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Clays and Clay Minerals

, Volume 28, Issue 2, pp 87–91 | Cite as

Thermal Behavior of Hydrotalcite and of Anion-Exchanged Forms of Hydrotalcite

  • G. W. Brindley
  • S. Kikkawa
Article

Abstract

Chloride-, sulfate-, and perchlorate-exchanged forms of hydrotalcite have been prepared and their layer spacings determined after equilibration in hydrous atmospheres and after heat-treatments up to the temperature of decomposition in the range 300–400°C. The initial carbonate form of hydrotalcite and also brucite, for purposes of comparison, have been similarly studied. Only chloride-hydrotalcite and brücke exhibit a single phase stable to the decomposition temperature. The other anionic forms exhibit various phases with different layer spacings which are interpreted in terms of the size, orientation, and stability of the anions and, in some cases, the presence of additional water. A regularly interstratified form of sulfate-hydrotalcite (layer spacing = 19.80 Å) is obtained at room temperature and relative humidity <50%; at higher humidities, a fully hydrated phase is obtained, and at 50°C a collapsed form is obtained. In the preparation of perchlorate-hydrotalcite, an interstratified phase (layer spacing = 17.0 Å) was recognized with alternating carbonate and Perchlorate layers, although the evidence is less certain.

Key Words

Anion exchange Brucite Hydrotalcite Interstratification Perchlorate Thermal reaction 

Резюме

Приготавливались хлоридные, сульфатные, и перхлоратные обменные формы гидроталь-кита, и после уравновешивания в водной атмосфере и тепловой обработки до температуры разложения в пределах 300s-400°С определялись их межслойные промежутки. Аналогичным образом в целях сравнения изучалась начальная карбонатная форма гидроталькита, а также брусит. Только хлорид-гидроталькит и брусит выявили единственную фазу, устойчивую к температуре разложения. Другие анионные формы выявили различные фазы с разными межслойными промежутками, которые зависят от размера, направления, и устойчивости анионов и, в некоторых случаях, от присутствия добавочной воды. Регулярно переслаивающаяся форма сульфата-гидроталькита (межслойное расстояние = 19,80 А) образуется при комнатной температуре и относительной влажности <50%; при более высоких влажностях, образуется полностью гидратированная фаза, а при 50°С образуется слипшаяся фаза. При приготовлении перхлората-гидроталькита, была обнаружена переслаивающаяся фаза (межслойное расстояние = 17,0 А) счередующимися карбонатными и перхлоратными слоями, но доказательства этого обнаружения не внолне надежны. [N. R.]

Resümee

Es wurden mit Chlorid, Sulfat, und Perchlorat ausgetauschte Formen von Hydrotalkit hergestellt und ihre Schichtabstände bestimmt,, Die Bestimmung dieser Werte erfolgte nach der Gleichgewichtseinstellung in einer wasserhaltigen Atmosphäre und nach dem Erhitzen bis zur Zersetzungstemperatur im Bereich von 300° bis 400°C. Die ursprüngliche Karbonatform des Hydrotalkits und auch der Brucit wurden zu Vergleichszwecken in gleicher Weise untersucht. Nur der Chlorit-Hydrotalkit und der Brucit ergeben eine einzige Phase, die bis zur Zerfallstemperatur stabil ist. Die übrigen anionischen Formen ergeben verschiedene Phasen mit unterschiedlichen Schichtabständen, die durch die Größe, die Orientierung und die Stabilität des Anions und in manchen Fällen durch zusätzliches Wasser erklärt werden können. Eine regelmäßige Wechsellagerungsform von Sulfat-Hydrotalkit (Schichtabstand 19,80 Å) erhielt man bei Raumtemperatur und einer relativen Feuchtigkeit von <50%; bei größerer Feuchtigkeit erhält man eine voll hydratisierte Phase und bei 50°C eine kollabierte Phase. Bei der Präparation von Perchlorat-Hydrotalkit wurde eine Wechsellagerungsform (Schichtabstand = 17,0 Å) mit abwechselnd Karbonat- und Perchlor-atschichten erkannt, obwohl der Nachweis weniger sicher ist. [U. W.]

