Введение

Тип породы или абсорбирующая набухающая глина

минерал этрингит, богатый хромом
минерал циклосиликат бария и титана

Бентонит (Bentonite) – это абсорбирующая набухающая глина, состоящая в основном из монтмориллионита (тип смектита), который может быть как Na-монтмориллионитом, так и Ca-монтмориллионитом. Na-монтмориллионит обладает значительно большей способностью к набуханию, чем Ca-монтмориллионит. Бентонит обычно образуется в результате выветривания вулканического пепла в морской воде или при гидротермальной циркуляции через пористость вулканических пепловых отложений.

Как набухающая глина, бентонит способен поглощать большие объемы воды, что увеличивает его объем до восьми раз. Бентонит был обнаружен во многих других местах, включая Китай и Грецию (месторождение бентонита на вулканическом острове Милос в Эгейском море). Общее мировое производство бентонита в 2018 году составило 20 400 000 метрических тонн.

Типы

В геологии термин «бентонит» применяется к типу глинистого камня (глинистая порода, а не глинистый минерал), состоящему в основном из монтмориллионита (глинистый минерал из группы смектитов). Он образуется в результате девитрификации вулканического пепла или туфа. Для промышленных целей выделяют два основных класса бентонита: натриевый и кальциевый. Натриевый бентонит более ценен, но кальциевый бентонит более распространен. Однако, в чистой минералогии глин, термин «иллит» более уместен, чем «бентонит K» («измененная порода K»), поскольку это отдельный тип глин, не обладающих способностью к набуханию, в то время как коммерческий термин «бентонит» подразумевает глину, способную к набуханию, смектит (в европейской и британской терминологии) или монтмориллионит (в американской терминологии).

Бентонит натрия

Бентонит натрия расширяется при намокании, поглощая в несколько раз больше своей сухой массы в воде. Благодаря отличным коллоидным свойствам, способность к набуханию также делает бентонит натрия полезным в качестве герметика, поскольку он создает самозакрывающийся, малопроницаемый барьер. Например, его используют для облицовки основания полигонов захоронения отходов. Бентонит также входит в состав засыпки, применяемой в пилотном проекте по изоляции радиоактивных отходов. Различные поверхностные модификации бентонита натрия улучшают его реологические или герметизирующие свойства в геоэкологических применениях, например, путем добавления полимеров. Бентонит натрия можно смешивать с элементарной серой для получения гранулированных удобрений. Это обеспечивает медленное окисление серы до сульфата – питательного вещества, необходимого для некоторых культур, таких как лук или чеснок, для синтеза большого количества органических соединений серы, и поддерживает уровень сульфатов в вымываемых дождями почвах дольше, чем чистая порошкообразная сера или гипс. Для органического земледелия использовались подушки из серы/бентонита с добавлением органических удобрений.

Бентонит кальция

Бентонит кальция является эффективным адсорбентом ионов в растворе, а также жиров и масел. Он является основным активным компонентом фуллеровой земли, вероятно, одного из самых ранних промышленных чистящих средств. Его способность к набуханию значительно ниже, чем у бентонита натрия. Бентонит кальция может быть преобразован в бентонит натрия (процесс, называемый натриевой обогащением или натриевой активацией) для приобретения многих свойств бентонита натрия посредством ионного обмена. В типичной практике это подразумевает добавление 5–10% растворимой соли натрия, такой как карбонат натрия, к влажному бентониту, тщательное перемешивание и выдерживание для завершения ионного обмена и удаления вытесненного кальция с помощью воды. Некоторые свойства, такие как вязкость и фильтрационные потери суспензий, обогащенного натрием кальциевого бентонита (или бентонита, активированного натрием), могут не полностью соответствовать свойствам природного бентонита натрия. Например, остаточные карбонаты кальция (образующиеся при недостаточном удалении обмененных катионов) могут привести к ухудшению характеристик бентонита при использовании в геосинтетических лайнерах.

Иллитация смоктитовых глин ионами калия и К-бентонитовыми породами

Иллит является основным глинистым компонентом калий-бентонита (тип породы, также известный как K-бентонит или калий-бентонит). Термин K-бентонит используется исключительно в вулканической стратиграфии и тефрохронологии и относится только к выветренной глинистой породе. Иллит, как глинистый минерал, представляет собой калийсодержащий филлосиликат, образующийся в результате изменения смектитовой глины при контакте с подземными водами, богатыми ионами.

