Advertisement

Clays and Clay Minerals

, Volume 32, Issue 1, pp 29–35 | Cite as

Synthesis of a 10-Å Hydrated Kaolinite

  • P. M. Costanzo
  • R. F. GieseJr.
  • C. V. Clemency
Article

Abstract

Hydrated kaolinite (d(001) = 10 Å) can be synthesized by mild heating of a kaolinite-organic suspension, allowing time for the clay to be intercalated by the organic solvent, and then dissolving a fluoride salt in the liquid. After mild heating of the suspension, the salt and organic solvent are removed by repeated water washings. The kaolinite retains interlayer water in the form of a 10-Å kaolinite hydrate. The influence of the intercalating agent, type of salt, concentration of salt, and the time of treatment on the synthesis of 10-Å hydrate was examined for several kaolinites. The most effective salt is NH4F; much smaller yields were obtained using KF and RbF. Not all organic molecules gave high yields of the hydrate; dimethyl sulfoxide, formamide, and hydrazine worked well but N-methyl formamide did not. The reaction between clay and salt resulted in the replacement of some hydroxyls by fluoride. This replacement was rapid; after 1 min of fluoride treatment a substantial yield of hydrate was obtained. The intercalation step separated the layers and also disordered the kaolinite, facilitating the F for OH replacement at or near crystallite edges. This replacement weakens the interlayer bonding at the edges and thereby reduces the possibility of layer collapse and attendant dehydration.

Key Words

Dimethyl sulfoxide Fluoride Formamide Halloysite Hydrazine Hydroxyl Intercalation Kaolinite 

Резюме

Гидратированный каолинит (d(001) = 10 Å) может быть синтезирован путем умеренного нагрева каолинито-органической суспензии, уели имеется достаточное время для того, чтобы органический растворитель включился в глину и для последующего растворения флюористой соли в жидкости. После умеренного нагрева суспензии, соль и органический растворитель удаляются при помощи неоднократных водных промываний. Каолинит удерживает межслойную воду в виде 10-Å каолинитового гидрата. Исследовалось влияние прослойгого вещества, типа соли, концентрации соли и времени обработки на синтез 10-Å гидрата для нескольких каолинитов. Наиболее эффективная соль это NH4F; намного меньшие результаты были получены при использовании KF и RbF. Не все органические молекулы давали высокий выход гидрата. Диметилсульфоксид, формамид и гидразин давали хорошие результаты, в то время как N-метиловый формамид не давал таких результатов. В результате реакции между глиной и солью происходило замещение некоторых гидроксилов флюоридами. Это замещение было быстрым, после 1 минуты флюористой обработки был получен значительный выход гидрата. Тонкое включение прослойки разделяло слои, а также приводило к нарушению упорядочения каолинита, облегчая замещение OH флюором на кристаллических гранях. Это замещение ослабляет межслой-ную связь на гранях и, таким образом, уменьшает возможность разрушения слоя и сопутствующей дегидратации. [E.G.]

Resümee

Hydratisierter Kaolinit (d(001)= 10 Å) kann durch mildes Erhitzen einer Suspension aus Kaolinit und einem organischen Lösungsmittel synthetisiert werden, wobei genügend Zeit vorhanden sein muß, damit das organische Lösungsmittel in die Zwischenschichten des Ton eindringen kann, und anschließend ein Fluorid-Salz in der Flüssigkeit aufgelöst werden kann. Nachdem die Suspension mild erhitzt wurde, werden das Salz und das organische Lösungsmittel durch wiederholtes Waschen mit Wasser entfernt. Der Kaolinit hält Zwischenschichtwasser in der Form eines 10 Å Kaolinithydrates zurück. Der Einfluß des Zwischenschicht-bildenden Agens, der Art des Salzes, der Salzkonzentration und der Behandlungszeit auf die Synthese des 10 Â Hydrates wurde für verschiedene Kaolinite untersucht. Das wirksamste Salz war NH4F; viel kleinere Ausbeuten wurden mit KF und RbF erzielt. Nicht alle organischen Moleküle ergaben hohe Hydratausbeuten. Dimethylsulfoxid, Formamid und Hydrazin hatten einen positiven Einfluß, während N-methylformamid keine Wirkung zeigte. Die Reaktion zwischen Ton und Salz führte zum Ersatz einiger Hydroxidionen durch Fluoridionen. Dieser Ersatz verlief schnell; nach einer Minute der Fluoridbehandlung wurde eine wesentliche Ausbeute an Hydrat erzielt. Der Schritt zur Bildung der Zwischenschicht trennte die Lagen und führte zu einer schlechten Ordnung des Kaoliniis, indem er den Ersatz von OH durch F an den Kristallkanten erleichterte. Dieser Ersatz scwächte die Zwischenschichtbindung an de Kanten und verringerte dadurch die Möglichkeit, daß die Schichtstruktur zerstört wird und im Zusammenhang damit eine Dehydratation stattfindet. [U.W.]

