واژه بنتونيت Bentonite از اصطلاح محلي شيلهاي بنتون واقع در ايالات وايومينگ امريكا گرفته شده است. بنتونيت يک فيلوسيليکات آلومينيوم دار با فرمول (Na,Ca)0.33 (Al,Mg)2Si4O10(OH)2.nH2O که عمدتاً از مونت موريلونيت يا كانيهاي گروه اسمكتيت تشکيل شده است . بنتونيت عمدتاً بر دو نوع است :

•بنتونيت هاي متورم Swelling bentonite يا بنتونيت هاي سديم دار

•بنتونيت هاي غيرمتورم Non-swelling bentonite يا بنتونيت هاي کلسيم دار

بنتونيت ها بر اثر هوازدگي و دگرساني خاکسترهاي آتش فشاني و اغلب در حضور آب تشکيل مي شوند و سنگ منشأ آنها اكثراً بازيك است. تجزيه خاكستر آتش فشاني عمدتاً در محيط شور و باتلاقي انجام مي شود و هر چه از آتش فشان دور شويم ، ضخامت بنتونيت کاهش مي يابد . بنتونيت هاي متورم يا بنتونيت هاي سديم دار مي توانند چندين برابر حجم معمولي خود آب جذب کند و منبسط شود ، به طوري که حالت ژله اي ، پلاستيکي و چسبندگي به خود بگيرد . اين نوع بنتونيت معمولاً در سيالات حفاري و دوغاب ( گل آب ) ديواره ها استفاده مي شود. از خواص مهم كانيهاي خانواده اسمكتيت ، جانشيني يوني، خاصيت شكل پذيري ، انبساط و انقباض يوني انها را مي توان نام برد.خواص كانيهاي خانواده اسمكتيت به ترکيب شيميايي و ساختمان آنها بستگي دارد . در كاني بنتونيت سديم دار ميزان جذب يوني ، شكل پذيري ، انبساط و انقباض از نوع کلسيم دار آن بيشتر است . ابعاد شبکه بنتونيت سديم و کلسيم دار از 6/9 آنگستروم در حالت معمولي به 20 آنگستروم در صورتي که رطوبت محيط صد درصد باشد ، افزايش خواهد يافت .

ميزان بنتونيت مصرفي در امريكا شامل 26 درصد ريخته گري ، 23 درصد گندوله آهن، 21 درصد جمع آوري فضولات گاو، 20 درصد حفاري، 8 درصد محيط زيست و 2 درصد مواد غذايي ، داروسازي و . . . است.

خاصيت رنگ بري و ميزان جذب آب بنتونيت به نوع کاني يا کاني هاي گروه اسمکتيت بستگي دارد . ميزان تورم و خاصيت رنگ بري بيشتر بنتونيت ها در حال طبيعي در پايه مطلوب نيست ، بنابراين لازم است که تغييراتي ايجاد شود تا خواص آن افزايش يابد .

بنتونيت از ورقه‌هاي آلومينا و سيليكات با پيوند سست تشكيل شده كه مي‌تواند در محيط آبي به ذرات با ابعاد 003/0 ميكرومتر ضخامت و 1/0 ميكرومتر طول جدا شود. خاصيت جدا شدن آسان و بار الكتريكي منفي سبب انتشار وسيع آن در آب مي‌شود.

بنتونيت حاوي كاتيون‌هاي قابل مبادلة Ca2+, Na+ يا Mg2+ داشته و از هر كاني ديگر به ‌جز زئوليت ظرفيت تبادل يوني بيشتري دارد. اين خاصيت بر ويژگي‌هاي تجاري آن تأثير گذاشته و تقسيم‌بندي آن بر همين اساس صورت مي‌گيرد. 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 سديم‌دار تا دماي 400 درجه ‌سانتيگراد پايدار است. نوع كلسيم با كربنات سديم واكنش داده شده تا خاصيت تورم آن افزايش پيدا كند.

مصارف انواع بنتونيت ها :

•بنتونيت هاي فعال طبيعي و بنتونيت هاي فعال شده توسط اسيد:

اين نوع بنتونيت ها در صنايع غذايي ، صنايع شيميايي ، تهيه گوگرد ، صنعت نفت ، کاغذ سازي ، صنعت قند وشکر و نوشابه ، کنترل آتش سوزي ، تميزکننده وجود دارند .

•بنتونيت هاي فعال طبيعي و بنتونيت هاي جانشيني سديم :

اين نوع بنتونيت ها در صنايع شيميايي ، کاغذ سازي ، صنعت قند وشکر و نوشابه ، تميزکننده ، موادمعدني ، سراميک ، کشاورزي ، حفاري و ريخته گري وجود دارند .

ریخته گری:

از بنتونيت هاي سديم دار به دليل خاصيت پلاستيکي و چسبندگي آن در تهيه قالب هاي ريخته گري استفاده مي شود . در تهيه قالب هاي ريخته گري ، بنتونيت به دليل چسبندگي ، دانه هاي ماسه را به هم متصل مي نمايد و خاصيت پلاستيکي آن موجب مي شود تا زير فشار آن را متراکم نموده و شکل مناسب قالب را تهيه نمود .

گندوله آهن :

از بنتونيت هاي سديم دار براي تهيه گندوله آهن استفاده مي شود .

حفاري چاه:

در حفاري نفت و گاز از بنتونيت هاي سديم دار استفاده مي شود . با آزاد شدن بنتونيت در آب، پوسته‌هاي نسبتاً بزرگ سديم بنتونيت به ذرات كلوئيدي تبديل شده و انرژي الكتريكي ذخيره شده در شبكه بلوري را آزاد مي‌كنند و در حدود 15 تا 30 برابر حجم اوليه متورم مي‌شوند. از اين خاصيت در حفاري براي پراكنده سازي مواد سنگين‌كننده و قطع حفاري استفاده مي‌شود، بدين صورت بنتونيت پوششي را روي ديواره چاه ايجاد كرده و از مهاجرت نفت و گاز ممانعت مي‌كند و ديواره را پايدار و مته را نيز چرب مي‌كند. همچنين بنتونيت، مواد آلي و غير آلي را از مخلوط آب جذب كرده و ويسكوزيته آن در برداشت و بالا آوردن نخاله‌هاي حفاري كمك مي كند. هكتوريت نيز خواص مشابهي دارد.

بنتونيت2-5 % وزني گل‌هاي حفاري آبي را تشكيل مي‌دهد, هرچند در انواع ديگر گل حفاري مانند انواع روغني يا مصنوعي نيز روز بروز كاربرد بيشتري پيدا مي‌كند، در بعضي موارد آن 2-1 % را به خود اختصاص داده و يا كاملاً با پلي‌مرها جايگزين مي‌شود.

تصفيه و رنگبري :

در صنعت تهيه روغن دانه هاي گياهي و پتروشيمي از بنتونيت کلسيم دار به دليل قابليت مناسب جانشيني کاتيوني و خاصيت رنگبري استفاده مي شود .

فضولات گاوي :

در گاوداري ها از بنتونيت سديم دار به دليل قابليت جذب بالاي آن براي جذب ادرار و ديگر فضولات استفاده مي شود . در امريکا 21 % بنتونيت در اين بخش به مصرف مي رسد .

مواد شوينده :

در تهيه مواد شوينده از بنتونيت سديم و يا کلسيم دار به دو دليل استفاده مي شود :

1-جلوگيري از راسب شدن مواد

2-خاصيت نرمي آن .

داروسازي :

بنتونيت در صنايع داروسازي به نام صابون کاني يا صابون رسي معروف است . اين ماده به صورت طبيعي ، به حالت سيليکات آبدار آلومينيوم Al2O3.4SiO2.H2O است که عمدتاً از مونت موريلونيت تشکيل شده است و ممکن است عناصر کلسيم ، منيزيم و آهن نيز در ترکيب آن وجود داشته باشد . پودر دارويي بنتونيت بسيار دانه ريز ، بي بو و به رنگ سفيد مايل به خاکستري با حالتي زرد يا صورتي است .

بنتونيت در آب غير محلول است و با جذب مقدار کمي از آب متورم مي شود و سوسپانسيون 2 % آن در آب ، PH قليايي ( 5/9 تا5/10 ) توليد مي کند . بنتونيت با جذب آب به صورت ژل در مي آيد که غلظت آن به مقدار بنتونيت وارد شده در آب بستگي دارد .

از خاصيت جذبي اين ماده به عنوان تثبيت کننده و تصفيه کننده استفاده مي شود . نام دارويي اين ماده لوسيون کالامين ( Calamin-Lotoin) يا بنتونيت ماگما مي باشد .

كاربرد در مهندسي عمران:

علاوه بر خواص قبلي، سديم بنتونيت داراي پلاستيسيته و چرب‌كنندگي خوب، مقاومت برشي بالا، نفوذناپذيري و تراكم‌پذيري و تحكيم‌پذيري پايين است. به عنوان مثال ملات با 5-3 % سديم بنتونيت براي پايدار‌سازي ديواره‌ها بكار مي‌رود، همچنين براي جمع‌آوري فلزات سنگين از آب‌هاي زائد و پركردن فضاهاي خالي استفاده مي‌شود (پوشش مخازن ذخيره فاضلاب، باتلاق‌هاي آب‌هاي صنعتي، جاسازي زباله‌هاي اتمي در زيرزمين, احداث سدها، كانال، مخازن, ترانشه‌ها و...).

محيط زيست :

پساب هاي صنعتي و کشاورزي مهمترين عامل آلوده کننده آب هاي سطحي و زيرزميني هستند . به منظور کنترل اين پساب ها ، محيط هاي نگهداري و انتقال را با استفاده از بنتونيت هاي سديم دار بايد ايزوله نمود .

پليتي كردن كانة آهن:

از دهة 1950 به ‌منظور پليتي كردن، بنتونيت برابر كانة منيتيت و هماتيت ريزدانه اضافه مي‌گردد. حدود 8-6 كيلوگرم سديم بنتونيت به 1 تن كانه آهن خشك اضافه مي‌گردد.

ماسه‌هاي گداز فلز:

6-4% بنتونيت براي به‌ هم چسباندن دانه‌هاي ماسه‌سبز قالب‌ريزي و چرخة ريخته‌گري فلزات مورد استفاده قرار مي‌گيرد. در فرمول‌بندي قالب‌ريزي پيشرفته خاك‌ زغال، سلولز، غله، نشانه قير يا ديگر منابع كربن به آن اضافه مي‌گردد . اين مواد براي جلوگيري از تخريب بعد از برداشت قالب الگو ضروري است. سديم بنتونيت و كلسيم بنتونيت هردو مي‌توانند استفاده شوند ولي نوع سديم در دماي بالا پايدارتر است .

بكارگيري بنتونيت به عنوان جاذب رطوبت:

به علت خاصيت جذب رطوبت در غذاي حيوانات، حشره‌كش‌ها، دفع زباله و پايدارسازي خاك بكار مي‌رود.

جذب يون‌ها:

خاصيت جذب يون‌ها و مولكول‌ها توسط بنتونيت بسيار بالا است. نوع كلسيم‌دار سريعتر آب جذب مي‌كند ولي نوع سديم‌دار ظرفيت بيشتري دارد, نوع كلسيم دار با اسيد آلي واكنش داده شده تا ناخالصي‌هايي مانند كلسيت را حل كند, يون هاي دوظرفيتي مانند كلسيم را با هيدروژن جايگزين كند و فلزاتي مانند آهن II و III، آلومينيم و منيزيم را شسته باعث افزايش سطح مخصوص و تخلخل و تغيير شبكة بلورين شود. از آن براي تصفيه، رنگ‌زدايي، آبگيري و گندزدايي روغن‌هاي حيواني و گياهي و يا خنثي‌سازي بكار مي‌رود. بنتونيت ناخالصي‌ها و باكتري‌هاي لخته‌شده را جذب و با حذف نمك‌هاي منيزيم و كلسيم سبب نرم‌شدن آب مي‌شود.

پركننده:

بعضي از انواع كلسيم بنتونيت سفيد رنگ بوده و در پايدارسازي امولسيون‌ها و به عنوان مادة ژله‌ساز، چسبنده و نرم‌كننده استفاده مي‌شود.

بنتونيت بهبود دهنده:

سديم بنتونيت براي تغيير خواص تركيبات آلي مايع مانند ويسكوزيته، سوسپانسيون و ... به آنها افزوده مي‌شود. كاغذ چاپ بدون كربن، گل حفاري، گريس، رنگ، جوهر چاپ، تصفيه نفت، روغن، حلال و كاتاليزورهاي Si/Al را مي‌توان از مخلوط كردن رس‌هايي مانند بنتونيت با اسيد و كلسيم‌دار كردن آن بدست آورد كه از آن براي حذف عناصر قليايي، قليايي خاكي، آهن ، Al و Mg استفاده مي‌شود.

هكتوريت:

اندازة ذرات كوچكتر، سطح ويژه بزرگتر و ظرفيت بالاي تبادل كاتيوني، خواص ويسكوزيته و آماس آن را از مونتموريلونيت بيشتر مي‌كند (گل حفاري). هكتوريت يا مخلوط آن با مونتموريلونيت براي تعليق (داروهاي ضد اسيد معده، پاك‌كننده‌هاي ساينده، گندزداهاي مايع)، ژله‌سازي (مواد آرايش صورت، خمير ريش، پماد جوش) و ... استفاده مي‌شود.

استانداردها:

انستيتو نفت آمريكا 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 15 سانتي‌پواز، از يك تن رس استفاده مي‌شود. در آزمايش دانه‌بندي، كمتر از 5/2% بايد روي مش 200 باقي بماند.

بنتونيت مورد استفاده در ريخته‌گري:

92% مونتموريلونيت، 3% كوارتز، 5% فلدسپار، 12-6% رطوبت، PH 3/8 ، كمتر از 70/0 % CaO ، حدرواني 800-600، مفاومت تراكمي خشك 656Kpa ، ظرفيت متيلن‌بلو 100Meg/100y، دامنة تغييرات اندازة دانه 95-69% ، 75mm با 95-90% استاندارد معمول جامعة ريخته‌گران فولاد آمريكا.

براي پليتي كردن كانه آهن:

استانداردي وجود ندارد، ولي حالت مناسب 90-70 % ، 44 ميكرومتر با 10% رطوبت.

دانه‌هاي جاذب رطوبت:

نيازمند مخلوط يكنواخت از كاني‌هاي سيليكاتي كه تميز، يكنواخت، بدون كلوخه و مواد خارجي باشند، درصد مونتموريلونيت 90-80% با اندازه مش 50-20.

كاتاليست:

اسمكيت با درجة خلوص بسيار بالا با آهن بسيار پايين.

بازيافت:

احياء ماسه‌هاي قالب‌ريزي در ريخته‌گري بدليل افزايش تصاعدي قيمت خريد و دفع آنها، روز به ‌روز در حال گسترش است. با اين حال بنتونيت تازه نيز به آن اضافه مي‌شود، چراكه نوع بازيافتي بدليل اينكه تا دماي 600 درجة 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 مي‌گيرد. امكان بازيافت ازگل حفاري تا حدي وجود دارد، با اين وجود هزينة جداسازي مواد تشكيل دهندة گل به‌اندازة هزينة هركدام مي‌شود.

جايگزين‌ها:

جاذب:

آتاپولگيت/سپيوليت، دياتوميت، ژيپس، پلي‌پروپيلن، خاك ‌اره، زئوليت.

حمل كننده:

آتاپولگيت، بنتونيت، دياتوميت، كائولن، پيت، پوميس، پيروفيليت، سپيوليت، تالك، ورميكوليت، زئوليت.

گل حفاري:

پلي‌مرهاي مختلف مانند پلي‌اكريلايدهاي تا حدي آبدار شده، آتاپولگيت، سپيوليت.

پليتي كردن كانة آهن:

پليمرها.

تصفيه كردن روغن‌ها:

بوكسيت فعال شده، سيليكات منيزيم.

مادة ژلاتيني و ضخيم‌ساز:

آتاپولگيت/ سپيوليت، پليمرهاي مختلف، ضخيم‌كننده‌هاي سلولزي.

جدول 1 ميزان مصرف بنتونيت برحسب کاربرد در صنايع گوناگون جهان در سال 1995 را نشان مي دهد. بر طبق اين جدول از ميزان کل مصرف 15200 هزار تن، 1760 هزار تن در حفاري چاه هاي نفت، 1600 هزار تن در پليتي كردن كانة آهن، 3800 هزارتن در ماسه‌هاي گداز فلز، 4503 هزارتن به عنوان جاذب، 405 هزارتن در تصفيه كردن روغن‌ها، 1060 هزارتن در کشاورزي و 450 هزارتن درمهندسي عمران استفاده مي گردد.

منبع : وبلاگ دنیای قدرت برق

نظرات شما عزیزان:

نام :

آدرس ایمیل:

وب سایت/بلاگ :

متن پیام:

نظر خصوصی

 کد را وارد نمایید:

 

 

 

عکس شما

آپلود عکس دلخواه: