaket führt zu einer mehr oder weniger regelmäßigen Anordnung spaltähnlicher Hohlräume. Effektive Teilchendichten bis herab zu 1,6 wurden beobachtet. Auch die Porenstruktur wurde unter Anwendung der Quecksilber-Porosimetrie untersucht.

Резюме

Сырая осадочная каолиновая глина из центральной Джорджии, США, имевшая большое разнообразие размеров частиц, была повторным осаждением в воде разделена на фракции различных размеров. Получившиеся фракции были диаметром примерно 2:1 от самой большой до самой малой. Затем каждая фракция рассматривалась под просвечивающим и растровым электронным микроскопом и определялась ее поверхностная площадь (как геометрически так и газоадсорбцией), форма частиц и анализировались включения.

Диаметры частиц, определенные измерением на электронных микрографах значительно отличались от диаметров полученных седиментацией Стокса. Эта разница была особенно заметна на более крупных частицах и объяснима замеченной под микроскопом пористостью каолинита. Дефектное образование столбика кристаллитов в каолине ведет к довольно правильному расположению щелевых пустот. Заметили такую низкую густоту частиц, как например 1.6. Также была исследована структура пор прибором для измерения пористости при помощи интрузии ртути.