Résumé

Une kaolinite hydratée (d(001) = 10 Â) peut être synthétisée en chauffant légèrement une suspension organique-kaolinite, donnant du temps pour que l’argile soit intercalaté par le solvant organique, et ensuite dissolvant un sel floride dans le liquide. Après avoir légèrement échauffé la suspension, le sel et le solvant organique sont enlevés par des lavements à l’eau répétés. La kaolinite retient de l’eau intercouche sous la forme d’hydrate kaolinite 10-Å. L’influence de l’agent intercalatant, le genre de sel, la concentration du sel, et la durée du traitement sur la synthèse de l’hydrate 10-Â ont été examinés pour plusieurs kaolinites. Le sel le plus efficace est NH4F; on a obtenu des produits beaucoup moins importants en utilisant KF et RbF. On n’a pas obtenu de grandes quantités d’hydrate de toutes les molécules organiques; la sulfoxide diméthyle, la formamide et l’hydrazine marchaient bien, mais pas la formamide methyle-N. La réaction entre l’argile et le sel a résulté en le remplacement de certains hydroxyls par la fluoride. Ce remplacement est rapide; après 1 min de traitement à la floride, une quantité substantielle d’hydrate a été produite. L’étape d’intercalation a séparé les couches et a aussi désordonné la kaolinite, facilitant le remplacement de F par OH aux bords cristallites. Ce remplacement affaiblit les liens intercouche aux bords, et réduit ainsi la possibilité de l’effondrement de couches et la déshydration l’accompagnant. [D.J.]

Preview

Unable to display preview. Download preview PDF.

Unable to display preview. Download preview PDF.

References

  1. Bates, R.G. (1973) Determination of pH — Theory and Practice: Wiley, New York, 479 pp.CrossRefGoogle Scholar
  2. Brindley, G. W. and Robinson, K. (1946) Randomness in the structures of kaolinitic clay minerals: Trans. Faraday Soc. 42B, 198–205.CrossRefGoogle Scholar
  3. Costanzo, P. M., Clemency, C. V., and Giese, R. F., Jr. (1980) Low temperature synthesis of a 10-Å hydrate of kaolinite using dimethyl sulfoxide and ammonium fluoride: Clays & Clay Minerals 28, 155–156.CrossRefGoogle Scholar
  4. Cruz, M., Jacobs, H., and Fripiat, J. J. (1972) The nature of the cohesion energy in kaolin minerals: Proc. Int. Clay Conf., Madrid, 1972, L. Heller, ed., Israel Univ. Press, Jerusalem, 59–71.Google Scholar
  5. Giese, R. F., Jr. (1978) The electrostatic interlayer forces of layer structure minerals: Clays & Clay Minerals 26, 51–57.CrossRefGoogle Scholar
  6. Giese, R. F., Jr. and Costanzo, P. M. (1982) Heat capacity of intercalated molecules in kaolins: Prog. and Abstracts, 19th Annual Meeting, Clay Minerals Society, Hilo, Hawaii, 1982, p. 50 (abstract).Google Scholar
  7. Hendricks, S. B. (1939) The crystal structure of nacrite and the polymorphism of the kaolin minerals: Z. Krist. 100, 509–518.Google Scholar
  8. Hendricks, S. B. and Jefferson, M. E. (1938) Structures of kaolin and talc-pyrophyllite hydrates and their bearing on water sorption of the clays: Amer. Mineral. 23, 863–875.Google Scholar
  9. Hinckley, D. N. (1963) Variability in “crystallinity” values among the kaolin deposits of the coastal plain of Georgia and South Carolina: in Clays and Clay Minerals, Proc. 11th Natl. Conf., Ottawa, Ontario, 1962, Ada Swineford, ed., Pergamon Press, New York, 229–235.Google Scholar
  10. Lin, F. C. and Clemency, C. V. (1981) The dissolution kinetics of brucite, antigorite, talc and phlogopite at room temperature and pressure: Amer. Mineral. 66, 801–806.Google Scholar
  11. Mohammad, T. S. (1982) Fluoride contents of synthetic 10-Å hydrated kaolinites: M.A. Thesis, State University of New York at Buffalo. Amherst, New York, 65 pp.Google Scholar
  12. Olejnik, S., Aylmore, L. A. G., Posner, A. M., and Quirk, J. P. (1968) Infrared spectra of kaolin mineral-dimethyl sulphoxide complexes: J. Phys. Chem. 11, 241–249.CrossRefGoogle Scholar
  13. Ritchie, C. D. and Uschold, R. E. (1967) Acidity in nonaqueous solvents. IV. Hydrocarbon acids in dimethyl sulfoxide: J. Amer. Chem. Soc. 89, 1721–1725.CrossRefGoogle Scholar
  14. Scokart, P. O., Selim, S. A., Damon, J. P., and Rouxhet, P. G. (1979) The chemistry and surface chemistry of fluori-nated alumina: J. Colloid Int. Sci. 70, 209–222.CrossRefGoogle Scholar
  15. Wolfe, R. and Giese, R. F., Jr. (1978) The stability of fluorine analogues of kaolinite: Clays & Clay Minerals 26, 76–78.CrossRefGoogle Scholar

Copyright information

© The Clay Minerals Society 1984

Authors and Affiliations

  • P. M. Costanzo
    • 1
  • R. F. GieseJr.
    • 1
  • C. V. Clemency
    • 1
  1. 1.Department of Geological SciencesState University of New YorkAmherstUSA

Personalised recommendations