Cross-Linked Smectites. II. Flocculation and Microfabric Characteristics of Hydroxy-Aluminum-Montmorillonite

Abstract

Cross-linking of Li-montmorillonite by hydroxy-aluminum oligomers was performed in a specially constructed mixing apparatus. Observations on flocculation and solution composition were carried out during and after the cross-linking reaction; the dry product was studied by scanning electron microscopy.

Flocculation was most pronounced at Al/montmorillonite ratios between 0.98 and 2.45 mM/g; below and above this range, flocculation was much less intensive. These observations can be explained by heterocoagulation and protecting colloid action. A complete neutralization of the montmorillonite charge was estimated at 1.9 mM adsorbed Al per g clay, and in order to account for the electrical charge of the hydroxy-Al, polymers with an average charge of 0.5 per Al atom must be assumed on the montmorillonite surface. Assuming that the hydroxy-aluminum form in the unreacted solution is Al₆(OH)³⁺₁₂, the adsorbed polymer will be Al₂₄(OH)¹²⁺₆₀. Alternatively, assuming Al₆(OH)³⁺₁₅ in the unreacted solution, this form will remain unchanged upon adsorption onto the montmorillonite surface.

Differences in the microfabric of dry Al-CLM as a function of Al/montmorillonite ratio can be explained along the lines of the interpretation of the flocculation studies.

Резюме

Образование поперечных связей монтмориллонита, содержащего Li, c оли-гомером гидроокиси алюминия было достигнуто с помощью специально сконструированного смешивающего аппарата. Наблюдение за флоккулированием и составом раствора проводилось в течение и после реакции образования поперечных связей, сухой продукт был изучен под развертывающим электронным микроскопом.

Флоккулирование было наиболее резко выражено при отношении Al/монтмориллонит в пределах 0,98 и 2,45 мМ/г. Ниже и выше этого диапазона флоккулирование было значительно мение интенсивным. Это наблюдение может быть объяснено ге-терокоагуляцией и защитным действием коллоида. Полная нейтрализация заряда монтмориллонита была определена при 1,9 мМ адсорбированного Al на 1 г глины. Чтобы подсчитать электрический заряд гидроокиси алюминия, следует принять на поверхности монтмориллонита средний заряд в 0,5 на атом Al. Предполагая, что гидроокись алюминия в невступившем в реакцию растворе находится в форме Al₆(OH)³⁺₁₂, адсорбированный полимер будет Al₂₄(OH)¹²⁺₆₀, и, наоборот, предполагая, что в растворе до реакции находился Al₆(OH)³⁺₁₅, эта форма останется без изменения при адсорбции на поверхности монтмориллонита.

Различия в микроструктуре сухого Аl-ПСМ,представленные в виде функции отношения Al/монтмориллонит могут быть объяснены при интерпретации результатов изучения флоккулирования.

Kurzreferat

Querverknüpfung von Li-Montmorillonit mit Hydroxyl-Aluminiumoligomeren wurde in einem spezial-hergestellten Mischungsapparat durchgeführt. Beobachtungen über Ausflocken und Zusammenstellung der Lösung wurden während und nach der Querverknüpfungsreaktion gemacht; das trockene Pro dukt wurde durch SEM untersucht. Ausflocken war am meißten bemerkbar bei Al/Montmorillonit Verhältnissen zwischen 0,98 und 2,45 mM/g; über und unter diesem Bereich war Ausflocken viel weniger intensiv. Diese Beobachtungen können durch Heterokoagulation und Schutzkolloidaktion erklärt werden.Eine vollständige Neutralisation der Montmorillomitladung wurde auf 1,9 mM adsorbiertes Al per g Ton geschätzt und um die elektrische Ladung des Hydroxyl-Aluminiums zu erklären, muß angenommen werden, daß sich Polymere mit einer durchschnittlichen Ladung von 0,5 per Al Atom an der Montmorillonitober fläche befinden.Wenn man annimmt, daß die Hydroxyl-Aluminiumform in der nichtreagierten Lösung Al₆(OH)₁₂³⁺ ist, wird der adsorbierte Polymer Al₂₄- (OH)₆₀¹²⁺ sein.Andererseits, wenn angenommen wird, daß sich Al₆(OH)₁₅³⁺ in der nichtreagierten Lösung befindet,dann wird diese Form unverändert bleiben während der Adsorption auf der Montmorillonitoberfläche. Unterschiede in der Mikrostruktur von trockenem Al/CLM, abhängig vom Al/Montmorillonit Verhältnis, kann durch dieselben Grundsätze wie in den Ausflockuntersuchungen erklärt werden.