Influence of fluoride on the compressibility of montmorillonites
Authors: Sridharan A. , Rao S. M. , Gajarajan V. S. 
Published: October 2009

The influence of fluoride contamination on the plasticity, compressibility and permeability of a bentonite clay and a montmorillonitic soil and the physico-chemical mechanisms involved are investigated. Treatment with fluoride degraded the mineral structure and decreased the cation exchange capacity (CEC) of beotonite clay and the montmorillonitic Chitoor soil by 60% and 71% respectively. This decrease in the CEC is attributed to aluminium as Al(OH)3 extracted from the clay lattice, displacing the naturally adsorbed cations and blocking the pathway to these sites. X-ray diffraction patterns of the fluoride-treated specimens on potassium saturation, glycerol solvation and heating to 500°C did not show any reflections around 10 Å suggesting that the precipitated Al(OH)3 does not enter the interlayer space but is possibly located on clay domains or in the pores between clay domains and effects their aggregation by electrostatic bonding. The liquid limit of bentonite clay decreased from 495% to 256% and that of Chitoor soil from 124% to 81% on fluoride treatment. The decrease in CEC and in surface area (due to particle aggregation) on fluoride treatment leads to a decrease in the diffuse double-layer thickness and in the liquid limit values. Oedometer test results showed that fluoride-treated bentonite clay and Chitoor soil exhibit appreciably lower equilibrium voids ratios at any pressure increment. Treatment of the montmorillonitic clay/soil specimen with fluoride causes a reduction in the repulsion forces due to a decrease in the diffuse double-layer thickness, leading to lower equilibrium voids ratios at any applied pressure. Treatment with fluoride increases the permeability of the clay/soil specimen appreciably. On fluoride treatment, the precipitated Al(OH)3 binds adjacent silicate surfaces, facilitating the formation of larger effective pores. Further, as these pores are relatively less constricted by the reduction in diffuse double layers, they are more open for water flow, which yields higher permeability coefficients. L'influence exerée par la contamination par le fluorure sur la plasticité, la compressibilité et la permeabilité d‘une argile bentonitique et d'une montmorillonite (Chitoor) et les mécanismes physico-chimiques qui l'accompagnent sont décrit. Le traitement au fluorure a dégradé la structure et réduit la capacité d'échange cationique respectivement de 60% et 71%. La diminution est attribuée à l'Al(OH)3 extrait du réseau de l'argile, lequel déplace les cations adsorbés et bloque le chemin à ces emplacements. Lors de la saturation par la potasse, de la solvatation par le glycérol et du réchauffement à 500°C les systèmes de diffraction des rayons X ne montraient dans le cas des échantillons traités par le fluorure aucune réflexion à 10 Å environ: l'Al(OH)3 n'entre pas dans l'espace entre les couches mais se trouve vraisemblablement sur des zones d'argile ou dans les pores entre les zones d'argile et affecte leur agrégation par liaison électrostatique. Lors du traitement la limite de liquidité de l'argile bentonitique a diminué de 495% à 256% et celle du sol Chitoor de 124% à 81%. La diminution dans la capacité d'échange cationique et dans la superficie due à l;'agrégation des particules lors du traitement conduit à une diminution dans l'épaisseur à double couche diffuse et dans les valeurs de la limite de liquidité. Les résultats ont démontré que l'argile bentonitique et que le sol Chitoor ont des indices des vides sensiblement plus faible à n'importe quelle augmentation de pression. Le traitement des échantillons provoque une diminution dans les forces de répulsion due au décroissement dans l'épaisseur à double couche diffuse, ce qui conduit à des indices des vides en équilibre plus bas quelleque soit la pression appliquée. Le traitement au fluorure augmente sensiblement la permeabilité des échantillons. Lors du traitement l'Al(OH)3 lie des surfaces de silicates contigües, en facilitant la formation de pores effectifs agrandis. Comme ces pores sont relativement moins resserrés par le nombre réduit de couches doubles diffuses ils sont aussi plus ouverts à l'écoulement de l'eau, ce qui donne des coefftcients de permeabilité plus élevés.