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Acid Character of Sauconite: Increase in Cation Exchange Capacity on Aging in Water and the Role of Zn2+ and Al3+ Ions

Published online by Cambridge University Press:  01 July 2024

R. P. Mitra
Affiliation:
Department of Chemistry, University of Delhi, Delhi-7, India
P. S. Sindhu
Affiliation:
Department of Chemistry, University of Delhi, Delhi-7, India

Abstract

pH- and conductometric titration curves of acid sauconite, freshly prepared by the action of H-resin on sauconite showed four segments, each, where H+, Al3+ and Zn2+ ions and a weak acid reacted with the added base in the sequence mentioned. The H+, Al3+ and Zn2+ ions, but not the weak acid, could be exchanged for the cations of a neutral salt. The exchangeable Al3+ and Zn2+ ions were derived from the lateral surfaces by the action of the H-resin. When the acid sauconite was allowed to age in water, the exchangeable H+ and Al3+ ions were gradually replaced by Zn2+ ions giving, finally, a Zn-clay. The pH rose from 4·2 to 6·3 and the total amount of exchangeable cations increased as aging proceeded. When the Zn-clay was formed, the increase in cation exchange capacity was about 70 per cent. Octahedral Al at the edges, carrying positive charges, were discharged by hydrolysis during the aging, causing the net negative charge and, hence, cation exchange capacity, to increase. Aging had little effect on the amount of the weak acid. Zn and Al ions at the edges exhibited the weak acid function. Only edge-Zn was active in the fully aged clay.

Résumé

Résumé

Les courbes de titration acidimétriques (pH) et conductimétriques d’une sauconite acide, fraîchement préparée par action d’une résine H sur une sauconite montrent quatre segments à l’intérieur desquels la base ajoutée réagit successivement et dans l’ordre avec les ions H+, Al3+, Zn2+ et un acide faible. Il est possible d’échanger contre les cations d’un sel neutre les ions H+, Al3+ et Zn2+, mais pas l’acide faible. Les ions échangeables Al3+ et Zn2+ proviennent des surfaces latérales à cause de l’action de la résine H. Quand on laisse la sauconite acide vieillir dans l’eau, les ions échangeables H+ et Al3+ sont graduellement remplacés par les ions Zn2+, ce qui donne finalement une argile Zn. Le pH s’élève de 4,2 à 6,3 et la quantité totale de cations échangeables augmente quand le vieillissement progresse. Quant l’argile Zn est formée, l’augmentation de la capacité d’échange est d’environ soixante dix pour cent. Les ions Al octaédriques des bords, qui portent des charges positives, sont déchargés par l’hydrolyse pendant le vieillissement, ce qui entraîne une augmentation de la charge négative nette, et donc, de la capacité d’échange cationique. Le vieillissement a peu d’effet sur la quantité d’acide faible. Les ions Zn et Al situés sur les bords possèdent la fonction acide faible. Seul Zn des bords est actif dans l’argile qui a subi un vieillissement total.

Kurzreferat

Kurzreferat

pH und konduktometrische Titrationskurven eines sauren Sauconits, frisch bereitet durch die Einwirkung von H-Harz auf Sauconit, ergaben jeweils vier Abschnitte, wo H+, Al3+ und Zn2+ sowie eine schwache Säure mit der zugefügten Base in der erwähnten Reihenfolge reagierten. Die H+, Al3+ und Zn2+ Ionen, jedoch nicht die schwache Säure, konnten gegen die Kationen eines Neutralsalzes ausgetauscht werden. Die austauschfähigen Al3+ und Zn2+ Ionen wurden aus den seitlichen Oberflächen durch Einwirkung des H-Harzes erhalten. Bei Alterung des sauren Sauconits in Wasser wurden die austauschfähigen H+ und Al3+ Ionen allmählich durch Zn2+ Ionen ersetzt um schlussendlich einen Zn-Ton zu liefern. Das pH stieg an von 4,2 auf 6,3 und die Gesamtmenge an austauschbaren Kationen nahm mit fortschreitender Alterung zu. Bei der Bildung des Zn-Tones war die Zunahme im Kationenaustauschvermögen etwa siebzig Prozent. Oktaedrische AI an den Kanten, mit positiven Ladungen behaftet, wurden im Laufe der Alterung durch Hydrolyse entladen wodurch die negative Nettoladung, und somit die Kationenaustauschfähigkeit, zunahm. Die Alterung hatte wenig Einfluss auf die Menge der schwachen Säure. Zn und AI Ionen an den Kanten zeigten schwach saure Funktion. Im voll gealterten Ton war nur das Kanten-Zn wirksam.

