Bentonit - Bentonite

Bentonit (sopečný popel) z Wyomingu
Šedé břidlice a bentonity ( Benton Shale ; Colorado Springs, Colorado)

Bentonit ( / b ɛ n . T ə ˌ n t / ) je absorpční otok jíl , sestávající převážně z montmorillonitu . Obvykle se tvoří zvětráváním sopečného popela v mořské vodě, který přeměňuje sopečné sklo přítomné v popelu na jílové minerály. Bentonitová lůžka jsou v čerstvých expozicích bílá nebo světle modrá nebo zelená, při dalším zvětrávání expozice přecházejí do krémové barvy a poté do žluté, červené nebo hnědé.

Jako bobtnající jíl má bentonit schopnost absorbovat velké množství vody, což zvyšuje jeho objem až osmkrát. To činí bentonitové lože nevhodnými pro stavbu a stavbu silnic. Vlastnost bobtnání se však s výhodou využívá při vrtání bahna a tmelů na spodní vodu. Montmorillonit tvořící bentonit je minerál fylosilikátu hlinitého , který má formu mikroskopických platinových zrn. Ty poskytují jílu velmi velký celkový povrch, což z bentonitu činí cenný adsorbent . Desky k sobě také přilnou, když jsou mokré. To dává jílu soudržnost, díky čemuž je užitečné jako pojivo a jako přísada ke zlepšení plasticity kaolinitové hlíny používané v keramice .

Jeden z prvních nálezů bentonitu byl v křídové Bentonské břidlici poblíž Rock River ve Wyomingu . Skupina Fort Benton , spolu s dalšími ve stratigrafické posloupnosti, byla pojmenována po Fort Benton, Montana , v polovině 19. století Fielding Bradford Meek a FV Hayden z US Geological Survey. Bentonit byl od té doby nalezen na mnoha dalších místech, včetně Číny a Řecka. Celková celosvětová produkce bentonitu v roce 2018 činila 20 400 000 metrických tun.

Typy

V geologii je termín bentonit aplikován na typ jílovce složeného převážně z montmorillonitu. Vzniká devitrifikací sopečného popela nebo tufu , typicky v mořském prostředí. Výsledkem je velmi měkká porézní hornina, která může obsahovat zbytkové krystaly odolnějších minerálů a která je na dotek mýdlová nebo mastná. V obchodě se však termín bentonit používá obecněji k označení jakékoli bobtnající hlíny složené převážně ze smektitových jílových minerálů.

Montmorillonit tvořící bentonit je minerál fylosilikát hliníku, jehož krystalová struktura je popsána jako nízko nabitý TOT . To znamená, že krystal montmorillonitu se skládá z vrstev, z nichž každá je tvořena dvěma T listy spojenými po obou stranách O fólie. Tyto T listy jsou tzv protože každý hliník nebo křemík iontů v listu je obklopen čtyřmi ionty kyslíku uspořádány jako čtyřstěnu. Tyto O listy jsou tzv protože každý iont hliníku je obklopen šesti kyslíku nebo hydroxylové ionty uspořádány jako osmistěn. Celá vrstva TOT má slabý záporný elektrický náboj, který je neutralizován kationty vápníku nebo sodíku, které spojují sousední vrstvy dohromady, přičemž vzdálenost mezi vrstvami je přibližně 1 nanometr . Protože je záporný náboj slabý, pouze zlomek možných kationtových míst na povrchu vrstvy TOT skutečně obsahuje vápník nebo sodík. Molekuly vody mohou snadno infiltrovat mezi listy a vyplnit zbývající místa. To odpovídá bobtnavosti montmorillonitu a dalších smektitových jílových minerálů.

Jednotlivé druhy bentonitu jsou pojmenovány podle příslušného dominantního kationtu. Pro průmyslové účely jsou uznávány dvě hlavní třídy bentonitu: bentonit sodný a vápenatý. Cennější je bentonit sodný, ale běžnější je bentonit vápenatý. Ve stratigrafii a tefrochronologii jsou zcela devitrifikované (zvětralé sopečné sklo) postele s popelem běžně označovány jako K-bentonity, když je dominantní jílový druh negramotný .

Bentonit sodný

Bentonit sodný expanduje, když je mokrý, absorbuje ve vodě několikanásobek své suché hmoty . Díky svým vynikajícím koloidním vlastnostem se často používá při vrtání bahna do ropných a plynových vrtů a vrtů pro geotechnické a environmentální průzkumy. Vlastnost bobtnání také činí bentonit sodný užitečným jako tmel, protože poskytuje samozavírací bariéru s nízkou propustností. Používá se například k vyložení základny skládek . Bentonit je také součástí zásypového materiálu použitého v pilotním projektu izolace odpadu . Různé povrchové úpravy na bentonit sodný zlepšují některé reologické nebo těsnicí vlastnosti v geoenvironmentálních aplikacích, například přidávání polymerů.

