Measurement of Exchangeable Cations in Bentonites

Abstract

High swelling bentonites cannot be analyzed for exchangeable cations with exactly the same technique as most soils. To resolve varied techniques used in the past and to establish a reliable procedure, the effects of sample size, the number of saturations, washes and extractions, and the volume of extracting solutions were determined on three high-swelling bentonites.

Small samples must be used to insure complete extraction of exchangeable cations, and the 0·5 g weight was the best size of those tested. Most exchangeable cations were removed in three extractions with 25 or 33 ml volumes of ammonium acetate. More extractions could result in excessive solubilization of minerals. Centrifugal force must be sufficient to prevent loss of sample during decantation. This varied from 4500 to 7500 g for 10–20 min, depending on particle size and sample dispersion.

The proposed CEC method requires little time, but still compared closely with Frink’s more extensive method and showed no significant difference between treatment means. The procedure was used to analyze high-swelling bentonites from fourteen locations in six Western States. Chemical properties changed within each deposit and with geographical location, but in general the bentonites contained high amounts of exchangeable Na, moderate amounts of exchangeable Ca and Mg, and low amounts of exchangeable K. Total exchangeable reliability of the proposed method.

Résumé

L’analyse des cations échangeables ne peut être effectué, sur les bentonites à fort gonflement, exactement selon les mêmes méthodes utilisées pour la plupart des sols. Afin de prendre une résolution sur les techniques variées employées par le passé et d’établir un procédé sûr, on a déterminé les effets de la taille du prélèvement, le nombre de saturations, les lavages et les extractions et le volume des solutions d’extraction pour trois bentonites à fort gonflement.

Il faut utiliser de petits prélèvements pour assurer l’extraction complète des cations échangeables, et le meilleur poids enregistré sur les prélèvements choisis était de 0.5 g. La plupart des cations échangeables ont été enlevés en trois extractions avec de l’acétate d’ammonium en volumes de 25 ou 33 ml. Un nombre plus élevé d’extractions aurait pu donner une solubilisation excessive des minéraux. La force centrifuge doit être suffisante pour empêcher la perte d’échantillons pendant la décantation. Ceci varie de 4.500 à 7.500 × G pour 10–20 minutes, selon la taille des particules et la dispersion des échantillons.

La méthode CEC proposée demande peu de temps, mais se compare d’assez près à la méthode plus extensive de Frink et montre une différence non significative entre les moyens de traitement. Le procédé a été utilisé pour analyser les bentonites à fort gonflement prélevés en 14 points différents des six états de l’ouest. Les propriétés chimiques ont changé à l’intérieur de chaque dépôt selon la situation géographique, mais en général les bentonites contenaient de grandes quantités de Na échangeable, des quantités plus réduites de Ca et Mg échangeables, et de faibles quantités de K échangeable. Le total des cations échangeables et CEC s’accordaient bien pour démontrer la fiabilité de la méthode présentée.

Kurzreferat

Stark quellende Bentonite können nicht mit der genau gleichen Methode wie die meisten anderen Bodenarten auf austauschbare Kationen untersucht werden. Zum Zwecke der Vereinheitlichung verschiedenartiger, in der Vergangenheit angewandter Methoden und der Aufstellung einer verlässlichen Arbeitsweise wurde die Wirkung der Probengrösse, der Anzahl der Sättigungen, Spülungen und Extraktionen sowie des Volumens der Extraktionslösungen auf drei stark quellende Bentonite untersucht.

Um sicherzustellen, dass eine komplette Extraktion der austauschbaren Kationen stattfindet, mussten kleine Proben verwendet werden, und unter den untersuchten Probegrössen erwies sich die 0,5 g Probe als die günstigste. Die meisten austauschbaren Kationen konnten in drei Extraktionen mit 25 oder 33 ml Volumen Ammoniumazetat entfernt werden. Eine grössere Anzahl von Extraktionen könnte zu übermässigem Löslichmachen der Minerale führen. Die Zentrifugalkraft muss genügen, um einen Verlust an Probesubstanz bei der Dekantierung zu verhindern. Dieser schwankte zwischen 4500 und 7500 × G für 10–20 Minuten, je nach Teilchengrösse und Probendispersion.

Die angeführte CEC Arbeitsweise erfordert wenig Zeit und ist trotzdem durchaus mit der umfassenderen Methode von Frink vergleichbar und zeigt keine wesentlichen, durch Verschiedenheit der Behandlungsmittel hervorgerufenen, Unterschiede. Die Arbeitsweise wurde zur Untersuchung von stark quellenden Bentoniten von 14 Lagerstätten aus sechs westlichen Staaten verwendet. Die chemische Eigenschaften waren je nach Lagerstätte und geographischer Lage verschieden doch zeichneten sich die Bentonite im allgemeinen durch hohe Gehalte an austauschbarem Na, mittelmässig Ca und Mg, und wenig K aus. Die Gesamtmenge der austauschbaren Kationen stimmte gut mit CEC überein und bewies dadurch die Zuverlässigkeit der vorgeschlagenen Methode.

Резюме

Сильно набухающие бентониты не подвергаются анализу на обмениваемые катионы, пользуясь точно теми же методами, как в случае других почв. Для разрешения вопроса пригодности различных применяемых в прошлом методов и для определения надежной процедуры, определяли эффект воздействия на три сильно набухающих бетонита: размера, образца, количества насыщений, промывок и извлечений, а также объема извлекающих растворов.

Для обеспечения полного извлечения обмениваемых катионов, следует пользоваться малыми образцами; катионы весом 0,5 г оказались наилучшим размером из подвергаемых испытаниям. Большинство обмениваемых катионов удалялось за три извлечения ацетатом аммония объемом 25 или 33 мл. Большее количество извлечений может повлечь за собой чрезмерное растворение минералов. Центробежная сила должна быть достаточной для предотвращения потери образца во время декантации. Дентробенснаясила меняется от 4500 до 7500 × G для 10–20 мин, в зависимости от размера частиц и дисперсии образца.

Предлагаемый метод СЕС не требует много времени, но все же тесно следует более подробному методу Фринка и не показывает значительной разницы между средствами обработки. Процедура применялась для анализа сильно набухающих бентонитов из 14 местонахождений в шести западных штатах. Химические свойства были разными в каждом образце и менялись в зависимости от географического местоположения, но в общем бентониты содержали крупное количество обмениваемого Na, умеренное количество обмениваемых Са и Mg и малые количества обмениваемого К. Общее количество обмениваемых катионов и СЕС хорошо согласовывалось, демонстрируя тем самым надежность предлагаемого метода.