Резюме

Резюме

Кривые титрования (измерение рН и проводимости), которые получены для кислого соконита, приготовленного воздействием Н-смолы на соконит, имеют четыре сегмента, в пределах которых ионы Н+, Аl3+ и Zn2+ и слабая кислота взаимодействовали с добавленным основанием в указанной последовательности. Ионы Н+, Аl3+ и Zn2+ могут обмениваться на катион нейтральной соли, но слабая кислота не обнаруживает этого свойства. Обменные ионы Аl3+ и Zn2+ удалялись с боковых поверхностей взаимодействием с Н-смолой. При старении кислого соконита в воде обменные ионы Н+ и Аl3+ постепенно замещались на Zn2+, что приводило в конечном итоге к образованию Zn-глины. В процессе старения значение рН возрастало с 4,2 до 6,3 и увеличивалось общее количество обменных катионов. При образовании Zn-глины увеличение катионо-обменной емкости составляло около 70%. Октаэдрические катионы алюминия, создающие положительный заряд на ребрах, теряли заряды в процессе старения вследствие гидролиза; это приводило к появлению отрицательного заряда и, как следствие, к увеличению катионо-обменной емкости. Старение оказывает лишь незначительное влияние на количество слабой кислоты. Ионы Zn и Аl на ребрах обнаруживают слабо кислые свойства. В глине, полностью прошедшей процесс стареиня, активными былишь ребра с катионами Zn.

Type
Research Article
Copyright
Copyright © 1971, The Clay Minerals Society

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Footnotes

*

Obtained from Dr. C. S. Ross through the courtesy of Dr. M. V. Rao.

References

Aldrich, D. G. and Buchanan, J. R., (1958) Anomalies in techniques for preparing H-bentonites Soil. Sci. Soc. Am. Proc. 22 281285.CrossRefGoogle Scholar
Coleman, N. T. and Craig, D., (1961) The spontaneous alteration of hydrogen clay Soil Sci. 91 14.CrossRefGoogle Scholar
Eckman, J. P. and Laudelout, H., (1961) Chemical stability of hydrogen montmorillonite suspensions Kolloid Z. 178 99107.CrossRefGoogle Scholar
Harward, M. E. and Coleman, N. T., (1954) Some properties of H- and Al-clays and exchange resins Soil Sci. 78 181188.CrossRefGoogle Scholar
Lai, T. M., Mortland, M. M. and Timnick, A., (1957) (1957) High frequency titrations of clay minerals Soil Sci. 83 359368.CrossRefGoogle Scholar
Mitra, R. P. and Kapoor, B. S., (1969) Acid character of montmorillonite: Titration curves in water and some nonaqueous solvents Soil Sci. 188 1123.CrossRefGoogle Scholar
Mitra, R. P., Sharma, B. K. and Kapoor, B. S., (1963) Three stages, in the titration of montmorillinite in water and acetonitrile-benzene mixture Ind. J. Chem. 1 225226.Google Scholar
Mitra, R. P. and Singh, H., (1959) On the strong acid character of montmorillonite clay and its disappearance on aging Naturwissenschaften 9 319320.CrossRefGoogle Scholar
Ross, C. S., (1946) Sauconite-A clay mineral of the montmorillonite group Am. Mineralogist 31 411424.Google Scholar
Schwertmann, U. and Jackson, M. L., (1963) Hydrogen aluminum clays: A third buffer range appearing in Potentiometrie titration Science 139 10521053.CrossRefGoogle Scholar
Thompson, A. C. and Culbertson, J. L., (1959) Acidic properties of bentonite J. Phys. Chem. 63 19171920.CrossRefGoogle Scholar