موضوع: دسته بندی نشده

سابقه استفاده از پودر بنتونیت در صنایع مختلف از جمله حفاری چاه های نفت و گاز، غذایی، شیمیایی و … به هفتاد سال پیش برمیگردد. برای اولین بار دانشمندی به نام نایت در سال 1848 میلادی در منطقه ای به نام بنتون در آمریکا به هنگام مشاهده ماده رسی با ویسکوزیته پلاستیکی بسیار بالا از واژه بنتونیت استفاده کرد (Grim, 1953, p. 361). درصد بالایی از مواد معدنی تشکیل دهنده بنتونیت را دانه های بسیار ریز کانی های رسی مونت موریلونیت تشکیل می دهند. علاوه بر ماده معدنی مونت موریلونیت کانی های دیگری از جمله کوارتز ها، فلدسپارها، کریستال های آتش فشانی، مواد آلی، ژیپس یا کانی پیریت نیز از جمله کانی های تشکیل دهنده بنتونیت هستند. از دیدگاه شیمیایی به مونت موریلونیت به صورت آلومینیوم سیلیکات های هیدروژن دار که شامل مقادیر ناچیزی از فلزات آلکالی و آلکالاین می باشند نیز نگاه می شود. از نظر ساختاری، کانی های مونت موریلونیت از دو بلوک تشکیل شده  اند، صفحات هشت وجهی آلومینیوم و صفحات چهاروجهی سیلیکا که در شکل های 1 و 2 نشان داده شده اند.

شکل1- شماتیک نشان دهنده (A) واحد هشت وجهی، (B) قسمتی از ساختار صفحه هشت وجهی

شکل2-شماتیک نشان دهنده (A) سیلیکا واحد چهار وجهی، (B) قسمتی از ساختار صفحه چهاروجهی سیلیکا

یک سلول واحد مونت موریلونیت شامل دو صفحه چهاروجهی سیلیکا که مابین این دو صفحه یک صفحه هشت وجهی آلومینیوم قرار دارد که در شکل 3 نشان داده شده است.

شکل 3- شمایتک نشان دهنده ساختار مونت موریلونیت (after Grim, 1953)

مونت موریلونیت دارای ظرفیت تبادل کاتیونی در محدوده 70 تا 110 میلی اکی والان به ازای 100 گرم رس است. کاتیون های قابل جایگزینی، از نظر نوع و مقدار اهمیت زیادی در کنترل خصوصیات فیزیکی مونت موریلونیت دارند. مونت موریلونیت خاصیت جذب آب و فلزات سنگین را نیز دارد که پس از جذب، حجم مونت موریلونیت افزایش می یابد.

کاربرد بنتونیت در صنایع مختلف

کاربرد بنتونیت در صنعت کاملا وابسته به میزان واکنش پذیری بنتونیت با مواد مختلف از جمله آب، مواد آلی، آمین ها و … می باشد که طبق این خواص تعیین می شود که بنتونیت در کدام شاخه از صنعت استفاده شود به عنوان مثال در صنایع رنگ، تصفیه روغن های صنعتی و خوراکی، مواد شیمیایی، حفاری چاه های نفت و گاز، چسپ های صنعتی و موارد مختلف دیگر کاربرد دارد. از دیگر مشخصات قابل توجه بنتونیت محیط شکل گیری و تشکیل کانی بنتونیت است که براساس محیط شکل گیری، کانی بنتونیت به دو دسته سدیمی و کلسیمی تقسیم بندی می شوند. بنتونیت های سدیمی نسبت به بنتونیت های کلسیمی میزان تورم بیشتری دارند. با مقایسه میزان تورم بنتونیت کلسیمی و سدیمی خاصیت فیزیکی دیگری تحت عنوان تبادل یونی در صنایع مختلف مطرح می گردد. از بنتونیت های سدیمی با خاصیت تورم بالا، در صنعت حفاری چاه های نفت و گاز به عنوان گل های حفاری، ژل های تاخیردهنده و پایدارکننده های امولسیونی استفاده می شود که به حداکثر ویسکوزیته و خواص ژلاتینی نیاز است. همچنین بنتوینت های سدیمی در صنایع دارویی و خاموش کننده های صنعتی نیز استفاده می گردند. در حالی که بنتونیت های کلسیمی عمدتا در صنایع مختلفی چون تصفیه روغن های صنعتی و خوراکی و افزودنی های چسپ در صنایع ریخته گری و تهیه قالب ها و همچنین در تهیه مواد عایق و خوراک دام استفاده می شوند که در برخی مواقع که ترکیب خاصی برای ماسه های حاوی افزودنی های سلولزی نیاز است از ترکیب بنتونیت های کلسیمی و سدیمی استفاده می شود که عمدتا این ترکیب در صنایع بتنی و سرامیک استفاده می گردد.

بنتونیت فعال شده با اسید و کاربردهای آن

بنتونیت های کلسیمی و سدیمی فعال شده با اسید نسبت به بنتونیت های کلسیمی و سدیمی معمولی از نظر خصوصیات فیزیکی و شیمیایی از جمله ساختار کریستالی کانی اسمکتایت، ترکیب شیمیایی، ظرفیت تبادل کاتیونی، ظرفیت جذب سطحی، سطح ویژه، میزان اسیدی شدن سطحی، تغییر توان کاتالیستی و تخلخل متفاوت می باشند که وابسته به شرایط فعال شدن با اسید می باشد. از اسید سولفوریک برای فعال سازی بنتونیت استفاده می گردد که با توجه به غلظت مولار اسید سولفوریک، خصوصیات متفاوتی طی فرایند تبادل یونی در پودر بنتونیت کلسیمی یا سدیمی به وجود می آید و کاربردهای مختلفی نیز در صنایع دارند. با استفاده از آنالیز شیمیایی و تست پراش پرتو ایکس می توان کسر وزنی کانی ها و عناصر مختلف را در پودر بنتونیت فعال شده با اسید اندازه گیری نمود. همچنین با استفاده از تست جذب سطحی و دفع نیتروژن می توان حجم مخصوص فضای متخلخل مزو و میکرو را اندازه گیری نمود. همچنین با استفاده از تست های اسکن میکروسکوپ الکترونی (SEM) و تشخیص پراکندگی انرژی امواج ایکس (EDS) نیز می توان به مقایسه خواص بنتونیت فعال شده با اسید و بنتونیت کلسیمی و سدیمی معمولی پرداخت. با افزایش غلظت مولار اسید سولفوریک کسر وزنی کاتیون های 〖Ca〗^(+2)، 〖Na〗^(+1)، 〖Mg〗^(+2)، 〖Fe〗^(+2،+3)، 〖Al〗^(+3)، K^(+1)، 〖Si〗^(+4) و 〖Ti〗^(+4) و همچنین فضای متخلخل مزو و میکرو در بنتونیت فعال افزایش می یابد. از جمله کاربرد های بنتونیت فعال شده با اسید در تهیه خاک رنگبر، حذف موثر آلاینده های آلی از اسید فسفریک صنعتی، تصفیه روغن های خوراکی، گیاهی و صنعتی، استفاده به عنوان خاک در چاه ارت، شفاف کننده محصولات غذایی، تصفیه پساب های صنعتی کارخانجات، پتروشیمی و هسته ای، صنایع کاشی و سرامیک، تولید ذرات کلوئیدی معلق کننده در رنگ ها، تولید و تهیه سموم گیاهان، صنایع سلولزی و کاغذسازی و بسیاری دیگر از صنایع اشاره نمود.