بنتونیت را به عنوان یک کانی رسی تعریف می کنند که با ایجاد تغییراتی در خاکستر آتشفشانی به دست می آید. مواد معدنی موجود در این سنگ، اسمکتیت و مونتوریلونیت است. از مواد معدنی دیگر گروه اسمکیت می توان به هکتوریت، ساپونیت، بیدلایت و نونرونیت اشاره داشت. اسکمیت ها مواد معدنی رسی و متشکل از کریستالیت های منفردی هستند که ابعاد ۲ میکرومتری دارند. کانی های رس سه لایه، ساختار تشکیل دهنده کریستالیت های اسمکتیت هستند. یک لایه آن ها، هشت ضلعی و دو لایه دیگر، چهار ضلعی هستند.
خنثی سازی بار منفی که در لایه های حاوی سیلیکات وجود دارد، توسط یون های قابل تبادل در نواحی بیت کریستالیت ها صورت می گیرد. مقدار این بار منفی، پایین بوده و به راحتی می تواند کاتیون هایی چون منیزیم دوبار مثبت، کلسیم دو بار مثبت و سدیم یک بار منفی را جذب کنند. با هیدراتاسیون، تورم در بین کریستال ها به وجود می آید. در انواع بنتونیت ها با توجه به این که چگونه به وجود آمده و منبع تشکیل آن ها چه بوده، مواد معدنی دیگری یافت می شود. از جمله این مواد معدنی می توان کوارتز، فلسپات، کلسیت و گچ را نام برد.
بنتونیت چیست؟
بنتونیت را به عنوان یک کانی رسی تعریف می کنند که با ایجاد تغییراتی در خاکستر آتشفشانی به دست می آید. مواد معدنی موجود در این سنگ، اسمکتیت و مونتوریلونیت است. از مواد معدنی دیگر گروه اسمکیت می توان به هکتوریت، ساپونیت، بیدلایت و نونرونیت اشاره داشت. اسکمیت ها مواد معدنی رسی و متشکل از کریستالیت های منفردی هستند که ابعاد ۲ میکرومتری دارند. کانی های رس سه لایه، ساختار تشکیل دهنده کریستالیت های اسمکتیت هستند. یک لایه آن ها، هشت ضلعی و دو لایه دیگر، چهار ضلعی هستند.
خنثی سازی بار منفی که در لایه های حاوی سیلیکات وجود دارد، توسط یون های قابل تبادل در نواحی بیت کریستالیت ها صورت می گیرد. مقدار این بار منفی، پایین بوده و به راحتی می تواند کاتیون هایی چون منیزیم دوبار مثبت، کلسیم دو بار مثبت و سدیم یک بار منفی را جذب کنند. با هیدراتاسیون، تورم در بین کریستال ها به وجود می آید. در انواع بنتونیت ها با توجه به این که چگونه به وجود آمده و منبع تشکیل آن ها چه بوده، مواد معدنی دیگری یافت می شود. از جمله این مواد معدنی می توان کوارتز، فلسپات، کلسیت و گچ را نام برد.
خواص واحد چهاروجهی و هشت وجهی bentonite
سیلیس به عنوان واحد چهاروجهی و مشترک تمام کانی های رسی بوده که در مرکز قرار داشته و توسط چهار اکسیژن احاطه می شود. چون واحدهای به صورت ممتد به هم متصل می شود، لایه صفحه ای تشکیل داده و با پبوند بین اکسیژن های پایه لایه سیلیکات، ایجاد می شود. ساختار شش وجهی در نتیجه ی اتصال واحدهای چهاروجهی به صورت مسطح، تشکیل می شود. حفره های ایجاد شده در این ساختار، برای تثبیت یون های بین لایه ای روی سطح رس، مکان خوبی است، اگر بار الکتریکی روی سطح اکسیژن به اندازه کافی باشد.
شش واحد هیدروکسیل در یک هشت وجهی بنتونیت، به وسیله کاتیون های این ماده احاطه می شود. لایه هشت وجهی در نتیجه ی اتصال بین واحدهای هشت وجهی به شکل مسطح، ایجاد می شود. با کمک اشتراک گذاشتن اکسیژن رأس هرم در واحد چهاروجهی در این ترکیب، صفحات چهار وجهی و هشت وجهی به هم متصل می شوند. آلومینیوم در واحد هشت وجهی به عنوان عنصر مرکزی است.
