Бентонит

Бентонит — впивна надуена глина која се состои главно од монморилонит (вид смектит ) кој може да биде или Na-монтморилонит или Ca-монтморилонит. Na-монтморилонит има значително поголем капацитет на растење/ортекување од Ca-монтморилонит.
Бентонитот обично се формира од атмосферски влијанија на вулканската пепел во морската вода, или со хидротермална циркулација низ порозноста на коритата на вулканската пепел, што го претвора ( девитрификација ) вулканското стакло ( обсидијан, риолит, дацит ) присутно во пепелта во глинени минерали. Во процесот на промена на минералите, голема фракција (до 40-50 wt.%) од аморфна силициум диоксид се раствора и се исцедува, оставајќи го наслагиот на бентонит на своето место.  Бентонитните кревети се бели или бледо сини или зелени (траги од намален ) при свежа експозиција, претворајќи се во крем боја, а потоа жолта, црвена или кафена (траги од оксидиран ) бидејќи експозицијата дополнително се излачува.
Како глина за надуеност, бентонитот има способност да апсорбира големи количества вода, што го зголемува неговиот волумен до фактор осум. Ова ги прави креветите од бентонит несоодветни за градење и изградба на патишта. Сепак, имотот на отекување се користи за предност при дупчење кал и заптивки за подземни води. Монтморилонит/смектит кој го сочинува бентонит е алуминиум филосиликатен минерал, кој има форма на микроскопски плочести зрна. Тие и даваат на глината многу голема вкупна површина, што го прави бентонит вреден адсорбент. Плочите исто така се прилепуваат една на друга кога се влажни. Ова и дава на глината кохезивност што ја прави корисна како врзивно средство и како додаток за подобрување на пластичноста на каолинитната глина што се користи за керамика.
Едно од првите наоди на бентонит беше во креда Бентон шкрилци во близина на реката Рок, Вајоминг. Групата Форт Бентон, заедно со други стратиграфски едноподруго, беше именувана по Форт Бентон, Монтана, во средината на 19 век од Филдинг Бредфорд Мек и Ф.В. Хајден од Геолошкиот институт на САД. Оттогаш, бентонит е пронајден на многу други локации, вклучително и Кина и Грција (наслаги на бентонит на вулканскиот остров Милош во Егејското Море ). Вкупното светско производство на бентонит во 2018 година изнесува 20.400.000 метрички тони.
1 Видови
Во геологијата, терминот ''бентонит'' се применува на еден вид глинест камен (глинена карпа, а не глинест минерал) составен претежно од монморилонит (глинест минерал од групата смектити ). Се формира со девитрификација на вулканска пепел или туф, обично во морска средина. Ова резултира со многу мека, порозна карпа која може да содржи преостанати кристали на поотпорни минерали и која се чувствува сапуница или мрсна на допир. Меѓутоа, во комерцијални и индустриски апликации, терминот ''бентонит'' се користи поопшто за да се однесува на која било глина со отекување составена претежно од минерали од смектитна глина, која вклучува монморилонит. Недиференцираното упатување на избришаните вулкански карпи за геологот или на индустриската мешавина од отечени глини може да биде извор на забуна.
Монтморилонит кој го сочинува бентонит е алуминиум филосиликатен минерал чија кристална структура е опишана како ''ТОТ'' со ниско полнење. Ова значи дека кристалот на монморилонит се состои од слоеви, од кои секоја е составена од два ''Т-'' листа врзани на двете страни на листот ''O.''''Т-'' листовите се така наречени затоа што секој алуминиум или силициум јон во листот е опкружен со четири кислородни јони распоредени како тетраедар. Листовите ''O'' се наречени затоа што секој алуминиумски јон е опкружен со шест кислородни или хидроксилни јони распоредени како октаедар. Целосниот ''ТОТ'' слој има слаб негативен електричен полнеж, а тоа се неутрализира со катјони на калциум или натриум кои ги поврзуваат соседните слоеви заедно, со растојание помеѓу слоевите од околу 1 нанометар. Бидејќи негативниот полнеж е слаб, само дел од можните места за катјони на површината на слојот ''ТОТ'' всушност содржат калциум или натриум. Молекулите на водата лесно можат да се инфилтрираат помеѓу листовите и да ги пополнат преостанатите места. Ова е причина за отекување на монтморилонит и други минерали од смектитна глина.
