بنتونيت bentonite

معرفي:
كاني ها: مونتموريونيت، هكتوريت، ساپونيت ، نونترونيت. بنتونيت يك مجموعه كاني رسي است كه اساسااز كاني هاي گروه اسمكتايت تشكيل شده است.
كاربرد:
بنتونيت از ورقه هاي آلومينا و سيليكا با پيوند سست تشكيل شده كه مي تواند در محيط آبي به ذرات با ابعاد003/0ميكرومتر ضخامت و 01/0 ميكرومتر طول جدا شود.خاصيت جدا شدن آسان و بار الكتريكي منفي سبب انتشار وسيع آن در آب مي شود.
بنتونيت كاتيون هاي قابل مبادله Na+ Ca2+, يا Mg2+ داشته و از هر كاني ديگر به جز زئوليت ظرفيت تبادل يوني بيشتري دارد . اين خاصيت بر ويژگي هاي تجاري آن تاثير گذاشته و تقسيم بندي آن بر همين اساس صورت مي گيرد . سديم بنتونيت با قابليت تورم بسيار بالا و كلسيم بنتونيت با ظرفيت تورم پايين،يك فرق اساسي ديگر بين اين دو نوع كاني است كه نوع سديم دار تا دماي 400 درجه سانتيگراد پايداراست. نوع كلسيم با كربنات سديم واكنش داده شده تا خاصيت تورم آن افزايش پيدا كند.
حفاري چاه:
با آزاد شدن بنتونيت در آب، پوسته هاي نسبتا بزرگ سديم بنتونيت به ذرات كلوئيدي تبديل شده و انرژي الكتريكي ذخيره شده در شبكه بلوري را آزاد مي كنند و در حدود15 تا 30 برابر حجم اوليه متورم مي شوند. از اين خاصيت در حفاري براي پراكنده سازي مواد سنگين كننده و قطع حفاري استفاده مي شود،بدين صورت بنتونيت پوششي را روي ديواره چاه ايجاد كرده و از مهاجرت نفت و گاز ممانعت مي كند وديواره را پايدار و مته را نيز چرب مي كند . همچنين بنتونيت، مواد آلي و غير آلي را از مخلوط آب جذب كرده و ويسكوزيته آن در برداشت و بالا آوردن نخاله هاي حفاري كمك مي كند . هكتوريت نيز خواص مشابهي دارد.
بنتونيت 2- 5%وزني گل هاي حفاري آبي را تشكيل مي دهد , هرچند در انواع ديگر گل حفاري مانند انواع روغني يا مصنوعي نيز روز بروز كاربرد بيشتري پيدا مي كند، در بعضي موارد1-2% آن اختصاص داده و يا كاملا با پلي مرها جايگزين مي شود.
كاربرد در مهندسي عمران:
علاوه بر خواص قبلي، سديم بنتونيت داراي پلاستيسيته و چرب كنندگي خوب، مقاومت برشي بالا،نفوذناپذيري و تراكم پذيري و تحكي م پذيري پايين است . به عنوان مثال ملات با 3-5 % سديم بنتونيت براي پايدار سازي ديواره ها بكار مي رود، همچنين براي جمع آوري فلزات سنگين از آب هاي زائد و پركردن فضاهاي خالي استفاده مي شود )پوشش مخازن ذخيره فاضلاب، باتلاق هاي آب هاي صنعتي، جاسازي زباله هاي اتمي در زيرزمين, احداث سدها, كانال، مخازن, ترانشه ها و...)
پليتي كردن كانه آهن:
از دهه 1950به منظور پليتي كردن، بنتونيت برابر كانه منيتيت و هماتيت ريزدانه اضافه مي گردد . حدود8-6 كيلوگرم سديم بنتونيت به1تن كانه آهن خشك اضافه مي گردد.
ماسه هاي گداز فلز:
4-6درصد بنتونيت براي به هم چسباندن دانه هاي ماسه سبز قالب ريزي و چرخه ريخته گري فلزات مورداستفاده قرار مي گيرد . در فرمول بندي قالب ريزي پيشرفته، خاك زغال , سلولز, غله, نشانه مانند قير يا ديگرمنابع كربن به آن اضافه مي گردد , اين مواد براي جلوگيري از تخريب بعد از برداشت قالب الگو ضروري است. سديم بنتونيت و كلسيم بنتونيت هردو مي توانند استفاده شوند ولي نوع سديم در دماي بالا پايدارتراست.
