База знаний: БЕНТОНИТ

138080256983.jpg

Бентонит - это минеральные образования, относящиеся к классу алюмосиликатов. Бентониты обладают высокой дисперсностью с размером кристаллов на уровне менее 1 мкн. и, вследствие этого, имеют большую удельную поверхность. Особенности кристаллохимического строения бентонитов обуславливают наличие на их поверхности ионообменных катионов, активно влияющих на физико-химические свойства минералов.

 

Практически во всех технических изданиях начала 20 века при рассмотрении бентонитов фигурируют два названия: фуллеровы земли и бентониты. К фуллеровым землям со времен Римской империи относили глины, способные поглощать дисперсные частицы различных размеров. Такие глины употребляли для очистки от жира шерсти, используемой для изготовления сукна. Фуллер (fuller) с английского переводится как сукновал. Было установлено, что в природе встречается два типа сукновальных глин: первый используется в естественном виде, а второй после химической обработки или активации. Крупные скопления глин второго типа были найдены вблизи форта Бентон (США), вследствие чего и получили название бентонит. Более поздние минералогические исследования показали, что и фуллеровы земли и бентониты имеют практически одинаковый минеральный состав.

Строение и состав

        Бентонит - порода, состоящая в основном из смектитовых минералов. В группу смектитов входит несколько минералов: монтмориллонит, бейделлит, нонтронит и ряд менее распространенных. Кристаллическая решетка всех смектитов состоит из слоев. В элементарную ячейку входят 3 слоя, которые образуют пакет: крайние верхний и нижний слои пакета состоят из тетраэдров AlO4,SiO4 и называются тетраэдрическими. Между тетраэдрическими слоями расположен слой, состоящий из октаэдров Al и Fe, названный октаэдрическим. Трехслойный пакет имеет отрицательный заряд, обусловленный замещением трехвалентных элементов (Al,Fe) в октаэдрическом слое на двухвалентные элементы (Мg,Fe) или четырехвалентного Si на трехвалентный Аl в тетраэдрическом слое. Возможен вариант, когда отрицательный заряд пакета обусловлен реакциями замены, как в октаэдрическом, так и тетраэдрическом слоях. Благодаря отрицательному заряду, на поверхности пакета располагаются положительные одно-, двух- и трехвалентные катионы. Это, главным образом, Na, K, Ca, Mg и Fe. В результате взаимодействия с водой вокруг этих катионов могут образовываться гидратные оболочки и агрегат пакетов при этом набухает. Характерно, что объем гидратной оболочки для разных катионов различен. Наибольшей гидратирующей способностью обладают ионы щелочных металлов и в первую очередь натрий. Существенно меньшей гидратирующей способностью обладают ионы щелочноземельных металлов: кальция и магния.
    Указанная особенность смектитов набухать, увеличиваясь в объеме в 2-20 раз является чрезвычайно важным свойством для их промышленного использования. Среди смектитов наиболее высокой набухающей способностью обладает монтмориллонит, в котором главным обменным катионом является Na. Такие бентониты называются щелочными. Бентониты, в которых среди обменных катионов преобладает Са, получили название кальциевых. Кроме Са в монтмориллоните в значительном количестве может присутствовать Mg. В некоторых бентонитах магний занимает преобладающее положение по отношению к кальцию. Наиболее часто встречаются кальциево-магнезиальные (щелочноземельные) разновидности. Кальциевые и кальциево-магнезиальные бентониты можно перевести в разряд натриевых путем их обработки растворами натриевых солей. Такие натриевые бентониты называются активированными, а процесс ионообменного замещения - активацией.
     В соответствии с требованиями современной промышленности к классическим бентонитам относится монтмориллонитовая глина, в которой содержание монтмориллонита составляет более 70%. Если глина на 80-90% состоит из смешанослойных минералов, в которых содержание монтмориллонитовых слоев превышает 70 %, то ее можно относить к бентонитам, но с несколько другим названием: гидрослюдистый (иллитовый) или калиевый бентонит. Все глины с содержанием монтмориллонита менее 70 % или в которых вместо монтмориллонита присутствует какой-либо другой минерал из группы смектитов следует относить к бентонитоподобным глинам или "бентоноидам".

Общими свойствами бентонитовых глин являются дисперсность, адсорбция, набухаемостъ и связующая способность.