خواص بنتونیت
بین لایه های این ماده، پیوندهای واندروالسی ضعیف وجود دارد. در نتیجه لغزندگی لایه ها به راحتی روی یکدیگر انجام شده و اگر آن را لمس کنیم، چرب به نظر می آید. همچنین با این خصوصیت، ذرات bentonite هفت تا بیست برابر نسبت به حجم خود، رطوبت جذب می کنند. چون لایه های سطحی این ترکیب با هیدراتاسیون کاتیون هایی که مبادله می شوند، آب جذب کرده و لایه های شبکه با فشار نیروی دافعه ای مانند فشار اسمزی، جداسازی می شوند. در این حالت، بنتونیت متورم می شود. اما متورم شدن آن در آب گرم با سرعت بیشتری صورت می گیرد. از خواص این ماده می تواند به تعداد دفعات زیاد متورم و خشک شدن آن اشاره داشت. سطح این ماده بین ۶۰۰ تا ۸۰۰ متر مربع است.
تاریخچه bentonite
در حدود ۵۰۰۰ سال قبل از میلاد مسیح، از بنتونیت های کلسیمی برای بالا بردن ضخامت پارچه های پشمی و همچنین شست و شو در قبرس استفاده می کردند. تا این که در قرن گذشته، کاربرد این ماده برای از بین بردن رنگ و سفید کردن روغن های گیاهی، حیوانی و نفت موثر واقع شد. نام این ماده برای اولین بار در سال ۱۸۹۰ در نزدیکی فورت بنتون مونتانا به کار برده شد. تا این که در قرن ۲۰ به طور عمده استفاده از bentonite رواج یافت. در قسمت های پایین انواع کاربردهای این سنگ مورد بررسی قرار می گیرد.
تولید بنتونیت
Bentonite را در معادن سنگ ها با استفاده از روش استخراج به دست می آورند. ترکیب به دست آمده، حتی در شرایط داشتن رطوبت ۳۰ درصد، باز هم حالت جامدی دارد. در روش تولید این ترکیب، ابتدا مواد به دست آمده را خرد کرده و اگر لازم باشد، سودااش (کربنات سدیم) اضافه می کنند تا فعال شود. ترکیب جامد به دست آمده را با استفاغده از روش اثر هوا و یا خشک شدن فوری، خشک کرده و رطوبت آن را تا ۱۵ درصد کاهش می دهند.
ا توجه به این که بنتونیتهای تولید شده برای چه منظوری استفاده می شود، الک شده و به صورت گرانولی و یا آسیاب شده و به صورت پودر میکورنیزه در می آیند. همچنین برای رساندان این محصول به درصد مورد نظر، آن را با اسیدها و یا سایر مواد آلی تیمار می کنند.
انواع bentonite
بنتونیت را می توان بر اساس نوع ساختار و ناخالصی های موجود در آن به دو دسته ی سدیم (سدیک) و کلسیمی دسته بندی می کنند.
نوع سدیم دار این ترکیب، به طور عمده ناخالصی سدیم داشته و جاذب رطوبت است. با جذب کردن آب، دچار انبساط شده و به اندازه چند برابر جرم خود در حالت خشک، می تواند آب جذب کند. این نوع دارای خاصیت کلوئیدی عالی بوده و به همین جهت از آن در گل حفاری برای چاه های نفت و گاز و تحقیقات ژئوتکنیکی و زیست محیطی به کار برده می شود. همچنین چون دارای خاصیت متورم شدن است، به عنوان درزگیر، مانع ورود آب به درزها و شکاف ها می شود. نوع سدیم دار، به رنگ کرم، سفید و یا صورتی است.
اما نوع کلسیم دار آن به عنوان جذب کننده یون ها در محلول بوده و چربی ها و روغن ها را در یک محیط جذب می کند. bentonite کلسیم دارد به عنوان اصلی ترین ترکیب پوسته زمین، از مواد تمیز کننده صنعتی محسوب می شود. بنتونیت کلسیم دار می تواند به نوع سدیم دار تبدیل شود. نوع سدیم دار نیز، فرایند تبادل یون را انجام می دهد. برای انجام تبادل یون ها، به بنتونیت مرطوب، کربنات سدیم اضافه شده و تبادل کلسیم انجام می شود. نوع کلسیم دار، به رنگ کرم، سفید و سبز است. از این نوع در صنایع آرایشی و بهداشتی به کار گرفته می شود.