بكارگيري بنتونيت به عنوان جاذب رطوبت:
به علت خاصيت جذب رطوبت در غذاي حيوانات، حشره كش ها، دفع زباله و پايدارسازي خاك بكار مي رود.
جذب يون ها:
خاصيت جذب يون ها و مولكول ها توسط بنتونيت بسيار بالا است . نوع كلسيم دار سريع تر آب جذب مي كند ولي نوع سديم دار ظرفيت بيشتري دارد , نوع كلسيم دار با اسيد آلي واكنش داده شده تا ناخالصي هايي مانند كلسيت را حل كند , يون هاي دوظرفيتي مانند كلسيم ر ا با هيدروژن جايگزين كند وفلزاتي مانند آهن II وIII آلومينيم و منيزيم را شسته باعث افزايش سطح مخصوص و تخلخل و تغييرشبكه بلورين شود . از آن براي تصفيه , رنگ زدايي, آبگيري و گندزدايي روغن هاي حيواني و گياهي و ياخنثي سازي بكار مي رود . بنتونيت ناخالصي ها و باكتري هاي لخته شده را جذب و با حذف نمك هاي منيزيم و كلسيم سبب نرم شدن آب مي شود.
پركننده:
بعضي از انواع كلسيم بنتونيت سفيد رنگ بوده و در پايدارسازي امولسيون ها و به عنوان مادة ژله ساز ,چسبنده و نرم كننده استفاده مي شود.
بنتونيت بهبود دهنده:
سديم بنتونيت براي تغيير خواص تركيبات آلي مايع مانند ويسكوزيته، سوسپانسيون و ... به آنها افزوده مي شود. كاغذ چاپ بدون كربن، گل حفاري، گريس، رنگ، جوهر چاپ، تصفيه نفت، روغن، حلال وكاتاليزورهاي Si/Al را مي توان از مخلوط كردن رس هايي مانند بنتونيت با اسيد و كلسيم دار كردن آن بدست آورد كه از آن براي حذف عناصر قليايي، قليايي خاكي، آهن وMg و Alاستفاده مي شود.
هكتوريت:
اندازة ذرات كوچكتر، سطح ويژه بزرگتر و ظرفيت بالاي تبادل كاتيوني، خواص ويسكوزيته و آماس آن رااز مونتموريلونيت بيشتر مي كند )گل حفاري ( هكتوريت يا مخلوط آن با مونتموريلونيت براي تعليق )داروهاي ضد اسيد معده، پاك كننده هاي ساينده، گندزداهاي مايع ( ژله سازي )مواد آرايش صورت، خميرريش، پماد جوش و (... استفاده مي شود.
استاندارد انستيتو نفت امريكا و(OCMA)در اروپا فهرست خواص لازم براي گل حفاري را بيان كرده كه مهمترين آنها عبارتند از : در هر بشكه گل حفاري با ويسكوزيته تقريبي 15سانتي پواز، از يك تن رس استفاده مي شود. در آزمايش دانه بندي، كمتر از5/2%بايد روي مش 200باقي بماند.
بنتونيت مورد استفاده در ريخته گري:
92 مونتموريلونيت،3% كوارتز،5% فلدسپار،، 12-6% رطوبت ،Ph 3/8، كم تر از 3/7 % CaO ،حدرواني 600-800 ،مقاومت تراكمي خشك 656Kpa،ظرفيت متيلن بلو100 Meg/100y دامنه تغييرات اندازه دانه 95-69% 75mm ، 95-90 % استاندارد معمول جامعة ريخته گران فولاد آمريكا.
براي پليتي كردن كانه آهن:
استانداردي وجود ندارد، ولي حالت مناسب 70-90%،44ميكرومتر با 10درصد رطوبت .
دانه هاي جاذب رطوبت:
نيازمند مخلوط يكنواخت از كاني هاي سيليكاتي كه تميز، يكنواخت، بدون كلوخه و مواد خارجي باشند،درصد مونتموريلونيت80-90% با اندازه مش20-50.
كاتاليست:
اسمكيت با درجة خلوص بسيار بالا با آهن بسيار پايين.
