Бентонит - Bentonite

Бентонит (вулканический пепел) из Вайоминг
Серый сланец и бентониты (Benton Shale; Колорадо-Спрингс, Колорадо)

Бентонит (/ˈбɛптəпʌɪт/)[1] является абсорбент алюминий филлосиликат глина состоящий в основном из монтмориллонит. Одна из первых находок бентонита была в Меловой Benton Shale возле Рок-Ривер, Вайоминг. Группа Fort Benton, наряду с другими в стратиграфической последовательности, была названа в честь Форт Бентон, Монтана в середине 19 века Филдинг Брэдфорд Мик и Ф. В. Хайден Геологической службы США.[2]

Различные типы бентонита названы в честь доминирующих элемент, Такие как калий (К), натрий (Na), кальций (Ca) и алюминий (Ал). Специалисты обсуждают ряд номенклатурных проблем с классификацией бентонитовых глин. Бентонит обычно образуется в результате выветривания вулканический пепел, чаще всего в присутствии воды. Однако термин бентонит, как и подобная глина, называется Тонштайн, был использован для описания глинистых пластов неопределенного происхождения. Для промышленных целей существует два основных класса бентонита: бентонит натрия и бентонит кальция. В стратиграфия и тефрохронология, полностью девитрифицированный (выветрившееся вулканическое стекло) пласты пеплопадов обычно называют K-бентонитами, когда доминирующими видами глины являются иллит. В дополнение к монтмориллонит и иллит Другой распространенный вид глины, который иногда является доминирующим, - каолинит. Глины с преобладанием каолинита обычно называют тонштейнами и обычно связаны с каменный уголь.

Типы

Бентонит натрия

Бентонит натрия расширяется во влажном состоянии, впитывая в несколько раз больше, чем в сухом состоянии. масса в воде. Благодаря отличному коллоидный характеристики,[3] это часто используется в буровой раствор за масло газовые скважины и скважины для геотехнических и экологических исследований.[4] Свойство набухания также делает бентонит натрия полезным в качестве герметика, поскольку он обеспечивает самоуплотняющийся барьер с низкой проницаемостью. Он используется для выравнивания основания свалки, Например. Различные модификации поверхности натриевого бентонита улучшают некоторые реологический или герметичность в геоэкологических приложениях, например, добавление полимеров.[5]

Бентонит кальция

Бентонит кальция - полезный адсорбент ионов в растворе,[6] а также жиры и масла. Это основной активный ингредиент Земля Фуллера, вероятно, одно из первых промышленных чистящих средств.[7]

Бентонит кальция может быть преобразован в бентонит натрия (так называемое обогащение натрия или активация натрия), чтобы проявлять многие свойства бентонита натрия посредством ионный обмен процесс. Обычно это означает добавление 5–10% растворимой натриевой соли, такой как карбонат натрия чтобы смочить бентонит, хорошо перемешать и дать время для ионного обмена, и воду для удаления обмененного кальция.[нужна цитата ] Некоторые свойства, такие как вязкость и водоотдача суспензий, бентонита кальция, обогащенного натрием (или бентонита, активированного натрием), могут не полностью соответствовать свойствам природного бентонита натрия.[3] Например, остаточные карбонаты кальция (образующиеся при недостаточном удалении обменных катионов) могут привести к ухудшению характеристик бентонита в геосинтетических покрытиях.[8]

Бентонит калия

Калийный бентонит, также известный как калиевый бентонит или калиевый бентонит, представляет собой богатую калием иллитовую глину, образованную в результате изменения вулканического пепла.[9]

Использует

Очищение

Бентониты используются для обесцвечивания различных минеральных, растительных и животных масел. Они также используются для осветления вина, ликеров, сидра, пива, медовухи и уксуса.[4]

