Aluminum Interlayers in Layer Silicates Effect of OH/Al Ratio of Al Solution, Time of Reaction, and Type of Structure

Abstract

Aluminum interlayers were synthesized under the same experimental conditions in a number of vermiculites and montmorillonites from different sources to determine the effects of the degree of neutralization of Al solutions, the time of reaction, and the type of structure.

Vermiculite fixed Al as well as hydroxy-Al ions in its interlayers, producing a stable 14 Å spacing and decreasing its cation exchange capacity considerably. Heating the Al-interlayered vermiculite at 300°C produced an interstratified mixture, indicating that some interlayers collapsed while others did not. The different collapse was attributed to different charge on vermiculite layers.

Neither the aging of vermiculite in Al solutions nor their OH/A1 ratios changed the stability of the interlayers appreciably.

Montmorillonites, on the other hand, did not fix Al ions but fixed appreciable amounts of hydroxy-Al ions. In addition, the stability of the interlayers in montmorillonite increased on aging in hydroxy-Al solutions and exceeded the stability of the interlayers produced in vermiculite. To explain the greater stability of montmorillonite interlayers, it was postulated that the more expanded interlayer space in montmorillonite provides a favorable locale for the organization of hydroxy-Al ions into gibbsite structure while the restricted expansion in vermiculite prevents it.

Résumé

La synthèse de couches intermédiaires d’aluminium a été faite dans les mêmes conditions expérimentales, sur un nombre de vermiculites et de montmorillonites de différentes sources, afin de déterminer les effets du degré de neutralisation de solutions d’Al, le temps de réaction et le type de structure.

La vermiculite a fixé Al ainsi que Jes ions hydroxy-Al dans des couches intermédiaires, en produisant un espacement stable de 14 Å et en diminuant considérablement sa capacité d’échange de cations. En chauffant à 300°C la vermiculite avec couche intermédiaire d’Al, il s’est produit un mélange entre les couches, indiquant que quelques couches intermédiaires se sont effondrées tandis que les autres n’ont pas bougé. Cet effondrement a été attribué à la charge différente sur les couches de vermiculite.

Ni le vieillissement de la vermiculite en solutions Al, ni leurs rapports OH/AI, n’ont changé pas de façon appréciable la stabilité des couches intermédiaires.

D’autre part, les montmorillonites n’ont pas fixé les ions Al, mais ont fixé par contre des quantités considérables d’ions hydroxy-Al. De plus, la stabilité des couches intermédiaires dans le montmorillonite a accrue le vieillissement des solutions hydroxy-Al et a dépassé la stabilité des couches intermédiaires produites dans la vermiculite. Pour expliquer la plus grande stabilité des couches intermédiaires de montmorillonite, il a été postulé que l’étendue plus grande des couches intermédiaires dans le montmorillonite fournit une scène favorable pour l’organisation des ions hydroxy-Al dans la structure de gibbsite, tandis que l’expansion restreinte dans le vermiculite l’empêche.

Kurzreferat

In einer Anzahl von Vermiculiten und Montmorilloniten verschiedener Herkunft wurden unter den gleichen Versuchsbedingungen Aluminiumzwischenschichten künstlich hergestellt, um die Wirkung des Neutralisation-grades von Al-Lösungen, der Reaktionszeit und der Gefügeart zu bestimmen.

Vermiculit hielt Al sowie Hydroxyl-Al Ionen in den Zwischenschichten fest unter Bildung einer stabilen 14 Å Abstand und beträchtlicher Verminderung des eigenen Kationenaustauschvermögens. Erwärmung des mit Al-Zwischenschichten versehenen Vermiculits auf 300°C führte zu einer zwischengeschichteten Mischung, was darauf hindeutet, dass manche der Zwischenschichten zusammenbrachen, während andere erhalten blieben. Das unterschiedliche Zusammenbrechen wurde auf Verschiedenheiten in der Ladung der Vermiculitschichten zurückgeführt.

Die Stabilität der Zwischenschichten wurde weder durch die Alterung des Vermiculits in Al-Lösungen, noch durch die OH/Al Verhältnisse derselben wesentlich verändert.

Im Gegensatz hierzu hielten die Montmorillonite keine Al Ionen fest, sondern jedoch beträchtliche Mengen von Hydroxyl-Al Ionen. Darüber hinaus erhöhte sich die Stabilität der Zwischenschichten im Montmorillonit bei der Alterung in Hydroxyl-Al Lösungen und überstieg die Stabilität der im Vermiculit gebildeten Zwischenschichten. Zur Erklärung der grösseren Stabilität der Mont-morillonit-Zwischenschichten wurde angenommen, dass der erweiterte Zwischenschichtabstand im Montmorillonit einen günstigen Ort für die Anordnung von Hydroxyl-Al Ionen in ein Gibbsit Gefüge schafft, während der beschränkte Raum im Vermiculit das verhindert.

Резюме

Аллюминиевые промежуточные слои синтеризованны в тех же экспериментальных условиях в ряде вермикулитов и монтмориллонитов из различных источников для определения степени нейтрализации растворов А1, продолжительности реакции и типа структуры.

Вермикулит фиксирует ионы А1, а также гидрокси—А1 в промежуточных слоях, что дает устойчивый промежуток 14 А и значительно понижает катионообменную способность. Нагрев вермикулита с промежуточными слоями аллюминия при 300°С дает рассланцованную смесь, указывая тем самым, что некоторые промежуточные слои рухнули, в то время как другие нет. Разность разрушения приписывают разнице заряда в слоях вермикулита.

Старение вермикулита в растворах А1, или соотношения ОН/А1 в заметной степени не меняют устойчивости промежуточных слоев.

С другой стороны, монтмориллониты не фиксируют ионов АІ, но зато фиксируют крупные количества ионов гидрокси АІ. Кроме этого, устойчивость промежуточных слоев в монтмориллоните увеличивается при старении в растворах гидрокси—АІ и превыпает устойчивость промежуточных слоев, возникших в вермикулите. Для того, чтобы объяснить большую устойчивость монтмориллонитовых промежуточных слоев, допускается, что более увеличенное пространство промежуточных слоев предоставляет благоприятное место для группировки ионов гидрокси—АІ в гиббситовые структуры, в то время как ограниченное увеличение в вермикулите предотвращает именно это.