بازيافت:
احياء ماسه هاي قالب ريزي در ريخته گري بدليل افزايش تصاعدي قيمت خريد و دفع آنها، روز به روز درحال گسترش است . با اين حال بنتونيت تازه نيز به آن اضافه مي شود، چراكه نوع بازيافتي بدليل اينكه تا دماي 600درجه سانتيگراد گرم شده است، آب تركيبي خود را از دست داده و پيوستگي آن ازبين رفته است. در فرآيند Clarification بعد از فيلتر كردن، بنتونيت بازيافت شده، تكليس شده و مورد استفاده مجدد قرار مي گيرد . امكان بازيافت ازگل حفاري تا حدي وجود دارد، با اين وجود هزينة جداسازي مواد تشكيل دهنده گل به اندازه هزينه هركدام مي شود.
جايگزين ها:
جاذب: آتاپولگيت/سپيوليت، دياتوميت، ژيپس، پلي پروپيلن، خاك اره، زئوليت.
حمل كننده : آتاپولگيت، بنتونيت، دياتوميت، كائولن، پيت، پوميس، پيروفيليت، سپيوليت، تالك،ورميكوليت، زئوليت.
گل حفاري: پلي مرهاي مختلف مانند پلي اكريلايدهاي تا حدي آبدار شده، آتاپولگيت، سپيوليت.
پليتي كردن كانة آهن: پليمرها.
تصفيه كردن روغن ها: بوكسيت فعال شده، سيليكات منيزيم.
مادة ژلاتيني و ضخيم ساز: آتاپولگيت/ سپيوليت، پليمرهاي مختلف، ضخيم كننده هاي سلولزي.
مسائل زيست محيطي:
آژانس بين المللي سلام ت جهاني سيليس متبلور را به عنوان مادة سرطان زا معرفي كرده است . براي مثال مواد شيميايي يا معدني كه1/0%يا بيشتر سيليس متبلور داشته باشند، براساس استاندارد موسسه سلامت وبهداشت جمعيت براي مقابله با خطرات ناشي از ارتباط با محيط آلوده (Occupational Safety & Health (Administration s`Hazard Communication Standard در آمريكا تحت نظارت قانون قرار گرفته اند، به طوريكه به صورت قانون كار، آموزش كارگران و برچسب زدن بر چنين محصولاتي مطابق روش هاي اعلام شده براي مواد سرطان زا (Material Safety Data Sheet, MSDS) مي بايست انجام گيرد.بنابراين تا زماني كه طي فرآوري، درصد سيليس متبلور در بنتونيت كمتر از1% شود، بنتونيت تحت قانون فوق قرار مي گيرد.
روش هاي استخراج:
معمولا به صورت روباز با بولدوزر و اسكراپر برداشت شده، توسط لودر بارزده مي شود . ضخامت روباره متغير است. بندرت به صورت زيرزميني استخراج مي شود.
روش هاي فراوري :
بعد از استخراج، ابتدا بنتونيت را مخلوط مي كنند تا آب و مواد فرار آن از50-30% به 8-7%كاهش يابد .بعد آن را با آسياب ميله اي يا چكشي خرد كرده، گاهي آن را در خشك كن چرخان نيز مي ريزند. در بيشتر موارد، بنتونيت با د انه بندي 90% ذرات 75 ميكرومتر، داد وستد مي شود، ولي انجام عمليات بيشتر بر روي آن نيز امكان پذير است . بهبودسازي بنتونيت با اسيدهاي غيرآلي، سبب حل مواد ناخالص شده وحاصل آن از هم بازشدن ورقه ها، افزايش قطر منافذ باز و افزايش سطح مونتموريلونيت است، درجه اين تغييرات به مونتموريلونيت، نوع اسيد و دما و مدت زمان تماس بستگي دارد . رس هاي مورد استفاده براي خوراك جانوران با خنثي سازي محل هاي تبادل يوني در ورقه هاي رس فراهم مي شود كه معمولاخنثي سازي با سديم انجام مي شود.
دادوستد جهاني:
توليدكنندگان اصلي بنتونيت، آمريكا، شوروي سابق و تا حدي يونان هستند . آمريكا صادركنندة اصلي به كانادا، مكزيك و آمريكاي جنوبي، ژاپن و اروپا است . همچنين يونان و تركيه مقادير قابل توجهي بنتونيت را روانه بازار مي كنند.

با تشكر از آقاي مهندس مهدي داودي