Создание бентонитовой суспензии для оклейки после отжима вина

Основное применение бентонита - это буровой раствор, связующее (например, связующее для формовочного песка, гранулятор железной руды), очиститель, абсорбент (например, наполнитель для туалета для домашних животных) и в качестве барьера для грунтовых вод.[4] Примерно к 1990 году почти половина производства бентонита в США использовалась в качестве бурового раствора.[4]

Бентонит также считается эффективным недорогим адсорбентом для удаления хром (VI) ионы из водных растворов (загрязненные сточные воды).[10]

Буровой раствор

Бентонит используется в буровые растворы для смазки и охлаждения режущих инструментов, удаления стружки и предотвращения выбросов.[4] Бентонит в значительной степени полезен при бурении и геотехническая инженерия промышленность исходит из своего уникального реологический характеристики. Относительно небольшие количества бентонита, взвешенного в воде, образуют вязкий, разжижающийся при сдвиге материал. Чаще всего бентонитовые суспензии также тиксотропный, хотя редкие случаи реопектический о поведении также не поступало. При достаточно высоких концентрациях (около 60 граммов бентонита на литр суспензии) суспензии бентонита начинают приобретать характеристики гель (жидкость с минимальным пределом текучести, необходимым для движения). Итак, это общий компонент буровой раствор используется для сокращения вторжение бурового раствора его склонностью к помощи в формировании грязевая корка.

Связующее

Бентонит широко использовался в качестве связующего для литейного песка при литье чугуна и стали. Бентонит натрия чаще всего используется для больших отливок, в которых используются сухие формы, в то время как бентонит кальция чаще используется для небольших отливок, в которых используются «зеленые» или влажные формы.[4] Бентонит также используется в качестве вяжущего при производстве железной руды (таконит ) окатыши, используемые в сталелитейной промышленности. Бентонит, в небольшом количестве, используется в качестве ингредиента в коммерческих и самодельных глиняных телах и керамических глазури. Он значительно увеличивает пластичность глиняных тел и уменьшает оседание глазури, что упрощает работу с ними в большинстве случаев.

Ионная поверхность бентонита имеет полезное свойство создавать липкое покрытие на песчинках. Когда небольшая часть тонкоизмельченной бентонитовой глины добавляется к твердому песку и увлажняется, глина связывает частицы песка в формуемый заполнитель, известный как зеленый песок используется для изготовления форм в литье в песок. Некоторые дельты рек естественным образом откладывают именно такую ​​смесь глинистого ила и песка, создавая естественный источник отличного формовочного песка, который имел решающее значение для древних технологий обработки металлов. Современные химические процессы модификации ионной поверхности бентонита значительно усиливают эту липкость, что приводит к получению замечательно тестообразных, но прочных смесей формовочного песка, устойчивых к температурам расплавленного металла.

Такое же отложение бентонитовой глины на пляжах объясняет разнообразие пластичности песка от места к месту для строительства. замки из песка. Пляжный песок, состоящий только из кремнезема и зерен ракушки, плохо плесневется по сравнению с зернами, покрытыми бентонитовой глиной. Вот почему одни пляжи лучше подходят для строительства замков из песка, чем другие.

Самоприлипчивость бентонита позволяет набивать глину под высоким давлением или прессовать ее в формах для получения твердых огнеупорных форм, таких как модель ракеты насадки.

Адсорбент

Бентонит обладает свойством адсорбирующий относительно большое количество белок молекулы из водных растворов. Следовательно, бентонит уникально полезен в процессе виноделие, где он используется для удаления чрезмерного количества белок из белые вина. Если бы не использование бентонита, многие или большинство белых вин выпали бы в осадок нежелательно. хлопьевидный облака или дымка при воздействии высоких температур, поскольку эти белки денатурировать. Он также имеет случайное использование для более быстрого разъяснение как красных, так и белых вин.

Бентонит используется во множестве предметов ухода за домашними животными, таких как кошачьи отходы чтобы впитать запах и окружить кал. Он также используется для впитывания масел и жиров.

