The Nature of Interlayering in Mixed-Layer Illite-Montmorillonites

Abstract

The nature of interstratification in mixed-layer illite-montmorillonites has been investigated by comparison of diffraction patterns of ethylene glycol and ethylene glycol monoethyl ether treated samples with calculated one-dimensional diffraction profiles. The calculated profiles take into account the effects of particle size distribution, chemical composition, and convolution factors as well as proportions of layers and interstratification type. On the basis of detailed matching of diffraction patterns of monomineralic illite-montmorillonites of known chemical composition it is concluded that there are three types of interstratification: (1) random, (2) allevardite-like ordering, and (3) superlattice units consisting of three illite and one montmorillonite layers (IMII). By comparison of suites of calculated profiles with the diffraction patterns of many samples of illite-montmorillonites it is concluded that virtually all illite-montmorillonites with expandabilities from about 40 to 100 per cent are randomly interstratified (allevardite being exceptional); at >40 per cent montmorillonite layers they almost always have ordered interstratification. Allevardite-like ordering predominates in illitemontmorillonites which have ordered interstratification, with the IMII superlattice varieties confined to samples with about 10 per cent montmorillonite layers.

Résumé

Des recherches ont été effectuées sur la nature de l’interstratification dans les illites-montmorillonites à feuillet interstratifiés, en les comparant aux modèles de diffraction du glycol éthylène et d’échantillons traités à l’éther monoéthyl de glycol éthylène avec des courbes de diffraction à une dimension. Les courbes calculées prennent en considération les effets de la distribution de grandeur de la particule, de la composition chimique et des facteurs de convolution de même que les rapports des feuillets et du type de stratification. Sur la base des comparaisons détaillées concernant les modèles de diffraction des illites-montmorillonites monominéraliques appartenant à une composition chimique connue, on en a conclu qu’il existe trois types d’interstratification; (1) au hasard, (2) un ordre de la forme allevardite (3) et des unités ayant un super réseau comprenant des couches de trois illites et un montmorillonite (IMII). Par suite de la comparaison des séries de courbes calculées avec les modèles de diffraction des nombreux échantillons d’illite-montmorillonites, on en a conclu que virtuellement tous les illites-montmorillonites ayant des dilatations de l’ordre de 40–100 pour cent environ, sont interstratifiés au hasard (l’allevardite étant l’exception): à moins de 40 pour cent, les feuillets de montmorillonites ont presque toujours une interstratification ordonée. L’ordre de la forme de l’allevardite est prédominant dans les illistes-montmorillonites qui ont une interstratification ordonnée, avec les variétés du super réseau IMII confinées à des échantillons ayant des feuillets de montmorillonite d’environ 10 pour cent.

Kurzreferat

Das Wesen der Zwischenlagerung in gemischtschichtigen Illit-Montmorilloniten wurde untersucht durch Vergleich von Beugungsmustern von mit Äthylenglykol und Äthylenglykolmonoäthyl Ather behandelten Proben mit berechneten, eindimensionalen Beugungsprofilen. Die berechneten Profile berücksichtigen die Wirkungen der Teilchengrössenverteilung, der chemischen Zusammensetzung und der Zusammenrollungsfaktoren sowie die Proportionen der Schichten und den Zwischenlagerungstyp. Auf Grund einer detaillierten Anpassung von Beugungsmustern monomineralischer Illit-Montmorillonite bekannter chemischer Zusammensetzung wird der Schluss gezogen, dass es drei Arten von Zwischenlagerung gibt, nämlich (1) zufallsmässige, (2) allevarditartige Ordnung und (3) Supragittereinheiten aus drei Illit und einem Montmorillonit bestehend (IMII). Durch Vergleich von Folgen berechneter Profile mit den Beugungsmustern verschiedener Proben von Illit-Montmorilliniten wird festgestellt, dass beinahe alle Illit-Montmorillonite mit Ausdehnungsvermögen von etwa 40 bis 100 Prozent aufallsmässige Zwischenlagerung aufweisen (ausnahmsweise auch Allevardit); bei > 40 Prozent Montmorillonitschichten besteht fast immer geordnete Zwischenlagerung. In den Illit-Montmorilloniten mit geordneter Zwischenlagerung herrscht die allevarditartige Odnung vor, während die IMII Supragitter Arten auf Proben mit etwa 10 Prozent Montmorillonitschichten beschränkt bleiben.

Резюме

Характер чередования слоев в смешанно-слойных иллит-монтмориллонитах был исследован в результате сравнения дифракционных картин образцов, насыщенных этилен-гликолем и этилен-гликоль-моноэтилэфиром, с вычисленными одномерными дифракционными профилями. При вычислении профилей были приняты во внимание эффекты распределения размеров частиц, химического состава, факторов свертки, а также относительные количества и тип чередования слоев. В результате тщательного подбора согласующихся с теоретическими кривыми дифракционных картин мономинеральных иллит-монтморил-лонитов с известным химическим составом, сделан вывод о наличия трех типов чередования слоев: 1) беспорядочного, 2) алевардитового упорядочения и 3) с образованием сверхстру ктурных элементов, состоящих из трех иллитовых и одного монтмориллонитового слоев (ИМИИ). При сопоставлении вычисленных профилей интенсивности с дифракционными картинами многих образцов иллит-монтмориллонитов установлено, что фактически все иллит-монтмориллониты с разбухаемостью примерно от 40 до 100% являются беспорядочно смешанно- слойными (за исключением алевардита), при менее 40% монтмориллонитовых слоев почти всегда имеет место упорядоченное чередование слоев. Алевардитовое упорядочение преобладает в иллит-монтмориллонитах с упорядоченным чередованием слоев, тогда как сверхструктурные разновидности ИМИИ возможны лишь в образцах, содержащих приблизительно 10% монтмориллонитовых слоев.