Различните типови на бентонит се именувани според соодветниот доминантен катјон. За индустриски цели, се препознаваат две главни класи на бентонит: натриум и калциум бентонит. Натриум бентонит е повреден, но калциум бентонит е почест. Во стратиграфијата и тефрохронологијата, целосно девитрифицираните (истрошено вулканско стакло) леглата за паѓање на пепел понекогаш се нарекуваат и „К-бентонити“ (илитизирана глинена карпа) кога доминантниот вид на глина е илит (глина што не се надувува). Меѓутоа, во чистата глинена минералогија, терминот илит е посоодветен од „К-бентонит“ („променета К-карпа“), бидејќи тоа е посебен вид глина што не се отекува, додека комерцијалниот термин бентонит имплицитно се однесува на отечена глина., смектит (во европската и британската терминологија) или монморилонит (во терминологијата на САД).
1.1 Натриум бентонит
Натриум бентонит се шири кога е влажен, апсорбирајќи неколку пати повеќе од неговата сува маса во вода. Поради неговите одлични колоидни својства, често се користи за дупчење кал за нафтени и гасни бунари и дупнатини за геотехнички и еколошки истражувања. Својството на отекување, исто така, го прави натриум бентонит корисен како заптивната смеса, бидејќи обезбедува самозапечатлива бариера со ниска пропустливост. Се користи за обложување на основата на депониите, на пример. Бентонитот е исто така дел од засипниот материјал што се користи во Пилот проектот за изолација на отпад. Различни модификации на површината на натриум бентонит подобруваат некои реолошки или запечатувачки перформанси во геоеколошки апликации, на пример, додавање полимери.
Натриум бентонитот може да се комбинира со елементарен сулфур како ѓубриво. Тие дозволуваат бавна оксидација на сулфурот во сулфат, растителна хранлива материја потребна за некои култури како кромидот или лукот, кои синтетизираат многу органо-сулфурни соединенија и ги одржуваат нивоата на сулфати во почвата исцедена од дожд подолго од чистиот сулфур во прав или гипс. Сулфур/бентонит влошки со додадени органски ѓубрива се користат за органско земјоделство.
1.2 Калциум бентонит
Калциум бентонит е корисен адсорбент на јони во раствор, како и масти и масла. Тоа е главната активна состојка на фулеровата земја, веројатно едно од најраните индустриски средства за чистење.. Има значително помал капацитет на отекување од натриум бентонит.
Калциум бентонитот може да се претвори во натриум бентонит (наречен и натриумско засилување или активирање на натриум) за да покаже многу од својствата на натриум бентонит со процес на јонска размена. Како што вообичаено се практикува, ова значи додавање на 5-10% растворлива натриумова сол како натриум карбонат во влажниот бентонит, добро мешање и оставање време за јонска размена и водата да го отстрани разменетиот калциум. Некои својства, како што се вискозноста и губењето течност на суспензиите, на калциум бентонит (или бентонит активиран со натриум) може да не се целосно еквивалентни со оние на природниот натриум бентонит. На пример, резидуалните калциум карбонати (кои се формираат ако разменетите катјони се недоволно отстранети) може да резултираат со инфериорни перформанси на бентонит во геосинтетичките облоги.
1.3 Илтизација на смектитни глини со калиумови јони и карпи К-бентонит
Илитот е главната глинена состојка на поташаниот бентонит (тип на карпа познат и како К-бентонит или калиум бентонит). К-бентонит е термин резервиран за вулканска стратиграфија и тефрохронологија и е поврзан само со типот на избришани глинени карпи. Илитот, глинениот минерал, е филосиликат богат со калиум, формиран од промена на смектичка глина во контакт со подземните води богати со јони. Illite е минерал од глина ''TOT'' со високо полнење, во кој листовите се релативно силно врзани со побројни калиумови јони, и затоа повеќе не е отечена глина и има малку индустриски намени. За разлика од високохидрираната јони кои делуваат како јони „набабрувачи“ или „проширувачи“, слабо хидриран јоните се однесуваат како „колапсери“ кога се разменуваат со јони достапни во меѓуслојниот простор присутни помеѓу два ''TOT'' слоја. Дехидриран јоните се преференцијално сместени помеѓу две шестаголни шуплини лице-в-лице формирани од шест споени силика тетраедри присутни на површината на базалната рамнина на слојот ''TOT'' (видете ја соодветната слика која покажува елементарен ''TOT'' слој). Бидејќи дехидрирани, овие Некогаш се вели дека јоните формираат врски на внатрешната сфера со околните атоми на кислород присутни во шестоаголната празнина каде што се наоѓаат. Тоа значи дека нема молекула на вода помеѓу јон и атомите на кислород прикачени на силика тетраедра (Т).
2 Употреба
Главните употреби на бентонит се при дупчење кал и како врзивно средство, прочистувач, абсорбента и носач за ѓубрива или пестициди. Од околу 1990 година, речиси половина од американското производство на бентонит се користеше како кал за дупчење. Помалите употреби вклучуваат полнење, заптивната смеса и катализатор во рафинирање на нафта. Калциумскиот бентонит понекогаш се продава како полна земја, чија употреба се преклопува со оние на другите форми на бентонит.
