بنتونیت و انواع آن
اصطلاح بنتونیت نخستین بار در سال ۱۸۹۸ توسط دانشمندی به نام نایت، به خاک رسی که از شیل بنتون در آن زمان استخراج گردید، اطلاق شد. این واژه از اصطلاح محلی شیل‌های بنتون ایالت وایومینگ آمریکا گرفته شده است .
تاریخچه و وضعیت تولید بنتونیت در ایران و جهان
ایرانیان از قدیم بنتونیت را با عناوین خاک رنگبر، گل سرشو و رس صابونی می‌شناختند و با بعضی خواص آن از‌جمله، شستشوی لباس و به عنوان ماده تمیز‌کننده آشنا بودند. ابن سینا نیز از این ماده معدنی به عنوان ماده‌ای زودشکن یاد کرده که در آب به خوبی حل می‌شود. استفاده از بنتونیت به زمان‌های بسیار دور بر می‌گردد. این کانی‌ها دارای اثرات شفا بخش در برخی بیماری‌های گوارشی و زخم‌ها بوده است. همچنین قابلیت جذب فلزات سنگین، باکتری‌ها و مواد ضد تغذیه را دارا می‌باشد.
بنتونیت‌ها بر اثر هوازدگی و دگرسانی خاکسترهای آتش فشانی و اغلب در حضور آب تشکیل می‌شوند و سنگ منشأ آن‌ها اکثراً بازیک است. از کشور‌های مهم تولید کننده بنتونیت در جهان می‌توان به ایالات متحده آمریکا، چین و یونان اشاره کرد همچنین منابع عمده آن در ایران در استان‌های اصفهان، تهران، خراسان، سمنان، مرکزی و یزد قرار دارد .
بنتونیت با فرمول عمومی (Na,Ca)(Al,Mg)(Si4O10)3(OH)6nH2o در دسته رس‌ها قرار دارد و کانی غالب آن مونتموریونیت بوده و دارای ظرفیت تبادل کاتیونی بالایی است. بنتونیت در خانواده سیلیکات‌های صفحه‌ای و گروه اسمکتیت بوده و دارای ساختمان سه لایه‌ای می‌باشد که یک لایه آلومینیوم با پیوندهای سست بین دو لایه سیلیس قرار می‌گیرد. بنتونیت به دلیل وجود این ساختمان سه لایه، دارای خاصیت کلوئیدی می‌باشد. وجود مونتموریونیت در بنتونیت خاصیت سوسپانسیون‌کنندگی مناسبی به آن می‌دهد و در نتیجه می‌تواند مواد آلی، پروتئین‌ها و اسیدهای آمینه را در ساختمان داخلی یا خارجی خود حفظ کند. بنتونیت توانایی بالایی در جذب رطوبت و نگهداری آب دارد. ساختمان آلومینوسیلیکاتی بنتونیت دارای کاتیون‌های آلی قابل تعویض می‌باشد و از هر کانی دیگری، به جز زئولیت، ظرفیت تبادل یونی بیشتری دارد. از خواص مهم کانی‌های خانواده اسمکتیت، می توان به جانشینی یونی، خاصیت شکل پذیری، انبساط و انقباض یونی اشاره کرد.
بنتونیت‌ها به شدت دارای بار منفی هستند و با کاتیون‌هایی مثل Mg، K، Na که در حفره‌های آن جا گرفته‌اند، به حالت تعادل در می‌آیند. وجود بار الکتریکی منفی و نیز پیوندهای سست بین لایه‌های آلومینیوم و سیلیکات، باعث انتشار وسیع بنتونیت در آب می‌شود. مواد تشکیل دهنده بنتونیت عبارتند از ۹/۶۶% SiO2، ۳/۱۶% Al2O3، ۶% H2O، ۳/۳% Fe2O3، ۶/۲% Na2O، ۸/۱% CaO، ۵/۱% MgO، ۴۸/۰% K2O و ۱۲/۰% TiO2 و فرمول شیمیایی کلی آن به صورت Al2O34SiO2H2O می‌باشد .
انواع بنتونیت
بنتونیت ها را به چند طریق تقسیم بندی می‌کنند:
انواع بنتونیت از نظر توانایی جذب و ظرفیت تورمی
در این روش تقسیم بندی بر اساس ظرفیت تورمی بنتونیت در حالت مخلوط با آب است. بر این اساس بنتونیت‌هایی که دارای یون سدیم غالب یا یون سدیم قابل تعویض فراوان می‌باشند ظرفیت تورمی زیادی از خود نشان می‌دهند و وقتی به آن‌ها آب اضافه شود، توده‌های ژل مانندی را تشکیل می‌دهند. ظرفیت تورمی بنتونیت‌هایی که کلسیم قابل تعویض آن‌ها از سایر یون‌ها بیشتر است، کمتر از نوع سدیم‌دار آن است. بنتونیت‌های دارای کلسیم و سدیم متوسط، بنتونیت مخلوط نامیده می‌شوند که دارای تمایل تورم متوسط هستند. در کانی بنتونیت سدیم‌دار میزان جذب یونی، شکل پذیری، انبساط و انقباض از نوع کلسیم‌دار آن بیشتر است. بنتونیت‌ها را از لحاظ توانایی جذب و تورم به سه گروه تقسیم می‌کنند:
- بنتونیت با تورم زیاد (بنتونیت سدیم)
- بنتونیت با تورم کم (بنتونیت کلسیم)
- بنتونیت با تورم متوسط (بنتونیت متوسط)
در صنعت به بنتونیت‌های با تورم کم و متوسط، ساب بنتونیت می‌گویند .
۲-۶-۲-۲- انواع بنتونیت از دیدگاه صنعتی
- بنتونیت سدیم‌دار
- بنتونیت کلسیم‌دار
- بنتونیت ارگانوفیل
- بنتونیت جانشینی توسط سدیم
- بنتونیت فعال شده توسط اسید .
بنتونیت فعال
بنتونیت فعال به خاکی گفته می‌شود که با یک ماده شیمیایی دچار تغییر و تحول شده باشد. این تغییر باعث ایجاد خصوصیات جدید یا تقویت خاصیت موجود در آن می‌شود. در مواردی که فعال سازی با اسید انجام شود، محصول به دست آمده را بنتونیت فعال اسیدی می‌گویند. خاک در اثر این عمل خاصیت رنگبری و سفیدکنندگی شدید پیدا می‌کند. در نوع دیگر فعال سازی، یون کلسیم در بنتونیت کلسیم‌دار با یون سدیم تعویض می‌شود. این عمل بیشتر توسط محلول آب نمک یا کربنات سدیم یا مواد شیمیایی دیگر انجام می‌شود تا بنتونیت‌های دارای خاصیت تورمی کم تقویت شوند. بنتونیت کلسیم و خاک‌های طبیعی فعال به دلیل جاذب بودن، خاصیت کاتالیزوری، توان تعویض کاتیونی و چسبانندگی ارزشمندند در حالی که ارزش بنتونیت سدیم بیشتر به علت خاصیت چسبندگی و چسبانندگی آن است .