Барьер грунтовых вод

Свойство набухания при контакте с водой делает бентонит натрия полезным в качестве герметика, поскольку он обеспечивает самоуплотняющийся барьер с низкой проницаемостью. Он используется для выравнивания основания свалки предотвратить миграцию фильтрат, для карантина металлических загрязнителей подземных вод и для герметизации систем подземного захоронения отработавшего ядерного топлива.[11] Аналогичное использование включает изготовление стены из шлама, гидроизоляция подземных стен и формирование других непроницаемых барьеров, например, для герметизации кольцо из колодец с водой, чтобы заткнуть старые колодцы.

Бентонит можно также «зажать» между синтетическими материалами для создания футеровка из геосинтетической глины (GCL) для вышеупомянутых целей. Этот метод обеспечивает более удобную транспортировку и установку, а также значительно снижает объем необходимого бентонита. Он также используется для создания барьера вокруг недавно посаженных деревьев, чтобы ограничить рост корней и предотвратить повреждение близлежащих труб, пешеходных дорожек и другой инфраструктуры. Фермеры используют бентонит для герметизации отстойных прудов и линейных каналов.

Медицинское

Бентонит прописан как слабительное средство, а также используется в качестве основы для многих дерматологических формул.[12] Гранулированный бентонит изучается для использования в перевязочных материалах для ран на поле боя.[13] Бентонит также продается в Интернете и в торговых точках по разным показаниям.[14]

Бентокватам - это лекарство для местного применения на основе бентоната, предназначенное для защиты от воздействия урушиол, масло, содержащееся в таких растениях, как Ядовитый плющ или же ядовитый дуб.[15]

Бентонит также может использоваться в качестве осушителя из-за его адсорбционных свойств. Бентонитовые осушители успешно используются для защиты фармацевтических, нутрицевтических и диагностических продуктов от разложения влаги и продления срока хранения. Фактически, в наиболее распространенных упаковочных средах бентонитовые осушители обладают более высокой адсорбционной способностью, чем силикагель осушители. Бентонит соответствует требованиям FDA для контакта с пищевыми продуктами и лекарствами.[16]

В тайском сельском хозяйстве

Применение бентонитовой глины фермерами на северо-востоке Таиланда резко изменило ситуацию. деградация почвы и привело к большей экономической отдаче с более высокой урожайностью и более высокими ценами на продукцию. Исследования, проведенные Международный институт управления водными ресурсами и партнеры в 2002–2003 годах сосредоточили свое внимание на применении бентонитовых глин местного происхождения на деградированных почвах в регионе. Эти приложения проводились в рамках структурированных полевых испытаний. Применение бентонитовых глин эффективно повышает урожайность кормов. сорго выращивается в неорошаемых условиях.[17][18]

Применение бентонита также повлияло на цены, которые фермеры получали за свой урожай. Себестоимость продукции выше, но из-за увеличения производства и качества продуктов питания фермеры, выращивающие глину, могут позволить себе инвестировать и выращивать больше продуктов лучшего качества по сравнению с фермерами, не использующими глину.[19][20]

Бентонитовые стены из шлама в современном строительстве

Бентонит стены из шлама (также известные как стенки диафрагмы[21]) используются в строительстве, где стенка из раствора представляет собой траншею, заполненную толстым слоем коллоидный смесь бентонита и воды.[22]Траншея, которая может обрушиться из-за гидравлического давления в окружающей почве, не разрушается, поскольку жидкий навоз уравновешивает гидравлическое давление. Формы для бетона и арматуры можно собирать в траншее, заполненной жидким раствором, а затем заливать в форму бетон. Более плотный жидкий бетон вытесняет менее плотную бентонитовую суспензию и заставляет ее вытекать из траншеи. Эта вытесненная бентонитовая суспензия затем направляется в установку по переработке, откуда ее впоследствии можно повторно использовать в новой траншее в другом месте строительной площадки.