2.1 Врзиво
Бентонитот е широко користен како врска за леење-песок во леарниците за железо и челик. Натриум бентонит најчесто се користи за големи одлеаноци кои користат суви калапи, додека калциум бентонит почесто се користи за помали одлеаноци кои користат „зелени“ или влажни калапи. Бентонитот исто така се користи како средство за врзување во производството на пелети од железна руда ( таконит ) како што се користи во индустријата за производство на челик. Бентонитот, во мали проценти, се користи како состојка во комерцијални и домашни глинени тела и керамички глазури. Во голема мера ја зголемува пластичноста на глинените тела и го намалува таложењето во глазурите, што ја олеснува работата со двете за повеќето апликации.
Јонската површина на бентонит има корисна особина за правење леплива обвивка на зрната песок. Кога мал дел од ситно мелената бентонитна глина се додава во тврдиот песок и се навлажнува, глината ги врзува честичките од песокот во обликуван агрегат познат како зелен песок кој се користи за правење калапи во леење песок.
2.2 Прочистување
Бентонитите се користат за обезбојување на различни минерални, растителни и животински масла. Тие исто така се користат за разјаснување на вино, алкохол, јаболковина, пиво, медовина и оцет.
Бентонитот има својство да адсорбира релативно големи количини на белковински молекули од водени раствори. Следствено, бентонит е уникатно корисен во процесот на производство на вино, каде што се користи за отстранување на прекумерни количини на белковини од белите вина. Да не е оваа употреба на бентонит, многу или повеќето бели вина ќе таложат непожелни флокулентни облаци или маглини при изложување на топли температури, бидејќи овие белковини се денатурираат. Исто така, има случајна употреба за поттикнување на побрзо разјаснување и на црвените и на белите вина.
Бентонитот исто така се смета за ефикасен адсорбент со ниска цена за отстранување на јоните на хром(VI) од водени раствори (контаминирана отпадна вода).
2.3 Апсорбент
Бентонитот се користи во различни производи за нега на домашни миленици, како што е ѓубрето за мачки за да го апсорбира отпадот од домашни миленици. Се користи и за апсорпција на масла и маснотии.
2.4 Носач
Бентонитот се користи како инертен носач за пестициди, ѓубрива и огноотпорни средства. Тоа помага да се осигура дека активниот агенс е рамномерно дисперзиран и дека пестицидите и ѓубривата се задржуваат на растенијата.
2.5 Филер
Бентонитот се користи како полнење во широк спектар на производи, вклучувајќи лепила, козметика, боја, гума и сапуни. Исто така, делува како стабилизатор и продолжувач во овие производи.
2.6 Заптивната смеса
Својството на отекување при контакт со вода го прави натриум бентонит корисен како заптивната смеса бидејќи обезбедува самозапечатлива бариера со ниска пропустливост. Се користи за обложување на основата на депониите за да се спречи миграција на исцедокот, за ограничување на металните загадувачи на подземните води и за запечатување на подземните системи за отстранување на потрошеното јадрено гориво. Слични намени вклучуваат изработка на ѕидови од кашеста маса, хидроизолација на ѕидови под степенот на квалитет и формирање на други непропустливи бариери, на пр., за запечатување на анулусот на бунарот за вода, за затнување на старите бунари.
Бентонитот, исто така, може да биде „сендвич“ помеѓу синтетички материјали за да се создадат геосинтетички глинени облоги (GCLs) за гореспоменатите цели. Оваа техника овозможува поудобен транспорт и инсталација, а во голема мера го намалува обемот на потребниот бентонит. Исто така се користи за формирање на бариера околу новозасадените дрвја за да се ограничи растот на коренот за да се спречи оштетување на блиските цевки, пешачки патеки и друга инфраструктура. Земјоделците користат бентонит за запечатување на бари за задржување и канали.
2.7 Катализатор
Калциумскиот бентонит со висока чистота се третира со киселина за да се користи како катализатор при пукање на тешките нафтени фракции.
2.8 Бентонит како Лек
Бентонитот е пропишан како рефус лаксатив, а исто така се користи и како основа за многу дерматолошки формули. Грануларниот бентонит се проучува за употреба во облоги на рани на бојното поле. Бентонитот исто така се продава преку Интернет и во малопродажните места за различни индикации.
Бентокватам е локален лек базиран на бентонат наменет да дејствува како штит против изложување на урушиол, маслото кое се наоѓа во растенијата како што се отровниот бршлен или отровниот даб.
Бентонитот може да се користи и како средство за сушење поради неговите својства на адсорпција. Средствата за сушење на бентонит успешно се користат за заштита на фармацевтските, хранливите и дијагностички производи од деградација на влагата и за продолжување на рокот на траење. Во повеќето вообичаени опкружувања на пакувања, бентонитните сушени нудат поголем капацитет на адсорпција на вода од исушувачите со силика гел. Бентонитот е во согласност со FDA за контакт со храна и лекови.
