Fabric of Kaolinite and Illite Floccules

Abstract

A scanning and high voltage electron microscope study of the fabric of laboratory sedimented moist uncompressed kaolinite and illite floccules reveals an abundance of face-face flake orientation in the porous clay network. Clays were flocculated in the laboratory in both distilled water and slightly saline (1 g/l. NaCl) water using various clay concentrations. Floccules taken from the moist clay mass were prepared for study by freeze-drying and impregnation with polyethylene glycol.

There is little difference in the fabric of kaolinite flocculated in distilled or slightly saline water. The fabric is dominated by a 3-dimensional network of twisted chains of face-face oriented flakes having the appearance of a stair-stepped cardhouse. Illite floccules in distilled water also consist of abundant face-face oriented overlapping flakes. However, in salt water there is a more even mixture of fabrics—edge-to-face flocculation of individual platelets and also stepped clusters of face-to-face oriented flakes, the latter being more abundant.

It is suggested that under the experimental conditions the double layer of each clay particle is compressed resulting in an increase in the importance of van der Waals forces of attraction. As a result flakes approach each other and rotate into a parallel or subparallel position. The resultant dominant fabric is that of a stepped cluster of overlapping flakes.

Résumé

L’étude par microscopie électronique à balayage et sous haute tension de la texture de floculats de kaolinite et d’illite, humides, non comprimés et sédimentés au laboratoire, révèle une grande abondance de plaquettes orientées face à face dans le réseau argileux poreux. Les argiles ont été floculées au laboratoire à la fois dans l’eau distillée et dans de l’eau légèrement saline (1 g/l. NaCl), à différentes concentrations en argile. Les floculats prélevés dans la masse argileuse humide ont été préparés pour l’étude ultérieure, par cryodessiccation et imprcgnation au polyéthylène glycol.

Il y a peu de différences entre la texture de la kaolinite floculée dans l’eau distillée et celle de la kaolinite floculée dans l’eau légèrement saline. La texture est essentiellement constituée par un réseau tridimensionnel de chaines torsadées de plaquettes orientées face à face, ayant l’apparence d’un paquet de cartes incomplètement étalé, en marches d’escalier. Les floculats d’illite obtenus dans l’eau distillée sont constitués également par un grand nombre de plaquettes orientées face à face, qui se chevauchent. Cependant, dans l’eau salée, il y a un mélange plus uniforme de textures dues à la floculation de plaquettes individuelles bord à face et aussi d’agrégats en marches d’escalier dûs à des plaquettes orientées face à face, ces derniers étant plus abondants.

Il est suggéré que dans les conditions expérimentales de ce travail, la double couche de chaque particule d’argile est comprimée, ce qui entraîne un accroissement de l’importance des forces d’attraction de Van der Waals. En conséquence, les plaquettes se rapprochent mutuellement, et tournent pour se mettre dans une position parallèle ou subparallèle. La texture dominante qui en résulte est celle d’agrégats en marches d’escalier, formés de plaquettes qui se chevauchent.

Kurzreferat

Eine Untersuchung mittels Abtastungs- und Hochspannungselektronenmikroskopie des Gefügen von im Laboratorium abgeschiedenen, feuchten, unverdichteten Kaolinit- und Illitflocken zeigt eine flächenmässig gegenüberliegende Orientierung der Blättchen in der porösen Tonstruktur an. Die Tone wurden im Laboratorium in destilliertem Wasser sowie in schwach salzhaltigem (1g/l, NaCl) Wasser unter Verwendung verschiedener Tonkonzentrationen ausgeflockt. Die aus der feuchten Tonmasse genommenen Flocken werden durch Gefriertrocknung und Imprägnierung mit Polyäthylenglykol für die Untersuchung vorbereitet.

Der Unterschied zwischen dem in destilliertem Wasser ausgedockten Kaolinit und dem aus schwach salzhaltigem Wasser ist gering. Vorherrschend im Gefüge ist ein dreidimensionales Netzwerk verdrehter Ketten von flächenmässig gegenüberliegend orientierten Blättchen, die das Aussehen eines stufenartigen Kartenhauses geben. Die Illitflocken im destillierten Wasser bestehen ebenfalls grösstentails aus flächenmässig gegenüberliegenden, überlappenden Blättchen. In Salzwasser hingegen findet sich eine ausgeglichenere Mischung von Gefügen: Kante-gegen-Fläche Flockung von Einzelblättchen und stufenartige Büschel von flächenmässig gegenüberliegenden Blättchen, wobei letztere überwiegen.

Es wird als möglich angesehen, dass unter den Versuchsbedingungen die Doppelschicht jedes Tonteilchens zusammengepresst wird wodurch sich eine Zunahme im Umfang der van der Waalsschen Anziehungskräfte ergibt. Demzufolge nähern sich die Blättchen einander und drehen sich in eine parallele oder nahparallele Position. Das sich ergebende, vorherrschende Gefüge weist stufenförmige Anhäufungen sich überlappender Blättchen auf.

Резюме

Исследование в сканирующем и высоковольном электронных микроскопах строения осажденных в лаборатории влажных, не подвергавшихся действию давления каолинитовых и иллитовых хлопьев обнаружило преобладание в пористом глинистом каркасе ориентировки частиц типа поверхность к поверхности. Глины в различных концентрациях подвергались флокуляции в лабораторных условиях как в дистиллированной воде, так и в слабом растворе NaCl (1 г/л). Агрегаты, выделенные из влажной глинистой массы, были приготовлены для выусшивания замораживанием и насыщения полиэтилен-гликолем.

Наблюдались лишь незначительные различия в строении каолинита, подвергшегося фло-куляции в дистиллированной воде и в слабом растворе NaCl. Структура такого каолинита представляет трехмерный каркас из скрученных цепей, состоящих из ориентированных поверхность к поверхности чешуек; каркас имеет вид ступенчатого карточного домика. Агрегаты иллита в дистиллированной воде также состоят из преимущественно ориентированных поверхность к поверхности перекрывающихся чешуек. Однако в растворе NaCl наблюдалась более однообразная смесь структур типа ребро к поверхности отдельных пластинок, а также ступенчатые группы ориентированных поверхность к поверхности частиц, причем последних было больше.

Предполагается, что в условиях эксперимента двойной слой каждой глинистой частицы сжимается в результате увеличения влияния ван-дер-ваальсовых сил притяжения. Вследствие этого частицы сближаются и занимают параллельные или субпараллельные положения. Результирующая преобладающая структура представляет собой ступенчатую группу из перекрывающихся пластинок.