Кроме того, поскольку коллоид относительно непроницаем для воды, стенка из суспензии может предотвратить просачивание грунтовых вод, что полезно для предотвращения дальнейшего распространения грунтовых вод, загрязненных токсичными материалами, такими как промышленные отходы.[22]

Керамика

Глина, из которой сделана керамика, описывается как «пластичная», если она может растягиваться без трещин, или «короткая» или непластичная, если она имеет тенденцию к разрушению при формировании. Чтобы сделать глиняную смесь более пластичной, часто добавляют небольшое количество бентонита. Это облегчает формирование глины с помощью таких методов, как набрасывание гончарный круг и различные техники ручного строительства. Короткая глина, такая как фарфор смесь, состоящая только из каолинит и полевой шпат, могут быть сформированы только ограниченным набором методов, таких как прессование и формование, которые не подвергают глину напряжению. Одна из проблем с добавлением бентонита заключается в том, что он обычно содержит минералы, влияющие на цвет смеси.

Керамические глазури часто содержат бентонит. Бентонит добавляется для замедления или предотвращения оседания глазури. Он также может улучшить стабильность нанесения глазури на пористые бисквитный посуда. Как только определенное количество глазури впиталось печеньем, бентонит эффективно закупоривает поры и препятствует впитыванию дополнительной воды, что приводит к более равномерной толщине покрытия.

Экстренное использование

Бентонит используется в промышленности и в качестве химического абсорбента и герметика для контейнеров.

История и естественное происхождение

Дальнейшая информация: Список стран по производству бентонита

В 2011 году США были крупнейшим производителем бентонита, на их долю приходилась почти треть мирового производства, за ними следовали Китай и Греция.[23]

Самый высококачественный природный бентонит натрия добывается на западе США в районе между Black Hills из южная Дакота и Низина Бигхорн штата Вайоминг и региона Токат Ресадие в Турции.[4] Смешанный бентонит натрия / кальция добывается в Греция, Австралия, Индия, Россия, и Украина.