2.9 Земјоделство во Тајланд
Примената на технологијата на глина од страна на земјоделците во североисточниот дел на Тајланд, користејќи бентонит глина, драматично ја промени деградацијата на почвата и резултираше со поголеми економски приноси, со повисоки приноси и повисоки цени на производството. Студиите спроведени од страна на Меѓународниот институт за управување со води и партнерите во 2002-2003 година се фокусираа на примената на бентонитните глини од локално потекло на деградираните почви во регионот. Овие апликации беа спроведени во структурирани теренски испитувања. Примената на бентонитните глини ефикасно ги подобри приносите на фуражниот сирак одгледуван во услови на дождовница.
Примената на бентонит влијае и на цените што земјоделците ги добиваат за нивните посеви. Трошоците за производство се повисоки, но поради поголемото производство и квалитетот на храната, фармерите со глина можеа да си дозволат да инвестираат и да одгледуваат повеќе и подобра храна, во споредба со земјоделците што не користат глина.
2.10 Ѕидови од бентонит во современото градежништво
Ѕидовите од кашеста маса од бентонит (познати и како ѕидови на дијафрагмата ) се користат во градежништвото, каде што ѕидот од кашеста маса е ров исполнет со густа колоидна мешавина од бентонит и вода. Ров што би се срушил поради хидрауличниот притисок во околната почва не се руши бидејќи кашеста маса го балансира хидрауличниот притисок. Формите за бетон и арматура може да се состават во ров исполнет со кашеста маса, а потоа да се истури бетон во формата. Течниот бетон што е погуст ја поместува помалку густата бентонитна кашеста маса и предизвикува излевање од ровот. Оваа поместена кашеста маса од бентонит потоа се канализира во единица за рециклирање од која потоа може повторно да се користи во нов ров на друго место на градилиштето.
Дополнително, бидејќи колоидот е релативно непропустлив за вода, ѕидот од кашеста маса може да го спречи истекувањето на подземните води, што е корисно за спречување на понатамошното ширење на подземните води кои биле контаминирани со токсичен материјал како што е индустрискиот отпад.
2.11 Грнчарство
Глината од која е направена керамиката се опишува како „ пластична “ ако може да се истегне без пукање, или „кратка“ или непластична ако има тенденција да се распаѓа кога се формира. Мала количина бентонит често се додава за да се направи глинената смеса попластична. Ова прави глината полесно да се формира, со методи како што се фрлање на грнчарско тркало и разни техники за рачно градење. Кратката глина, како што е порцеланската смеса која се состои само од каолинит и момирок, може да се формира само со ограничен сет на методи како што се пресување и обликување, кои не ја ставаат глината под напнатост. Сепак, бентонитот обично содржи минерали кои влијаат на бојата на смесата, и неговите абсорбирачки својства на отекување може да ја направат таквата мешавина подложна на значително собирање и потенцијално пукање додека се суши.
Керамичките глазури често содржат бентонит. Бентонитот се додава за да се забави или спречи таложењето на глазурите. Исто така, може да ја подобри конзистентноста на нанесувањето на глазурата на порозни садови за печење на бисквити. Откако одредена количина на вода за глазура ќе се апсорбира од бисквитот, бентонитот ефикасно ги затнува порите и се спротивставува на апсорпцијата на понатамошна вода што резултира со порамномерно дебел слој.
2.12 Употреба за итни случаи
Бентонитот се користи во индустријата и во итни случаи како хемиски абсорбент и запечатувач на контејнери.
3 Историја и природна појава
Во 2018 година, Кина беше врвен производител на бентонит, со речиси една четвртина удел од светското производство, по што следат САД и Индија. Вкупното светско производство беше 24.400.000 метрички тони бентонит и 3.400.000 метрички тони фулерова земја.<ref>T. Brown et al. 2013. ''''. British Geological Survey, Nottingham, England.
Повеќето висококвалитетен природен натриум бентонит се произведува од западниот дел на Соединетите Американски Држави во област помеѓу Црните ридови на Јужна Дакота и басенот Бигорн во Вајоминг и регионот Токат Ресадије во Турција. Мешаниот натриум/калциум бентонит се ископува во Грција, Австралија, Индија, Русија и Украина.
Во Соединетите Држави, калциум бентонит се ископува првенствено во Мисисипи и Алабама. Други големи локации за производство на калциум бентонит вклучуваат Нов Зеланд, Германија, Грција, Турција, Индија и Кина.
Во Македонија бентонитот го има во изобилство, бентонитната земја е позната во народот како ''Ума.''
4 Поврзано
* Медицинска глина