Буровая грязь

Бентонит используется в буровом растворе для смазки и охлаждения режущего инструмента (бурового долота), для выноса шлама, для стабилизации стенок скважины и для предотвращения фонтанирования (путем поддержания достаточного гидравлического давления в скважине). Бентонит также снижает просачивание бурового раствора, способствуя образованию глинистой корки. Хотя редкие случаи реопектического поведения также были зафиксированы. При достаточно высоких концентрациях (около 60 граммов бентонита на литр суспензии, ~6 мас.%) суспензии бентонита начинают проявлять свойства геля (жидкости с минимальным пределом текучести, необходимым для начала движения). Ионная поверхность бентонита обладает полезным свойством, обеспечивающим адгезию к песчинкам. При добавлении небольшого количества мелкоизмельченной бентонитовой глины к сухому песку и его увлажнении, глина связывает песчинки в пластичную массу, известную как формовочный песок, используемую для изготовления литейных форм в песчаном литье. Самоадгезия бентонита позволяет уплотнять глину в формах под высоким давлением для получения твердых, огнеупорных изделий, таких как сопла для моделей ракет.

Очищение

Бентониты используются для обесцвечивания различных минеральных, растительных и животных масел. Они также применяются для осветления вина, ликера, сидра, пива, медовухи и уксуса. Бентонит также считается эффективным и недорогим адсорбентом для удаления ионов хрома (VI) из водных растворов (загрязненных сточных вод).

Поглощающий

Бентонит используется в различных товарах для ухода за домашними животными, например, в кошачьих туалетах для поглощения отходов жизнедеятельности. Он также применяется для поглощения масел и жиров. Схожие области применения включают создание шламмовых стен, гидроизоляцию подземных конструкций и формирование других непроницаемых барьеров, например, для герметизации кольцевого пространства водозаборного колодца или для ликвидации старых скважин. Бентонит также может быть заключен между синтетическими материалами для создания геосинтетических глиняных экранов (ГГЭ) для вышеуказанных целей. Эта технология обеспечивает более удобную транспортировку и монтаж, а также значительно снижает необходимое количество бентонита. Его также используют для создания барьеров вокруг недавно посаженных деревьев, чтобы ограничить рост корней и предотвратить повреждение близлежащих пешеходных дорожек, парковок, детских площадок и т.п., а также подземных коммуникаций, таких как трубы, дренажные системы, канализация и т.д. Фермеры применяют бентонит для герметизации резервуаров и облицовки каналов.

Катализатор

Высокочистый кальциевый бентонит обрабатывается кислотой для использования в качестве катализатора при крекинге тяжелых нефтяных фракций. Гранулированный бентонит изучается для применения в перевязочных материалах для лечения ран на поле боя. Бентонит также продается онлайн и в розничных магазинах для различных целей. Бентокватам – это местный препарат на основе бентонита, предназначенный для защиты от воздействия урушиола, масла, содержащегося в таких растениях, как ядовитый плющ или ядовитый дуб. Бентонит также может использоваться в качестве осушителя благодаря своим адсорбционным свойствам. Осушители на основе бентонита успешно применяются для защиты фармацевтических, нутрицевтических и диагностических продуктов от разрушения под воздействием влаги и увеличения срока годности. В большинстве распространенных условиях упаковки бентонитовые осушители обладают более высокой способностью поглощать воду, чем осушители на основе силикагеля. Бентонит соответствует требованиям FDA для контакта с пищевыми продуктами и лекарственными средствами.

Сельское хозяйство в Таиланде

Применение технологии использования глины фермерами на северо-востоке Таиланда, с применением бентонитовой глины, кардинально изменило деградацию почв и привело к большей экономической выгоде, благодаря более высокой урожайности и более высоким ценам на продукцию. Исследования, проведенные Международным институтом управления водными ресурсами и партнерами в 2002–2003 годах, были сосредоточены на применении местных бентонитовых глин к деградированным почвам в регионе. Эти применения осуществлялись в ходе структурированных полевых испытаний. Эффективное применение бентонитовых глин улучшило урожайность кормового сорго, выращенного в условиях естественного орошения. Применение бентонита также повлияло на цены, получаемые фермерами за их продукцию. Производственные затраты выше, но благодаря увеличению объемов производства и улучшению качества продукции, фермеры, использующие глину, могли позволить себе инвестировать и выращивать больше и лучшую продукцию, чем фермеры, не использующие глину.