Heterogeneity of Montmorillonite Surface and Its Effect on the Nature of Hydroxy-Aluminum Interlayers

A specimen montmorillonite (Arizona bentonite) was treated with hydroxy-aluminum solutions of various basicity. The cation exchange sites of this clay were found not to be homogeneous in their strength of retaining hydroxy-aluminum polymers; this strength varied from very weak, with which the Al polymers were only loosely held, to very strong, with which stable interlayer Al-clay complexes were formed. When a large amount of clay was treated with a small amount of solution, the polymers were held only in positions of strong affinity; the polymers were difficult to extract with neutral salt solutions and did not change to crystalline Al(OH)3 during prolonged aging. When a small amount of clay was treated with a large amount of solution, the exchange sites were completely occupied by polymers; a portion of these polymers was easily extractable with neutral salt solutions and, during aging, changed to Al(OH)3. This contrast is significant in any attempt to compare results obtained under different experimental conditions and to correlate laboratory experimentation with the occurrence of gibbsite and interlayer Al-clay complexes in nature. RésuméUn échantillon de montmorillonite (bentonite d’Arizona) a été traité avec des solutions d’hydroxyde d’aluminium à bases différentes. Les emplacements d’échange de cations ne se montrent pas homogenes dans leur force de rétention de polyméres d’hydroxide d’aluminium. Cette force peut être minimale, en quel cas les polyméres d’Al ne sont que légérement tenus, ou, à l’autre extrême, trés importante, avec formation de complexes d’argile-Al en couches intermédiaires stables. Lorsqu’on traite une quantité importante d’argile avec une petite quantité de solution, les polyméres ne sont tenus que dans des positions de forte affinité. Les polyméres sont difficiles á extraire avec des solutions de sels neutres et ne se transforment pas en Al(OH)3 cristallin avec le temps. Lorsqu’on traite une petite quantité d’argile avec une importanté quantité de solution, les emplacements d’échange sont totalement occupés par des polyméres. Une partie d’entre eux est facile à extraire avec des solutions de sels neutres et se transforme avec le temps en Al(OH)3. Ce contraste prend toute sa signification lorsqu’on essaie de comparer les résultats obtenus fans des conditions d’expérimentation différentes et de mettre les expériences de laboratoire en corrélation avec l’existence dans la nature de complexes de gypsite et d’argile-Al en couches intermédiaires. KurzreferatEine Proble von Montmorillonit (Arizona Bentonit) wurde mit Aluminumhydroxydlösungen verschiedener Basizität behandelt. Es wurde festgestellt, dass sich die Kationenaustauschstellen dieses Tones in ihrem Festhaltevermögen für Aluminiumhydroxyd Polymere nicht homogen verhalten. Dieses Festhaltevermögen variierte von sehr schwach, wenn die Al-Polymere nur locker gehalten werden, bis zu sehr stark, wenn stabile Zwischenschichten von Al-Tonkomplexen gebildet werden. Bei Behandlung einer grossen Menge von Ton mit einer kleinen Menge Lösung wurden die Polymere nur an Stellen starker Affinität festgehalten; in diesen Fällen war es schwierig, die Polymere mit neutralen Salzlösungen zu extrahieren. und es ergab sich bei ausgedehnter Alterung keine Umwandlung in kristallines Al(OH)3. Wurde hingegen eine kleine Menge von Ton mJt grossen Mengen Lösung behandelt, so wurden die Austauschstellen vollständig durch Polymer besetzt; ein Tell dieser Polymere konnte ohne weiteres durch neutrale Salzlösungen extrahiert werden und veränderte sich während der Alterung in Al(OH)3. Dieser Gegensatz ist wichtig, wenn es darum geht, unter verschiedenen Versuchsbedingungen erhaltene Ergebnisse miteinander zu vergleichen, oder bei der Feststellung von Zusammenhängen zwischen Laboratoriumsversuchen und natürlich vorkomrnendem Gibbsit und zwischengeschichtetem Al-Ton. РезюмеОбразецмонтмориллонита (Аризонского бентонита) обрабатывали гидрокси-алюминиевыми растворами различной основности. Было обнаружено, что катионообменные места этой глины не однородны по силе удержания гидрокси-алюминиевых полимеров. Сила эта была разной, начиная с очень слабой, которая лишь слегка удерживала полимеры А1 до очень сильной, когда образовывались устойчивые глинистые комплексы с алюминиевыми прослойками. Там, где крупное количество глины обрабатывалось малым количеством раствора, полимеры удерживались только в местах сильного сродства. Трудно было извлечь полимеры неймралвныии соляныии раствораии и они не превращались в А1(ОН)з в течение продолжительного старения. Когда небольшое количество глины обрабатывалось крупным количеством раствора, места обмена были совершенно заняты полимерами; часть этих полимеров легко подвергалась извлечению нейтральными соляными растворами и в ходе старения превращалас ьв А1(ОН)з. Контраст этот является важным при любой попытке сравнения результатов, достигнутых в разных условиях экспериментирования и для сопоставления проведения экспериментов в лаборатории с залеганием гиббсита и глины с алюминиевыми прослойками.