بنتونیت
بنتونیت به انگلیسی: (Bentonite) نوعی رس ریزدانه است که حداقل ۸۵درصد رس مونتموریلونیت داشته باشد. اصطلاح «بنتونیت» معمولاً برای خاکهای کلوئیدالی که در اصل با رگههای شیل بنتون کرتاسه که در نزدیکی قلعه نظامی بنتون و منطقه رودخانه سنگی وایومینگ در هم آمیختهاند، به کار برده میشود. بنتونیت یک ماده از دسته رسها و از کانیهای متورم شونده تشکیل شده است که عمدتاً مونتموریلونیت و به مقدار کمی بیدلیت هستند.
اکثر بنتونیتها بر اثر هوازدگی و دگرسانی خاکسترهای آتشفشانی و اغلب در حضور آب تشکیل میشوند و سنگ منشأ آنها اکثراً بازیک است. تجزیه خاکستر آتش فشانی عمدتاً در محیط شور و باتلاقی انجام میشود و هر چه از آتشفشان دور شویم، ضخامت بنتونیت کاهش مییابد. بنتونیت دارای ساختمان آلومینوسیلیکاتی است و در دسته سیلیکاتهای سه لایه قرار میگیرد. بنتونیت دارای دو لایه چهار وجهی و یک لایه هشت وجهی میباشد.
کاربرد بنتونیت در چاه ارت
ملات و دوغاب بنتونیت در چاه ارت به عنوان یک ماده کم مقاومت استفاده میشود که الکترود زمین در آن قرار میگیرد. بنتونیت حفرههای اطراف میله زمین را پر میکند تا مقاومتش پایین بیاید. بنتونیت به علت داشتن خاصیت تیکسوتروپیک پس از مدتی راکد ماندن، ژل میشود و شسته نخواهد شد. بنتونیت مقاومت الکتریکی پایینی دارد و در شرایط معمولی خشک نمیشود.
انواع بنتونیت ها از دیدگاه صنعتی
- بنتونیت های سدیم دار
- بنتونیت های جانشینی توسط سدیم
- بنتونیت های کلسیم دار
- بنتونیت های ارگانوفیل
- بنتونیت های فعال شده توسط اسید
موارد استفاده از بنتونیت
موارد مصرف بنتونیت در آمریکا شامل ۲۶ درصد ریخته گری، ۲۳ درصد گندوله آهن، ۲۱ درصد جمع آوری فضولات گاو، ۲۰ درصد حفاری، ۸ درصد محیط زیست و ۲ درصد مواد غذایی، خوراک دام و طیور، داروسازی ، سیستم ارتینگ و . . . است.
مشخصات واحد چهار وجهی
واحد سیلیس واحد چهار وجهی و واحد مشترک تمام کانیهای رسی میباشد که در اصل یک چهار وجهی هرمی شکل بوده و در آن یک اتم سیلیس توسط چهار اتم اکسیژن احاطه گردیدهاست. به دلیل اتصال پی در پی این واحدها به یکدیگر به صورت صفحهای و با پیوند قوی بین اکسیژنهای پایه لایه سیلیکات یا همان صفحه فیلوسیلیکات تشکیل میگردد، اتصال واحدهای چهار وجهی به یکدیگر به صورت مسطح تشکیل ساختار شش وجهی را میدهد و در بین این ساختار شش وجهی، حفرههایی شکل میگیرد که در صورت تأمین بار الکتریکی کافی روی سطح اکسیژن، محل مناسبی جهت تثبیت یونهای بین لایهای برای سطح رس میباشند.
مشخصات واحد هشت وجهی
کاتیونهای موجود در بنتونیت توسط شش واحد هیدروکسیل در یک هشت وجهی احاطه میشوند. اتصال بین واحدهای هشت وجهی به صورت مسطح سبب تشکیل لایه هشت وجهی میگردد. اتصال بین صفحات هشت وجهی و چهار وجهی با به اشتراک گذاشتن اکسیژن رأس هرم واحد چهار وجهی صورت میگیرد. عنصر مرکزی در واحد هشت وجهی آلومینیوم است.
به علت وجود پیوندهای ضعیف واندروالسی میان لایههای بنتونیت، آنها به راحتی بر روی یکدیگر میلغزند که این باعث میشود بنتونیت در اثر لمس چرب به نظر برسد. از طرفی این ویژگی سبب میگردد که ذرات بنتونیت در محیط آبی بین هفت تا بیست برابر حجم خود آب جذب کرده و متورم شوند.
دلیل اصلی تورم بنتونیتها جذب آب در لایههای سطحی به واسطه هیدراتاسیون کاتیونهای قابل تعویض و در نهایت جدا شدن لایههای شبکه در نتیجه نیروی دافعه مشابه فشار اسمزی (این مرحله تورم اسمزی نام دارد) است. تورم بنتونیتها پس از هیدراتاسیون آنها اتفاق میافتد. بنتونیت در آب گرمتر سریعتر فعال میشود. اندازه ذرات پراکنده بنتونیت ۲ میکرون میباشد. بنتونیت میتواند دفعات بسیار زیادی آب جذب کرده و مجدداً خشک شود بدون آن که خاصیت متورم شدن خود را از دست دهد. هر گرم از این ترکیب دارای سطح بزرگ ۶۰۰ تا ۸۰۰ متر مربع است.
ساختمان بنتونیت
یک فیلوسیلیکات آلومینیوم دار با فرمول زیر می باشد:
Na,Ca)0.33 (Al,Mg)2Si 4O10 (OH)2. nH2o)
که اساسا از مونتموریلونیت یا کانی های گروه اسمکتیت تشکیل شده است. کانی های گروه اسمکتیت شامل سری های دی اکتاهدرال و تری اکتاهدرال است. کانی های سری دی اکتاهدرال عبارتند از: مونتموریلونیت، بیدلیت و نانترونیت. انواع تری اکتاهدرال شامل کانی های هکتوریت و ساپونیت است.
از خواص مهم کانی های خانواده اسمکتیت ، جانشینی یونی، خاصیت شکل پذیری ، انبساط و انقباض یونی آن ها را می توان نام برد. بر اثر هوازدگی در آب و هوای خشک اسمکتیت تشکیل می شود. در محیط های رسوبی رودخانه ای و دریاچه ای غالباً کائولینیت پایدار است ، در صورتی که در محیط های دریایی کائولینیت و اسمکتیت گاهی به ایلیت تبدیل می شوند .
اسمکتیت از تریاس تا عهد حاضر یافت می شود و با افزایش عمق ابتدا به رس های بین لایه ای و سپس می تواند به ایلیت تبدیل شود.
اسمکتیت ها یکی از انواع خاک های رسی۱:۲ هستند که به طور گسترده ای برای اهداف جذبی استفاده شده اند. (منظور از خاک های رسی۱:۲، یک لایه آلومینیوم و دو لایه سیلیس می باشد).
کاربرد صنعت فولاد
در تولید فولاد به روش احیا مستقیم، پودر سنگ آهن ابتدا باید به گندله تبدیل شود تا سپس در کورههای مخصوص احیا گردیده و به آهن اسفنجی تبدیل گردد. در مرحله تولید گندله، نرمه سنگ آهن با مش ۳۲۵ یا ابعاد (۴۵ میکرون) به همراه آب و مواد افزودنی مثل: هیدواکسید کلسیم یا شیر آهک، آهک، بنتونیت، و انواع چسبهای آلی و معدنی (نشاسته، سیمان…) مخلوط شده و توسط دستگاه گندلهساز چرخانده میشود تا گندلههای مورد نظر ساخته شود.
منبع: ویکی پدیا