Résumé

Des formes d’hydrotalcite échangées au chloride, au sulphate et au Perchlorate ont été préparées/ et l’espacement de leurs couches déterminé après équilibration dans des atmosphères hydrées et après des traitements d’échauffement jusqu’à la température de décomposition dans la gamme de 300–400°C. Les formes carbonées initiales d’hydrotalcite et aussi de brücke ont été étudiées de la même manière pour des raisons de comparaison. Seuls l’hydrotalcite-chloride et la brucite montrent une seule phase stable jusqu’à la température de décomposition. Les autres formes anioniques exhibent des phases variées avec des espacements intercouche différents qui sont interprétés d’après la taille, l’orientation, et la stabilité des an-ions, et dans certains cas, d’après la présence d’eau ajoutée. Une forme régulièrement interstratiflée d’hydrotalcite-sulphate (espacement inter-couche = 19,80 Å) est obtenue à température ambiante et humidité <50%; à de plus hautes humidités, une phase totalement hydratée est obtenue, et à 50°C, une forme effondrée est obtenue. Dans la préparation d’hydrotalcite-perchlorate, une phase interstratifiée (espacement inter-couche = 17,0 Å) a été reconnue avec des couches alternantes de carbonate et de Perchlorate, quoique cette évidence est moins certaine. [D. J.]

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References

  1. Allmann, R. and Jepson, H. P. (1969) Die Struktur des Hy-drotalkits: Neues Jahrb. Mineral. Monatsh. 544–551.Google Scholar
  2. Bassett, W. A. (1960) Role of hydroxyl orientation in mica alteration: Bull. Geol. Soc. Amer. 71, 449–456.CrossRefGoogle Scholar
  3. Bish, D. L. (1977) Occurrence and Crystal Chemistry of Nickel in Silicate and Hydroxide Minerals: Ph.D. Thesis, Pennsylvania State University, University Park, Pennsylvania, 152 pp.Google Scholar
  4. Bish, D. L. (1978) Anion exchange in takovite. Applications to other hydroxide minerals: Bull, du B.R.G.M. (2nd Series) Sect. 2, 293–301.Google Scholar
  5. Brindley, G. W. (1979) Motukoreaite—Additional data and comparison with related minerals: Mineral. Mag. 43, 337–340.CrossRefGoogle Scholar
  6. Brindley, G. W. and Kîkkawa, S. (1979) A crystal-chemical study of Mg, Al and Ni, Al hydroxy-perchlorates and hy-droxy-carbonates: Amer. Mineral. 64, 836–843.Google Scholar
  7. Louisnathan, S. J. and Gibbs, G. V. (1972) Bond length variation in TO4n tetrahedral oxyanions of the third row elements: T = Al, Si, P, S, Cl: Mater. Res. Bull. 7, 1281–1292.CrossRefGoogle Scholar
  8. Louisnathan, S. J., Hill, R. J., and Gibbs, G. V. (1977) Tetrahedral bond length variations in sulfates: Phys. Chem. Mineral. 1, 53–69.CrossRefGoogle Scholar
  9. Mering, J. and Glaeser, R. (1954) Sur la rôle de la valence des cations échangeables dans la montmorillonite: Bull. Soc. fr. Minéral. Cristallogr. 77, 519–530.Google Scholar
  10. Nickel, E. H. and Clarke, R. M. (1976) Carrboydite, a hy-drated sulfate of nickel and aluminum: a new mineral: Amer. Mineral. 61, 366–372.Google Scholar
  11. Norrish, K. (1972) Factors in the weathering of mica to vermiculite: In J. M. Serratosa, Ed., Proc. Int. Clay Conf., Madrid, Division de Ciencias, C.S.I.C, Madrid, 417–432.Google Scholar
  12. Pezerat, H. and Mering, J. (1967) Recherches sur la position des cations échangeables et de l’eau dans les montmorillonites: C. R. Acad. Sci., Paris, Ser. D, 265, 529–532.Google Scholar
  13. Rodgers, K. A., Chisholm, J. E., Davis, R. J., and Nelson, C. S. (1977) Motukoreaite, a new hydrated carbonate, sulphate, and hydroxide of Mg and Al from Auckland, New Zealand: Mineral. Mag. 41, 389–390, M21–M23.CrossRefGoogle Scholar
  14. Rouxhet, P. G. and Taylor, H. F. W. (1969) Thermal decomposition of sjögrenite and pyroaurite: Chimia 23, 480–485.Google Scholar
  15. Walker, G. F. (1956) Mechanism of dehydration of Mg-ver-miculite: Clays & Clay Minerals 4, 101–115.CrossRefGoogle Scholar

Copyright information

© Clay Minerals Society 1980

Authors and Affiliations

  • G. W. Brindley
    • 1
  • S. Kikkawa
    • 1
  1. 1.Mineral Sciences BuildingThe Pennsylvania State UniversityUniversity ParkUSA

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