Bentonit sodný může být kombinována s sírou jako hnojivo hrudek . Ty umožňují pomalou oxidaci síry na síran , důležitou živinu pro rostliny, a udržují hladiny síranů v půdě vyluhované dešťovými srážkami déle než buď čistá prášková síra nebo sádra . Pro ekologické zemědělství byly použity sirné/bentonitové polštářky s přídavkem organických hnojiv.

Bentonit vápenatý

Vápenatý bentonit je užitečným adsorbentem iontů v roztoku, stejně jako tuků a olejů. Je to hlavní aktivní složka Fullerovy zeminy , pravděpodobně jeden z prvních průmyslových čisticích prostředků.

Vápenatý bentonit lze převést na bentonit sodný (nazývaný sodná sůl nebo aktivace sodíku), aby se projevilo mnoho vlastností bentonitu sodného pomocí procesu iontové výměny . Jak se běžně praktikuje, znamená to přidat 5–10% rozpustné sodné soli, jako je uhličitan sodný, do mokrého bentonitu, dobře promíchat a nechat čas na výměnu iontů a vodu na odstranění vyměněného vápníku. Některé vlastnosti, jako je viskozita a ztráta tekutin suspenzí, sodíku prospěšného bentonitu vápenatého (nebo bentonitu aktivovaného sodíkem) nemusí být plně ekvivalentní vlastnostem přírodního bentonitu sodného. Například zbytkové uhličitany vápenaté (vznikají, pokud jsou vyměněné kationty nedostatečně odstraněny) mohou mít za následek nižší výkonnost bentonitu v geosyntetických vložkách.

Bentonit draselný

Také známý jako potašový bentonit nebo K-bentonit, bentonit draselný je ilitický jíl bohatý na draslík vytvořený změnou smektického jílu. Illite je vysoce nabitý jílovitý minerál TOT , ve kterém jsou archy poměrně silně vázány četnějšími ionty draslíku, a nejedná se tedy o bobtnající jíl a má jen málo průmyslových využití.

Využití

Vytvoření bentonitové kaše pro zjemnění po lisování vína

Hlavní použití bentonitu je při vrtání bahna a jako pojivo, čistič, absorbent a nosič hnojiv nebo pesticidů. Kolem roku 1990 byla téměř polovina americké produkce bentonitu použita jako vrtné bahno. Mezi menší použití patří plnivo, tmel a katalyzátor při rafinaci ropy. Bentonit vápenatý je někdy prodáván jako fullerova zemina, jejíž použití se překrývá s jinými formami bentonitu.

Vrtné bláto

Bentonit se používá při vrtání bahna k mazání a chlazení řezných nástrojů, k odstraňování řízků a jako prevence proti prasknutí. Bentonit také omezuje invazi vrtných tekutin díky své náchylnosti pomáhat při tvorbě bahenního koláče . Velká část užitečnosti bentonitu ve vrtném a geotechnickém strojírenském průmyslu pochází z jeho jedinečných reologických vlastností. Poměrně malé množství bentonitu suspendovaného ve vodě tvoří viskózní materiál, který ředí střih . Nejčastěji jsou suspenze bentonitu také tixotropní , ačkoli byly hlášeny také vzácné případy reopektického chování. Při dostatečně vysokých koncentracích (asi 60 gramů bentonitu na litr suspenze) začnou suspenze bentonitu nabývat vlastností gelu (kapalina s minimální mezí kluzu potřebnou k jeho pohybu).

Pořadač

Bentonit byl široce používán jako slévárenský písek ve slévárnách železa a oceli . Bentonit sodný se nejčastěji používá pro velké odlitky, které používají suché formy, zatímco bentonit vápenatý se běžně používá pro menší odlitky, které používají „zelené“ nebo mokré formy. Bentonit se také používá jako pojivo při výrobě pelet ze železné rudy ( taconit ) používaných v ocelářském průmyslu. Bentonit, v malých procentech, se používá jako přísada do komerčních a domácích hliněných těl a keramických glazur. Výrazně zvyšuje plasticitu jílových těles a snižuje usazování v glazurách, což u obou aplikací usnadňuje práci.

Iontový povrch bentonitu má užitečnou vlastnost při vytváření lepivého povlaku na zrnech písku. Když se do tvrdého písku přidá a zvlhčí malá část jemně mletého bentonitového jílu, váže hlína částice písku do tvarovatelného agregátu známého jako zelený písek používaný k výrobě forem při odlévání do písku . Některé říční delty přirozeně ukládají právě takovou směs jílového bahna a písku a vytvářejí přirozený zdroj vynikajícího formovacího písku, který byl pro starověkou technologii zpracování kovů rozhodující. Moderní chemické postupy pro úpravu iontového povrchu bentonitu tuto lepivost výrazně zesilují, což má za následek pozoruhodně těstové, ale silné lité směsi písku, které odolávají teplotám roztaveného kovu.

Stejná efluviální depozice bentonitového jílu na pláže odpovídá za různorodost plasticity písku z místa na místo pro stavbu hradů z písku . Plážový písek tvořený pouze křemičitany a skořápkovými zrny neplesniví dobře ve srovnání se zrny obalenými bentonitovým jílem. To je důvod, proč jsou některé pláže pro stavbu hradů z písku mnohem lepší než jiné.

Samolepivost bentonitu umožňuje vysokotlaké pěchování nebo lisování hlíny ve formách za vzniku tvrdých, žáruvzdorných tvarů, jako jsou modelové raketové trysky.

Čištění

Bentonity se používají k odbarvování různých minerálních, rostlinných a živočišných olejů. Používají se také k čiření vína, alkoholu, cideru, piva, medoviny a octa.

Bentonit má schopnost adsorbovat relativně velká množství proteinových molekul z vodných roztoků. V důsledku toho je bentonit jedinečně užitečný v procesu výroby vína , kde se používá k odstranění nadměrného množství bílkovin z bílých vín . Nebýt tohoto použití bentonitu, mnoho nebo většina bílých vín by po vystavení teplým teplotám vysrážela nežádoucí vločkovité mraky nebo mlhu, protože tyto proteiny denaturují . Rovněž má příležitostné použití navození rychlejšího vyčištění červených i bílých vín.

Bentonit je také považován za účinný levný adsorbent pro odstraňování iontů chromu (VI) z vodných roztoků (kontaminované odpadní vody).

Savý

Bentonit se používá v různých předmětech pro péči o domácí zvířata, jako je stelivo pro kočky, které absorbuje odpad z domácích zvířat. Používá se také k absorpci olejů a tuků.

Dopravce

Bentonit se používá jako inertní nosič pesticidů, hnojiv a retardérů hoření. Pomáhá zajistit rovnoměrné rozptýlení účinné látky a zachování pesticidů a hnojiv na rostlinách.

Plnivo

Bentonit se používá jako plnivo v celé řadě produktů, včetně lepidel, kosmetiky, barev, gumy a mýdel. V těchto produktech také působí jako stabilizátor a prodlužovač.

Tmel

Díky vlastnosti bobtnání při kontaktu s vodou je bentonit sodný užitečný jako tmel, protože poskytuje samolepicí bariéru s nízkou propustností. Používá se k vyložení základů skládek, aby se zabránilo migraci výluhů , ke karanténě kovových polutantů podzemních vod a k utěsnění systémů podpovrchové likvidace vyhořelého jaderného paliva. Podobné použití zahrnuje výrobu kejdy stěny , hydroizolace pod-třídy stěny, a tváření jiné nepropustné bariéry, například k utěsnění mezikruží o studny , k zapojení staré studny.

Bentonit může být také „vložen“ mezi syntetické materiály, aby se vytvořily geosyntetické jílové vložky (GCL) pro výše uvedené účely. Tato technika umožňuje pohodlnější přepravu a instalaci a výrazně snižuje požadovaný objem bentonitu. Používá se také k vytvoření bariéry kolem nově vysazených stromů k omezení růstu kořenů, aby se zabránilo poškození blízkých trubek, chodníků a další infrastruktury. Zemědělci používají bentonit k utěsnění retenčních rybníků a potrubí.

Katalyzátor

Vysoce čistý bentonit vápenatý se zpracuje kyselinou pro použití jako katalyzátor při krakování těžkých ropných frakcí.

Lékařský

Bentonit byl předepsán jako hromadné projímadlo a používá se také jako základ mnoha dermatologických přípravků. Granulovaný bentonit je studován pro použití v obvazech na rány na bojišti. Bentonit se také prodává online a v maloobchodních prodejnách pro různé indikace.

Bentoquatam je topický lék na bázi bentonátu, který má fungovat jako štít proti expozici urushiolu , oleji nacházejícímu se v rostlinách, jako je jedovatý břečťan nebo jedovatý dub .

Bentonit lze díky adsorpčním vlastnostem použít také jako vysoušedlo. Bentonitová sušidla byla úspěšně použita k ochraně farmaceutických, nutraceutických a diagnostických produktů před degradací vlhkostí a prodloužením trvanlivosti. Ve skutečnosti v nejběžnějších prostředích balení nabízejí bentonitová sušidla vyšší adsorpční kapacitu než sušidla silikagelu . Bentonit vyhovuje FDA pro kontakt s potravinami a drogami.

Zemědělství v Thajsku

Aplikace jílové technologie zemědělci na severovýchodě Thajska pomocí bentonitového jílu dramaticky zvrátila degradaci půdy a vedla k vyšším ekonomickým výnosům, vyšším výnosům a vyšším cenám produkce. Studie provedené Mezinárodním institutem pro vodní hospodářství a partnery v letech 2002–2003 se zaměřily na aplikaci bentonitových jílů z místních zdrojů na znehodnocené půdy v regionu. Tyto aplikace byly provedeny ve strukturovaných terénních pokusech. Použitím bentonitových jílů se efektivně zlepšily výnosy čiroku pícního pěstovaného v podmínkách živených deštěm.

Aplikace bentonitu také ovlivnila ceny, které zemědělci za své plodiny dostávali. Výrobní náklady jsou vyšší, ale vzhledem k větší produkci a kvalitě potravin si zemědělci z jílu mohli dovolit investovat a pěstovat více a kvalitnějších potravin ve srovnání s farmáři, kteří nepoužívají hlinku.

Bentonitové kalové stěny v moderní konstrukci

Bentonitové kalové stěny (také známé jako membránové stěny) se používají ve stavebnictví, kde je kašovitou stěnou příkop naplněný hustou koloidní směsí bentonitu a vody. Příkop, který by se zhroutil kvůli hydraulickému tlaku v okolní půdě, se nezboří, protože kejda vyrovnává hydraulický tlak. Formy na beton a výztuž lze sestavit do výkopu naplněného kejdou a poté nechat do formy nalít beton. Hutnější tekutý beton vytlačuje méně hustou bentonitovou suspenzi a způsobuje její přetékání ze zákopu. Tato vytlačená bentonitová kaše je poté vedena do recyklační jednotky, ze které může být následně znovu použita v novém příkopu jinde na staveništi.

Navíc, protože koloid je pro vodu relativně nepropustný, může kalová stěna zabránit prosakování podzemní vody, což je užitečné při prevenci dalšího šíření podzemní vody, která byla kontaminována toxickým materiálem, jako je průmyslový odpad.

Hrnčířství

Jíl, ze kterého se vyrábí keramika, je popisován jako „plastický“, pokud jej lze natáhnout bez prasknutí, nebo „krátký“ nebo neplastický, pokud má při tvorbě tendenci se lámat. Malé množství bentonitu se často přidává, aby byla hliněná směs plastičtější. Díky tomu se hlína snáze formuje metodami, jako je házení na hrnčířský kruh a různé techniky ruční stavby. Krátkou hlínu, jako je porcelánová směs skládající se pouze z kaolinitu a živce , lze tvořit pouze omezenou sadou metod, jako je lisování a lisování, které hlinku nezatěžují. Bentonit však typicky obsahuje minerály, které ovlivňují barvu směsi, a díky jeho vlastnostem absorbujícím bobtnání je taková směs náchylná k významnému smršťování a potenciálnímu praskání, když schne.

Keramické glazury často obsahují bentonit. Bentonit se přidává ke zpomalení nebo zabránění usazování glazur. Může také zlepšit konzistenci aplikace glazur na porézní sušenky pálené . Jakmile je sušenkou absorbováno určité množství glazurové vody, bentonit účinně ucpává póry a odolává absorpci další vody, což má za následek rovnoměrnější hustou vrstvu.

Nouzové použití

Bentonit se používá v průmyslu a při mimořádných událostech jako chemický absorbent a těsnicí prostředek na nádoby.

Historie a přirozený výskyt

V roce 2018 byla největším producentem bentonitu Čína s téměř čtvrtinovým podílem na světové produkci, dále Spojené státy a Indie. Celková celosvětová produkce činila 24 400 000 metrických tun bentonitu a 3 400 000 metrických tun plnější zeminy.

Většina vysoce kvalitního přírodního bentonitu sodného se vyrábí ze západních Spojených států v oblasti mezi Black Hills v Jižní Dakotě a Bighornskou pánví ve Wyomingu a tureckou oblastí Tokat Resadiye. Směsný bentonit sodný/vápenatý se těží v Řecku , Austrálii , Indii , Rusku a na Ukrajině .

Ve Spojených státech se bentonit vápenatý těží především v Mississippi a Alabamě . Mezi další hlavní lokality produkující bentonit vápenatý patří Nový Zéland, Německo, Řecko, Turecko, Indie a Čína.

Viz také

Reference

externí odkazy