べントナイトの話

I .べントナイトとは何か( 1 )発見と利用の歴史
べントナイトは粘土の一種ですが、その特徴が石鹸に似ていることから、1871 年の古い文献には"ソープホール-粘土"と書かれています。
1888 年にアメリカ・ワイオミング州のウィリアム・テーラー氏が。"テイロライト" の名称で販売を始めましたが、同名の商品があることが分かったため"べントナイド"と名称を変更して市販されました。
“べントナイト"と名付けたのは、アメリカ・ワイオミング州アルバニー郡ロックフリークの近くの"フォートべントン統"と呼ばれる地層からこの粘上が産出されたからです。そしてこの名称が世界共通となり今日に至っています。
文献を見ますと、べントナイトは、非常に微細な結晶からなる粘上鉱物、"モンモリロナイト"が主成分であると説明されています。"モンモリロナイト"は、1847 年にフランスのモンモリロ地方で発見された塑性粘土につけられた名称で、これを正式な鉱物名として確認したのは 1892 年とのことです。
また、最近はべントナイトを"スメクタイト(Smectite)を主成分とする粘土(一般にはモンモリロナイト) "とも言うようになりました。
粘上鉱物の研究が進むにつれて、結品化学的性質がよく似た仲間(鉱物)が幾つか発見され、モンモリロナイトはそうしたグループの一つであることが分かってきました。
やがてそれを"モンモリロナイト群"と呼ぶようになりましたが、グループを一鉱物と同じ名称で呼ぶことで混乱を生じました。このグループの中にはモンモリロナイト、バイデライト、ノントロナイト、サポナイト、ヘクトライト鉱物があり、結品構造は同じですが、後から述べるように四面体、八面体のイオンが少し異なっており、そのわずかな違いで、それぞれが違った特性を持っているからです。
このため、1955 年、英国鉱物学会の粘上鉱物研究グループが、"モンモリロナイト群"に代えて"スメクタイト"を群名に使うことを決めました。その用法が最近になって定着したのです。
べントナイト利用の歴史は古く、約 7000 年前に羊毛の脱脂洗浄剤としてキプロス地方で用いられたのが始まりです。その後、この技術が地中海沿岸のヨーロッパ各地に広がり、さらに用途も広がって、洗剤や油脂の脱色剤、ビールやワインの脱蛋白剤としても広く用いられるようになりました。一方、米国では中西部の先住民族やヨーロッパからの初期の移民たちが、毛布の洗浄剤や屋根の雨漏りの封止材として利用していたといわれています。
( 2 )べントナイトの成因と産状
べントナイトは今から 2000 万年前の大昔(新生代第三紀中新世)に火山の爆発で噴出した灰や溶岩(火山灰)から出来ています(アメリカ・ワイオミング州の鉱床は古く、約 7000 ～1 億年前の中生代白亜紀新期)。海底や湖底に堆積した火山灰が、地熱や地圧や海水の影響による"続成作用" (堆積物が沈降後受ける作用)と、地下から噴き上がる"熱水作用"の 2 つの作用で変質し、べントナイトになったといわれています。
このようにべントナイトは火山灰の堆積物が変質作用で出来たものなので、大半は層状に埋蔵していますが、中には熱水作用を受けて出来た状況から、塊状に埋蔵しているものもあります。
1.べントナイトの生成年代 日本・・・・新生代第三紀中新世(2000 万年前)
米国・・・・中生代白亜紀新期( 1 億年前)
2.べントナイトの成因と産状・・・・

層状鉱床
海底に堆積した火山灰が続成作用で出来た(群馬、山形、ワイオミング)
塊状床
堆積した火山灰が熱水作用で出来た(宮城、新潟、島根)

塊状鉱床
宮城、新湯、島根

べントナイト層の厚さは数 cm から 30 数 m までさまざまで、群馬や山形では三十数層あります。その内、採掘するには、採掘方法や品質にもよりますが、1m 以上の厚さが商業的に必要とされており、群馬地区では 5 層が採掘対象になっています。アメリ
カ・ワイオミングのピッグホーン盆地では 13 の層が採掘の対象となっています。
それぞれの層の厚さに相当するだけの回数の火山活動がそれぞれの期間内にあったと推定されます。埋蔵のあり方については、もともと海底だった地層が、その後降起や褶曲といった地殻変動により山を形成している場合もあり、そういう場所ではべントナイト層から鮫の化石や二枚貝の化石が見られます。このように、べントナイト層は水平から垂直方向にとさまざまな形状に埋蔵しているため、産状は複雑です。
( 3 )べントナイトの産地と鉱山、工場火山国であるわが国には広くべントナイトが分布しています。代表的な産地は東日本の温泉の多い地域です。現在採掘稼動している鉱床があるのは青森県(黒石)、宮城県(蔵王)、山形県(月布・川崎)、新潟県(白崎・細越)、群馬県(安中・富岡・松井田)、島根県(朝山)の 6 県です。また、今は採掘していませんが過去に採掘していた北海道羽幌と長野県でも産出します。
製粉工場としては、現在、自社鉱山で採掘した国産原料を主にしている工場と、主にアメリカから輸入した原料を専門に製粉している工場があります。最近は大手国内メーカーが輸入原料とプレンドし製品化している工場が多くなっています。現在稼動している製粉工場は 18 か所あり、その内輸入原料を主としている工場は 7 か所と推定されます。

会社 名製造工場

日 クニミネ工業㈱本ベ ㈱ホージュンン
ト 豊洋べントナイト鉱業㈱ナ
イ 三立べントナイト㈱ト工 関東べントナイト鉱業㈱業
会 日本べントナイト工業㈱員

左沢(山形)、蔵王(宮城)、〇御津(静岡)ア カサネン工業㈱ウトサイ 日本砿研㈱ダー

出雲(島根)、大田(島根)サンべントナイト㈱ア 品川窯材㈱ウトサイ
ダー（輸入原料）三菱商事㈱、㈱ボルクﾚｰ･ｼﾞ

安中(群馬)、〇東京(千葉)、〇東海(愛知)松井田(群馬)、安中(群馬)松井田(群馬)三河(新潟)
飯塚(福岡)
大田(島根)

黒石(青森)〇飯塚(福岡)〇水島(岡山)、〇四日市(三重)、〇東京(神奈川)商 ｧﾊﾟﾝ社(注)(イ)製粉工場 19 か所(ロ)輸入原料を主にしている工場 7 か所（〇印）(ハ)三菱商事とﾎﾞﾙｸﾚｰ・ｼﾞｧﾊﾟﾝは平成 16 年より共同製造

( 4 )べントナイトの採掘と製造(べントナイトが出来るまで)
べントナイト鉱山の採掘方法には、大きく分けて露天掘と坑内掘の 2 通りがあります。
坑内掘は地中深く立坑や斜坑を掘って地下で坑道を展開し、べントナイト層にドリルや発破を使ってべントナイトを掘り、鉱車やベルトコンべアーを使って地上に運びます。坑内掘は採掘が完全には機械化できないため労働力の確保が問題です。
一方露天掘は重機による機械化が進んでおり、剥土はパワーショベルとブルドーザーで行い、採掘法は階段採掘法で、原鉱を地山の切羽から直接バックホーで採掘します。
いずれにしても、坑内掘は採掘費が高くつくためほとんどが露天掘で、現在の日本
では坑内掘の採掘は 2 か所だけといわれています。
[べントナイトの製造]
べントナイトの製造方法はメーカーや産地による大きな違いはありません。べントナイトの品質や特性は製造方法で変わることは少なく、各々の鉱山の原鉱石の品質特性でほとんど決まってしまいます。
工場での製造は、粗砕→乾燥→粉砕→包装→出荷の工程を経ます。
(イ)粗砕工程では、鉱山で採掘した原鉱は直径 30～50 ｃｍくらいの大きさのものもあるので、工場でクラッシャーなどを用いて一次、二次(or 三次)粗砕を行い、1～30mm 以下にして乾燥工程に供給します。
(ロ)乾燥工程においては、600～700℃になると結品水が飛びべントナイト自体が変質してしまいますので注意が必要です。乾燥方法はロータリードライヤーが一般的で、熱源には重油を用います。ドライヤーの入口は 700～800℃、出口は 80～100℃に管理され、原鉱石の水分は 8～10 %くらいです。アメリカの場合は雨が少ないこともあり、採掘原鉱の 35 %の水分を露天での天日乾燥で 18 %ぐらいまでにしています。
(ハ)粉砕工程には、古くは衝撃式粉砕機のハンマーミルが用いられ、サイクロン式空気分級をしていましたが、最近は遠心ローラーミルが多くなりました。この工程ではまた、夾雑物として総量の約 10 %近くを抜き取り、品質安定に努めています。

このようにべントナイトの製造工程は比較的単純です。
(a)Na べントナイトあるいは Ca べントナイトをそれぞれ乾燥、粉砕する(b)Ca べントナイトにソーダ灰を添加(Na 型に変換)し乾燥、粉砕する
そのほか、べントナイトにアクリル系のポリマーを混合し、超高粘性べントナイトを製造したり、CMC ポリマーをプレンドするほか、安価な炭カルを混合した製品もあります。
一般的にべントナイト製品の水分は 8～10 %が標準とされ、製品の種類は粒度ランク付けして 200 ﾒｯｼｭ、250 ﾒｯｼｭ、300 ﾒｯｼｭの 3 段階に分けられ阪売されています。
包装・輸送方法は紙袋入り 25kg、フレコンバック 500～1000kg 入り、ローリー輸送の 3 種です。

べントナイトの生産工程を

ト( 5 )ベントナイトの種類
べントナイトの分類法として①交換性陽イオンによる方法②膨潤による方法 ③用
途による方法—―がありますが、基本的には 2 つのタイプに大別されます。すなわち、珪酸塩シートの層間に入っている交換性陽イオンに着目し、(イ)交換性陽イオンが主として Na イオンからなる Na 型べントナイト(膨潤型)(ロ)交換性陽イオンが主として Ca イオンからなる Ca 型べントナイト(非膨潤型)に分けます。
Na 型べントナイトは水中における膨潤性、粘性、懸濁性に優れ、広い分野で大量に使用されています。Ca 型べントナイトは膨潤性、粘性、懸濁性が小さく用途は限られています。
1991 年度のアメリカでの統計では、Na 型を Swelling、Ca 型を Non Swelling と分けて生産比率を示していますが、Swelling （Na 型) 86%、Non Swelling （Ca 型) 14 %と、 Na 型が需要の大半を占めています。
このほか、最近、"変性べントナイト"あるいは"活性化べントナイト"と称するものが多く出ています。これは、Ca べントナイトに炭酸ナトリウムを添加して、Ca→ Na にイオン変換させて人工的に Na べントナイトに変えたものです。
その反応は下記とおりです。

Ca 粘土+ NaC03 = Na 粘土+ CaC03
一般に、表土に近い所に埋蔵しているべントナイトは長期間にわたる雨水のためにNa イオンが溶脱し Ca イオンが層間に残って Ca タイプのべントナイトになり、さらに風化が進むと Ca イオンを溶脱し水素イオン(H+1)で補って"水素べントナイト" すなわち酸性白土になるといわれています。
Ca 型しか産出しないヨーロッパ各国や、日本でも表土の浅い所のべントナイトと露天掘している鉱山では、原鉱石に炭酸ナトリウムを添加して変性べントナイト(Na型)にしています。
べントナイトの種類は基本的には Na 型、Ca 型の 2 種類ですが、市場の要求から、(イ)超高粘性べントナイトとしてアクリル系ポリマーを添加した土木用のポリマーベントナイト(ロ) Na 型べントナイトに ca 型や活性化べントナイトを混合した鋳物用のミックスペントナイトが用いられています。このように用途面を加味すると 4 種類に分けられます。
◎べンドナイトの分類

Na べントナイト(膨潤型)
交換性陽イオンとして Na イオンを主とする天然のペントナイトロ水と接して高い膨潤性を示し、容易に分散して安定なコロイド分散液となる。

Ca べントナイト(非膨潤型)
交換性陽イオンとして Ca、Mg イオンを主とする天然のペントナイトで水中では低膨潤性である。水とともに練和すると多少膨潤するがコロイド分散液とはならない。
活性化べントナイト(変性べントナイト)
Ca べントナイトを人工的に炭酸ソーダを添加処理して Na 交換したベントナイトで、水中で膨潤分散するが凝集、フロキュレーションする。
ポリマーベントナイト
各種べントナイトにアクリル系のポリマーや CMC を添加したべントナイトで非常に高い粘性を示す。

( 6 )べントナイトの化学組成
スメクタイト系のモンモリロナイトを主成分とするべントナイト粘土は夾雑物として石英、クリストバライト、長石、雲母、ゼオライト、カルサイト、ドロマイト、石膏などを含んでいます。このようなことからべントナイトの化学組成はイオン交換や 同型置換のこともあり、化学的方法で表示するのは難しいといわれています。
すなわちべントナイトでは八面体の陽イオンが電気的中性をもたらし、交換性の陽イオン(Na+、Ca++、Mg++、K+ )の存在によって構造の平衡を保っており、四面体層の Siの代わりに A+++代わっていることもあります。
このようなことで正確な化学組成を表すことはできす、モンモリロナイト、バイデライト、サポナイトなどスメクタイト系粘土鉱物の理想化学式で表す他ないといわれています。
(Na,Ca)0.33( Al1.67,Mg0.33)Si4O10(OH)2nH2O

参考文書：ベントナイト物語
発行者：株式会社立花マテリアル

著者：前田編集：有限会社

印刷：株式会社 NPC コーポレーション

忠昭
牧歌舎