В Соединенных Штатах бентонит кальция добывается в основном в Миссисипи и Алабама.[4] Другие крупные регионы, производящие бентонит кальция, включают Новую Зеландию, Германию, Грецию, Турцию, Индию и Китай.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ https://en.oxford dictionaries.com/definition/bentonite
  2. ^ [1]
  3. ^ а б Одом, И. Э. (1984). «Полезные ископаемые смектитовой глины: свойства и применение». Философские труды Королевского общества A: математические, физические и инженерные науки. 311 (1517): 391–409. Bibcode:1984RSPTA.311..391O. Дои:10.1098 / рста.1984.0036. JSTOR  37332. S2CID  123128039.
  4. ^ а б c d е ж грамм час Хостерман, Дж. и С. Паттерсон. 1992. Бентонит и земные ресурсы Фуллера США. Профессиональный документ геологической службы США 1522. Типография правительства США, Вашингтон, округ Колумбия, США.
  5. ^ Тенг, Б.К.Г. 1979 г. Образование и свойства глинисто-полимерных комплексов.. Развитие почвоведения 9. Эльзевир, Амстердам, ISBN  0-444-41706-0
  6. ^ Лагали Г., 1995. Поверхностные и межслоевые реакции: бентониты как адсорбенты. С. 137–144, в Churchman, G.J., Fitzpatrick, R.W., Eggleton R.A. Глины, контролирующие окружающую среду. Материалы 10-й Международной конференции по глине, Аделаида, Австралия. CSIRO Publishing, Мельбурн, ISBN  0-643-05536-3
  7. ^ Р.Х.С., Робертсон, 1986. Земля Фуллера. История монтмориллонита кальция. Volturna, Press, Великобритания, ISBN  0-85606-070-4
  8. ^ Гийонне, Доминик; Гоше, Эрик; Габорио, Эрве; Понс, Шарль-Анри; Клинард, Кристиан; Norotte, VéRonique; Дидье, Жерар (2005). «Взаимодействие геосинтетической глины с фильтрата: взаимосвязь между проницаемостью, микроструктурой и химией поверхности». Журнал геотехнической и геоэкологической инженерии. 131 (6): 740. Дои:10.1061 / (ASCE) 1090-0241 (2005) 131: 6 (740).
  9. ^ Бентонит калия. Словарь научных и технических терминов Макгроу-Хилла. Проверено 12 июня 2008 г., Answers.com
  10. ^ Мемеди, Хамдидже; Атковская, Катерина; Лисичков, Кирилл; Маринковский, Мирко; Кувендзиев, Стефан; Божиновски, Зоран; Река, Арианит А. (28 июня 2017 г.). «Разделение Cr (VI) из водных растворов природным бентонитом: исследование равновесия». Качество жизни (Баня-Лука) - APEIRON. 15 (1–2). Дои:10.7251 / QOL1701041M.
  11. ^ Карнланд, О., Олссон, С. и Нильссон, У. 2006. Минералогические и герметизирующие свойства различных бентонитов и глинистых материалов, богатых смектитом. Технический отчет СКБ TR-06-30. Стокгольм, Швеция. [2]
  12. ^ Бентонит В архиве 1 августа 2009 г. Wayback Machine с сайта oregonstate.edu
  13. ^ [3] из Официального журнала Европейского совета по реанимации
  14. ^ «FDA предупреждает потребителей о рисках для здоровья с помощью Alikay Naturals - Bentonite Me Baby - Bentonite Clay». Лекарства: безопасность и доступность лекарств. USFDA. 29 января 2016 г.. Получено 30 января 2016.
  15. ^ DrugBank
  16. ^ "База данных избранного комитета по веществам GRAS (SCOGS) по обзорам бентонита". База данных FDA. FDA. Получено 15 августа 2011.
  17. ^ Нобл, А. Д., Руайсунгнерн, С., Пеннинг де Фрис, Ф. В. Т., Хартманн, К. и Уэбб, М. Дж. 2004. Повышение агрономической продуктивности деградированных почв в Северо-восточном Таиланде с помощью вмешательств на основе глины. В Сенг, В., Э. Красуэлл, С. Фукаи и К. Фишер, редакторы, Вода и сельское хозяйство, Протоколы № 116, ACIAR, Канберра, стр. 147–160.
  18. ^ Судзуки, Синдзи; Благородный, Андрей; Ruaysoongnern, Sawaeng; Чинабут, Наронг (2007). «Повышение водоудерживающей способности и структурной устойчивости песчаной почвы на северо-востоке Таиланда». Исследования и управление засушливыми землями. 21: 37–49. Дои:10.1080/15324980601087430. S2CID  129687297.
  19. ^ Салет, Р.М., Иносенсио, А., Нобл, А.Д., и Руайсуннерн, С. 2009. Повышение плодородия почвы и водоудерживающей способности с применением глины: влияние исследований по восстановлению почв на северо-востоке Таиланда. Отчет об исследовании IWMI (в обзоре).
  20. ^ Благородный, A.D .; Gillman, G.P .; Nath, S .; Шривастава, Р. Дж. (2001). «Изменение характеристик поверхностного заряда деградированных почв влажных тропиков за счет добавления обогащенного бентонита». Австралийский журнал почвенных исследований. 39 (5): 991. Дои:10.1071 / SR00063.
  21. ^ «Стенка диафрагмы». Получено 18 мая 2014.
  22. ^ а б Гутберле (1994). «Шламовые стены». Технологический институт Вирджинии. Архивировано из оригинал на 2012-01-05. Получено 2012-01-05.
  23. ^ T. Brown et al. 2013. Мировая добыча полезных ископаемых 2007–2011 гг.. Британская геологическая служба, Ноттингем, Англия.

внешняя ссылка