Типовой химический состав бентонита, %

Al2O3  SiO2 TiO CaO  Fe2O3  K2O  Na2O   SO3 MgO  CO2
FeO п.п.п
 15,60  52,46 0,65  1,65
3,67
 0,24  0,62 0,30
3,96
 0,51 следы 20,27


 По химическому составу различают два вида бентонитов:
• щелочные - с преобладанием обменного натрия;
• щелочноземельные - с преобладанием обменного кальция.

Сферы применения бентонитовой глины

Бентонитовая глина – один из ценных ископаемых материалов, нашедший свое применение в самых разных областях человеческой деятельности. Другое ее название – сукновальная глина, что связано с использованием таких глин для обезжиривания сукна. В современной промышленности бентонитовая глина используется, главным образом, в металлургии - для формирования железнорудных окатышей и изготовки формовочных смесей. Не менее важно использование бентонитовых глин при приготовлении буровых и строительных растворов, средств очистки нефтепродуктов, а также в качестве сырья для производства тепло- и гидроизоляционных материалов.

В чистом виде бентонитовая глина используется редко, чаще всего в промышленности и других областях хозяйства применяются бентонитовые глинопорошки, которые являются продуктом сушки и тонкого помола природной бентонитовой глины с сохранением всех её коллоидно-химических свойств.

Бентонитовый глинопорошок имеет ряд преимуществ перед комовыми глинами: диспергирование (набухание) мелких частиц происходит быстрее и полнее; транспортировка глинопорошка, особенно на большие расстояния, обходится дешевле; широко используется механизация и автоматизация процессов приготовления растворов.

Качество бентопорошков и отнесение их к различным маркам определяется, во-первых, качеством исходной глины, во-вторых, методами технологической переработки. В процессе производства возможна модификация или повышение качества глинопорошков путем обработки глин различными реагентами во время помола. Например, значительно улучшают качество бентопорошков введение кальцинированной соды Na2CO3 и акриловых полимеров. Эффект модификации выражается в повышении вязкости глинистой суспензии за счет дополнительного диспергирования глины, увеличения объема связанной воды, вязкости дисперсионной среды и усиления гелеобразования.

   Бентонитовые глинопопрошки добавляют в состав полимерных материалов, примешивают к бетонам для повышаения водоадгедиозных характеристик.

   На основе бентонитового порошка производятся наиболее доступные по стоимости буровые смеси, обладающие высокими эксплуатационными свойствами и обеспечивающие отличные результаты при вертикальном или горизонтальном бурении. Хотя глина не является единственным компонентом бурового раствора, можно, тем не менее, утверждать, что такие важные характеристики, как вязкостные, структурирующие и фильтрационные существенно зависят от содержания и коллоидно-химических свойств глинопорошка. Очевидно, качество глинопорошка тем лучше, чем при меньшем содержании глинистой фазы он образует дисперсию с заданными свойствами. Это равнозначно определению качества глинопорошков по величине выхода раствора (ВР) с нормированным минимальным значением эффективной вязкости. Его влияние, непосредственно на технико-экономические показатели бурения, определяется изменением механической скорости бурения и расхода химических реагентов. Кроме того, ВР влияет и на величину эксплуатационных затрат буровых предприятий по статье транспортные расходы.

   Бентонитовые глинопорошки в сочетании с огнеупорными материалами – основное сырьё для изготовления природных формовочных смесей, применяемых в металлургической промышленности. Формовочной называется смесь песчано-глинистых и огнеупорных материалов, которая используется для изготовления разовых и полупостоянных форм. Основные свойства, такие как формуемость, газопроницаемость, прочность, газопроницаемость, огнеупорность, обеспечиваются определенным сочетанием компонентов и качеством их смешения. Прочной форма будет, если соотношение глины и влаги в смеси не нарушено. Чем больше глины, тем лучше склеивание между частицами, и тем прочнее будет форма. Размер зерен песка, количество глины и влаги определяют пластичность формовочной смеси. На огнеупорность влияют размер зерен песка и его химический состав. Чем больше зерна, тем сложнее металлу оплавлять их, то есть огнеупорность выше. Формовочные смеси на основе бентонитовой глины отличаются высокой прочностью, оптимальной газонепроницаемостью, при этом легко формуются и экологически чисты.


ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ: