О бентоните
Бентонитом принято называть глину, содержащую не менее 70% минерала монтмориллонита. Монтмориллонит, (в дальнейшем ММ) – это высокодисперсный слоистый алюмосиликат, удельная поверхность которого может достигать 800 м2/г. Кристаллическая решетка ММ состоит из силикатных слоев, образованных двумя тетраэдрическими кремнекислородными сетками, соединенными между собой октаэдрической алюмокислородной сеткой путем сращения с ней через общие вершинные атомы кислорода. Причем, характерной особенностью ММ является то, что в октаэдрическом слое часть атомов трехвалентного алюминия замещена на атомы двухвалентных катионов за счет чего силикатные слои приобретают избыточный отрицательный заряд. который компенсируется катионами, располагающимися между слоями (рис. 1).
За счет такой «сшивки» катионами слои образуют тактоиды (рис. 2а). Тактоиды в свою очередь собираются в агрегаты (рис. 2б).
Такая структура частиц ММ обуславливает его высокую гидрофильность и адсорбционные свойства. При взаимодействии с водой гидратируются межслоевые катионы, что вызывает увеличение расстояний между слоями ММ. Такое явление называется набуханием, при котором, бентонит, может увеличивать свой объем в несколько раз. Если набухание происходит в ограниченном объеме, то бентонит образует плотную водонепроницаемую массу. В свободном же состоянии, при дальнейшем увеличении количества воды, происходит разделение агрегатов ММ, и образуется высокодисперсная устойчивая суспензия. Тактоиды могут набухать вплоть до распада на отдельные частицы (рис. 2в), и суспензия становится практически полуколлоидом с тиксотропными свойствами. В гидратированном состоянии ММ приобретает способность к замещению и обмену межслоевых, компенсирующих заряд, катионов, т.к. сила взаимодействия их с силикатными слоями ослабевает.
Благодаря отмеченным выше свойствам, бентонит нашел широкое применение более чем в 200 различных областях и направлениях. Он используется в качестве связующего в формовочных смесях и железорудных окатышах, для получения оптимальных реологических свойств и снижения показателя фильтрации буровых растворов в бурении скважин, горизонтально-направленном бурении и проходки тоннелей.
Кроме того, бентонит эффективно применяется в сельском хозяйстве – при производстве комбикормов, в качестве подстилки для животных, минерально-пищевых и регуляторных добавок, для мелиорации почвы, а также для осветления вин и соков. Из бентонита производятся наиболее качественные комкующиеся наполнители кошачьих туалетов.
В производстве керамических изделий и фарфора бентонит используют для придания пластичности и влагоудерживающих свойств керамическим массам, способствует повышению механической прочности полуфабрикатов после сушки, позволяет снизить температуру обжига. Кроме того, бентониты могут использоваться в качестве реологической добавки, применяемой в составах ангоб и глазурей для придания им устойчивости к оседанию.
В целлюлозно-бумажной промышленности бентониты помогают удерживать мелкое волокно на сетке, способствуют повышению дренажа и улучшению однородности бумажного полотна.
В лакокрасочной промышленности бентониты могут использоваться как чистом виде, так и в составе комплексных реологических добавок на их основе и предназначены для использования в качестве суспензирующей добавки, позволяющей обеспечивать седиментационную и агрегативную устойчивость пигментных наполнителей, т.е. препятствуют быстрому расслоению суспензий и образованию трудноразмешиваемых осадков.
При проведении очистки, осветления и стабилизации растительных и животных масел и жиров, минеральных масел применяют природные отбеливающие или кислотно-активированные бентониты (КАБ).
В составах сухих строительных смесей бентониты применяют в качестве водоудерживающей, водорегулирующей реологической добавки.
Бентониты могут применяться в качестве адсорбентов избыточной влажности (осушителей).
Лучшими технологическими свойствами обладают бентониты, монтмориллонит которых содержит преимущественно обменные катионы натрия. Месторождения природно-натрового бентонитов встречаются в Закавказье и в Казахстане. В отличии от них практически все российские бентониты кальциево-магниевые. Потребительские свойства таких бентонитов, содержащих не менее 60-70% монтмориллонита, после активации кальцинированной содой могут приближаться к свойствам природно-натровых.