‘Vermiculite’ Determination on Whole Soils by Cation Exchange Capacity Methods

Abstract

The proposed method is a modification of one by Alexiades and Jackson (1965). Calcium exchange capacity (CaEC) and potassium exchange capacity (KEC) are determined, after removal of organic matter and free iron oxides, by saturating the exchange complex with centrifuge washings of pH 7 acetate solutions of Ca or K, respectively. Excess salt in solutions remaining in contact with the soil after saturation is determined by measuring the weight and concentration of the excess solution. The exchangeable cations and excess salt are then replaced by centrifuge washings with 1 N acetate solutions of Mg (for CaEC) or NH₄ (for KEC), after overnight 110°C oven-drying to enhance K fixation for KEC. The replaced cations are determined and CaEC and KEC values are calculated. Per cent ‘vermiculite’ is based on the difference between CaEC and KEC (expressed in m-equiv/100 g) and an assumed ‘vermiculite’ in-terlayer exchange capacity of 154 m-equiv/100 g; percentage Vr = (CaEC-KEC/154) × 100. The ‘vermiculite’ interlayer fraction (VIF) of the CaEC may also be calculated; VIF= CaEC-KEC/CaEC. The measured ‘vermiculite’ is shown in quotation marks since the method is open to criticism regarding exactly what is being measured, the assumptions made, etc. and to emphasize that the determination procedure is an operational one for the characterization of cation exchange complexes.

Removal of free iron oxides increased both CaEC and KEC values of several soils but percentage Vr was little affected. The amount of K fixation was affected by the drying treatment employed after K saturation (none vs air-drying vs oven-drying). Thoroughly crushing Montana and African vermiculites dramatically increased their CEC and measured ‘vermiculite’ values, but had little effect with two samples of saprolite from chloritic metabasalt.

Résumé

La méthode proposée est une modification de celle d’Alexiades et Jackson (1965). La capacité d’échange pour le calcium (CaEC) et la capacité d’échange pour le potassium (KEC) sont déterminées, après élimination de la matière organique et des oxydes de fer libres, en saturant le complexe d’échange par des lavages à la centrifugeuse avec des solutions à pH 7 d’acétate de Ca ou de K selon le cas. Le sel en excès dans les solutions restant en contact avec le sol après la saturation est dosé en mesurant le poids et la concentration de la solution en excès. Les cations échangeables et le sel en excès sont alors remplacés par des lavages à la centrifugeuse avec des solutions 1 N d’acétate de Mg (pour CaEC) ou de NH₄ (pour KEC), après un séchage à l’étuve à 110°C pendant une nuit pour augmenter la fixation de K pour KEC. Les cations remplacés sont dosés et CaEC et KEC sont calculées. Le pourcentage de ‘vermiculite’ est tiré de la différence entre CaEC et KEC (exprimée en m-equiv/100 g) et d’une capacité d’échange interfeuillet ‘vermiculite’ de 154m-equiv/100g; Vr = (CaEC - KEC/154) × 100. La fraction interfeuillet ‘vermiculite’ (VIF) de la CaEC peut également être calculée; VIF = CaEC — KEC/CaEC. La ‘vermiculite’ ainsi déterminée apparaît entre guillemets, car la méthode soulève certaines critiques concernant ce qui est exactement mesuré, les hypothèses faites, etc; on souligne aussi de la sorte que le protocole de détermination a, dans le cas de la caractérisation des complexes d’échange de cations, un caractère conventionnel.

L’élimination des oxydes de fer libres augmente à la fois les valeurs de CaEC et KEC, mais le pourcentage de ‘Vr’ est peu modifié. L’intensité de la fixation de K est affectée par le traitement de séchage utilisé après la saturation par K (pas de modification lors d’un séchage à l’air comparé à un séchage à l’étuve). Un broyage poussé de vermiculites du Montana et d’Afrique augmente considérablement leurs CEC et les valeurs mesurées pour la ‘vermiculite’, mais a peu d’effet avec deux échantillons de saprolite provenant d’un métabasalte chloritique.

Kurzreferat

Die vorgeschlagene Methode stellt eine Abwandlung des von Alexiades und Jackson (1965) eingeführten Verfahrens dar. Die Calciumaustauschkapazität (CaEC) und die Kaliumaustauschkapazität (KEC) werden bestimmt, indem nach Entfernung der organischen Substanz und der freien Eisenoxide der Austauschkomplex durch Auswaschen mit Acetatlösungen von Ca bzw. K bei pH 7 in der Zentrifuge abgesättigt wird. Der Überschuß an gelöstem Salz, der nach der Sättigung in Kontakt mit dem Boden verbleibt, wird durch Messung des Gewichtes und der Konzentration der überschüssigen Lösung bestimmt. Die austauschbaren Kationen und der Salzüberschuß werden dann durch Auswaschen in der Zentrifuge mit 1 N Acetatlösungen von Mg (für CaEC) oder NH₄ (für KEC) verdrängt, nachdem zur Förderung der K-Fixierung für KEC über Nacht Ofentrocknung bei 110°C erfolgte. Die verdrängten Kationen werden bestimmt und CaEC und KEC berechnet. Der Prozentgehalt an ‘Vermiculit’ ergibt sich aus der Differenz zwischen CaEC und KEC (ausgedrückt in m-equiv/100 g) und einer angenommenen Zwischenschichtaustauschkapazität für Vermiculit von 154 m-equiv/100 g; % ‘IV = (CaEC-KEC/154) × 100. Der ‘Vermiculit’-Zwischenschichtanteil (VIF) der CaEC kann ebenfalls berechnet werden; VIF = CaEC-KEC/CaEC. Der gemessene Vermiculit wird in Anführungszeichen widergegeben, da die Methode bezüglich der Frage der Kritik ausgesetzt ist, was eigentlich gemessen wird, welche Annahmen zugrunde liegen, usw., sowie um zu betonen, daß das Bestimmungsverfahren den Charakter einer Arbeitsmethode zur Kennzeichnung des Kationenaus-tauschkomplexes hat.

Die Entfernung der freien Eisenoxide erhöht sowohl die CaEC- als auch die KEC-Werte mehrerer Böden, jedoch wurde % ‘Kr’ wenig beeinflußt. Die Höhe der K-Fixierung wurde durch das nach der K-Sättigung vorgenommene Trocknungsverfahren (ohne Trocknung verglichen mit Lufttrocknung verglichen mit Ofentrocknung) beeinflußt. Gründliches Vermählen von Vermiculiten aus Montana und Afrika führte zu einer drastischen Erhöhung ihrer Austauschkapazitäten und der gemessenen ‘Vermiculit’-Werte, hatte jedoch nur geringen Einfluß bei zwei Proben von Saprolit aus chloritischem Metabasalt.

Резюме

Предлагаемый метод является измененным методом, применявшимся Алексиа-десом и Джаксоном (1965 г.). Обменная способность кальция (СаЕС) и обменная способность калия (КЕС) определяются после удаления органических веществ и свободных окисей железа, насыщением обменного комплекса Са или К при помощи центробежной промывки растворами ацетата с рН 7, соответственно. Избыточная соль в растворах, остающимися в контакте с землей после насыщения, определяется путем измерения веса и концентрации избыточного раствора. Затем обменные катионы и избыточная соль заменяются центробежной промывкой в IN ацетатном растворе с добавлением Mg (для СаЕС) или NH₄ (для КЕС). После высушивания в печи при температуре 110°С в продолжение одной ночи с целью усиления фиксации К для КЕС, определяются замененные катионы и высчитываются СаЕС и КЕС. Процент «вермикулита» основан на разнице между СаЕС и КЕС (выраженной в мэкв/100 г) и на предполагаемой прослоенной обменной способности «вермикулита» 154 мэкв/100 г; %‘Vr’ = $\frac{CaEC-KEC}{154}\times100$. Также можно высчитать прослоечную фракцию (VIF) «вермикулита» $CaEC:VIF=\frac{CaEC-KEC}{CaEC}$. Измеряемый «вермикулит» приводится в этой работе в ковычках, так как при этом методе возникают вопросы: Что же в самом деле измеряется? Что за предположения? и т. д. Также можно возразить, что это определение операционная процедура для характеризации катионообменных комплексов.

Удаление свободных окисей железа повысило значения СаЕС и КЕС разных почв, но никакого влияния почти не оказало на процент ’Кг’. На количество связанного К повлияла температура высушивания после насыщения К (визави воздушной сушки или высушивания в печи). Тщательное дробление монтанского и африканского вермикулитов значительно повысило их СЕС и измеренные величины «вермикулита», но очень мало повлияло на два образца сапролита из хлористого метабазальта.