بنتونیت

بنتونیت

بنتونیت یک خاک رس است که اغلب از تغییر خاکستر آتشفشانی ایجاد می‌شود و عمدتاً از کانی‌های اسمکتیت (معمولاً مونتموریلونیت) تشکیل شده است. سایر کانی‌های گروه اسمکتیت عبارت‌اند از: هکتوریت، ساپونیت، بیدلیت و نونترونیت هستند. اسمکتیت جزو کانی‌های رسی است، یعنی از کریستال‌های منفرد تشکیل شده‌اند که اکثر آنها دارای ابعاد کمتر از ۲ میکرومتر هستند. بلورهای اسمکتیت خود کانی‌های رسی سه‌لایه هستند.

آنها از دولایه چهاروجهی و یک‌لایه هشت وجهی تشکیل شده‌اند. لایه‌های سیلیکات دارای بار منفی اندکی هستند که توسط یون‌های قابل تبادل در ناحیه بین بلوری جبران می‌شود. بار آن‌ به‌قدری ضعیف است که کاتیون‌ها (به شکل طبیعی، عمدتاً یون‌های Ca2+، Mg2+ یا Na+) می‌توانند با پوسته هیدرات خود در این ناحیه جذب شوند. میزان هیدراتاسیون باعث ایجاد تورم بین بلوری می‌شود.

بنتونیت بسته به ماهیت پیدایش خود، علاوه بر مونت موریلونیت، حاوی انواع کانی‌های جانبی نیز هست. این کانی‌ها ممکن است شامل کوارتز، فلدسپات، کلسیت و گچ باشد. این متریال خواص کلوئیدی قوی دارد و حجم آن در تماس با آب چندین برابر افزایش می‌یابد و مایعی ژلاتینی و چسبناک ایجاد می‌کند. خواص ویژه این خاک (هیدراتاسیون، تورم، جذب آب، ویسکوزیته، تیکسوتروپی) آن را به ماده‌ای ارزشمند برای طیف وسیعی از مصارف و کاربردها تبدیل می‌کند.

ساختمان بنتونیت

ذخایر بنتونیت معمولاً با استخراج معادن مورد بهره‌برداری قرار می‌گیرد و پس از استخراج، حتی با رطوبت تقریباً ۳۰٪ جامد است. این ماده ابتدا خرد شده و در صورت لزوم با افزودن خاکستر سودا (Na2CO3) فعال می‌شود. این ماده متعاقباً خشک می‌شود (با هوا و یا خشک‌کردن صنعتی) تا به رطوبت تقریباً ۱۵ درصد برسد. باتوجه‌به کاربرد نهایی، بنتونیت یا الک می‌شود (به‌صورت دانه‌ای) یا آسیاب می‌شود (به‌صورت پودر و پودر فوق‌ریز). برای کاربردهای خاص، با حذف کانی‌های مرتبط، خالص‌سازی می‌شود. با اسیدها برای تولید نوع فعال‌شده و  یا با مواد آلی برای تولید رس‌های ارگانیک تصفیه می‌شود.

خاک رس بنتونیت دارای فیلوسیلیکات آلومینیومی جاذب است که بیشتر از مونت موریلونیت تشکیل شده است. کاربرد اصلی این خاک‌ها برای حفاری گل و به‌عنوان چسبنده، تصفیه‌کننده، جاذب و سد آب‌های زیرزمینی است.

خاک رس آن از نظر شیمیایی خنثی، غیر خورنده و طبیعی است. این ماده مقرون‌به‌صرفه‌ترین و کارآمدترین ماده پرکننده کیسه‌های خشک‌کننده است. همچنین به‌عنوان ماده پرکننده برای محافظت کاتدی استفاده می‌شود.

انواع مختلفی از آن وجود دارد که  نام هرکدام از عناصر غالب مربوطه است، مانند پتاسیم (K)، سدیم (Na)، کلسیم (Ca) و آلومینیوم (Al). برای اهداف صنعتی، دودسته اصلی از این متریال وجود دارد: بنتونیت سدیم و کلسیم.

انواع بنتونیت

 انواع مختلف بنتونیت به چند دسته تقسیم می‌شوند که در ادامه به آنها اشاره خواهیم کرد:

از نظر توانایی جذب آب و خاصیت تورمی

این نوع از تقسیم‌بندی بر اساس ظرفیت تورمی آن پس از مخلوط شدن با آب است. طبق مشاهدات و تحقیقات خاکی که دارای یون سدیم غالب یا یون سدیم غیر قابل تعویض است ظرفیت تورمی بسیار زیادی دارد. وقتی هم که مقداری آب به آن افزوده می‌شود به‌صورت توده‌های ژل‌مانندی درمی‌آیند.

خاصیت تورمی بنتونیت که مقدار یون کلسیم قابل تعویض آن زیاد است کمتر از نوع سدیم آن است. خاکی که دارای کلسیم و سدیم به نسبت متوسط هستند، مخلوط نامیده می‌شوند.

در کانی bentonite دارای سدیم، میزان جذب یون، انبساط و انقباض و حالت‌پذیری نسبت به نوع دارای کلسیم بیشتر است.

از دیدگاه توانایی جذب و تورم به سه گروه تقسیم می‌کنند

• bentonite سدیم (با تورم زیاد)
• bentonite کلسیم (با تورم کم)
• bentonite کلسیم + سدیم (با تورم متوسط)

در صنعت به بنتونیت‌های با تورم کم و متوسط،  sub bentonite می‌گویند.

  Bentonite  از دید صنعتی به‌صورت زیر تقسیم می‌شود:

• Bentonite سدیم‌
• Bentonite کلسیم‌
• Bentonite ارگانوفیل
• Bentonite جانشینی توسط سدیم
• Bentonite فعال شده توسط اسید

بنتونیت فعال

به خاک بنتونیتی که توسط یک ماده شیمیایی دچار تغییروتحول شده و خاصیت جدیدی در آن ایجاد شده، بنتونیت فعال می‌گویند.

در بعضی موارد این فعال‌سازی توسط یک اسید انجام می‌شود که به آن بنتونیت فعال اسیدی می‌گویند. در این حالت خاصیت سفیدکنندگی و رنگ‌بری در خاک ایجاد می‌شود. در بعضی موارد یون کلسیم با یون سدیم جابه‌جا می‌شود. این عمل بیشتر با محلول آب‌نمک یا کربنات سدیم جهت افزایش خاصیت تورمی آن صورت می‌گیرد.

کاربرد عمومی بنتونیت‌ها:

• یکی از کاربردهای مهم بنتونیت استفاده آن در چاه ارت است. این متریال برای کاهش مقاومت در برابر زمین با ایجاد تقویت زمین و کاهش مؤثر مقاومت بین خاک و الکترود زمین (مانند میله ارت مسی یا تشک‌های زمین) با حفظ رطوبت استفاده می‌شود.

سوالات متداول