Бентонит, Алматы

Бентонит - это минеральные образования, относящиеся к классу алюмосиликатов, имеющие высокую дисперсность, т.е. обладающие размером кристаллов на уровне меньше 1 мкН. и, вследствие этого, имеющие большую удельную поверхность. Особенности кристаллохимического строения бентонитов обуславливают наличие на их поверхности ионообменных катионов, достаточно сильно влияющих на физико-химические свойства минералов.
Практически во всех технических изданиях начала 20 века при рассмотрении бентонитов фигурируют два названия: фуллеровы земли и бентониты. К фуллеровым землям с древних времен (со времен Римской империи) относили глины, обладающие способностью поглощать дисперсные частицы различных размеров. Такие глины употребляли для очистки шерсти, используемой для изготовления сукна, от жира. Фуллер или fuller в английской транскрипции переводится как сукновал. Впоследствии было установлено, что в природе встречается два типа сукновальных глин. Глины одного типа использовались как сукновальные в естественном виде, другого после химической обработки или активации. Крупные скопления глин второго типа были найдены вблизи форта Бентон (США) и получили название бентонит. Более поздние минералогические исследования показали, что и "фуллеровы земли" и бентониты имеют практически одинаковый минеральный состав.
Строение и состав
Бентонит - порода, состоящая в основном из смектитовых минералов. В группу смектитов входит несколько минералов: монтмориллонит, бейделлит, нонтронит и др. менее распространенные. Кристаллическая решетка всех смектитов состоит из слоев. В элементарную ячейку входят 3 слоя, которые образуют пакет: Крайние верхний и нижний слои пакета состоят из тетраэдров Al,SiO4 и называются тетраэдрическими. Между тетраэдрическими слоями расположен слой, состоящий из октаэдров Al и Fe, названный октаэдрическим.
Трехслойный пакет имеет отрицательный заряд, обусловленный замещением трехвалентных элементов (Al,Fe) в октаэдрическом слое на двухвалентные элементы (Мg,Fe) или четырехвалентного Si на трехвалентный Аl в тетраэдрическом слое. Возможен вариант, когда отрицательный заряд пакета обусловлен реакциями замены, как в октаэдрическом, так и тетраэдрическом слоях.
Благодаря отрицательному заряду, на поверхности пакета располагаются положительные одно-, двух- и трехвалентные катионы. Это, главным образом, Na, K, Ca, Mg и Fe. В результате взаимодействия с водой вокруг этих катионов могут образовываться гидратные оболочки и агрегат пакетов при этом набухает. Характерно, что объем гидратной оболочки для разных катионов различен. Наибольшей гидратирующей способностью обладают ионы щелочных металлов и в первую очередь натрий. Существенно меньшей гидратирующей способностью обладают ионы щелочноземельных металлов: кальция и магния.
Указанная особенность смектитов набухать, увеличиваясь в объеме в 2-20 раз чрезвычайно важное свойство для их промышленного использования. Среди смектитов наиболее высокой набухающей способностью обладает монтмориллонит, в котором главным обменным катионом является Na. Эти бентониты получили название щелочных бентонитов. Бентониты, в которых среди обменных катионов преобладает Са, получили название кальциевых. Кроме Са в монтмориллоните в значительном количестве может присутствовать Mg. В некоторых бентонитах магний занимает преобладающее положение по отношению к кальцию. Наиболее часто встречаются кальциево-магнезиальные (щелочноземельные) разновидности. Кальциевые и кальциево-магнезиальные бентониты можно перевести в разряд натриевых путем их обработки растворами натриевых солей. Такие натриевые бентониты называются активированными, а процесс ионообменного замещения активацией.
К истинным бентонитам, в соответствии с требованиями современной промышленности, относится монтмориллонитовая глина, в которой содержание монтмориллонита более 70%. Если глина на 80-90% состоит из смешанослойных минералов, в которых содержание монтмориллонитовых слоев превышает 70 %, то ее можно относить к бентонитам, но с несколько другим названием: гидрослюдистый (иллитовый) или калиевый бентонит. Все глины, в которых монтмориллонита менее 70 % или вместо монтмориллонита присутствует какой-либо другой минерал из группы смектитов, следует относить к бентонитоподобным глинам или "бентоноидам".
Типовой химический состав бентонита, %

Общими свойствами бентонитовых глин являются дисперсность, адсорбционная способность, набухаемостъ, связующая способность и другие характеристики.
Дисперсность - характеристика размера частиц в дисперсных системах, которые состоят из множества мелких частиц (дисперсной фазы), распределенных в однородной (дисперсной) среде. По размерам частиц различают грубодисперсные и высокодисперсные системы.
Коллоидность - свойство частиц дисперсной фазы размером от 10-7 до 10-5 см в результате интенсивного броуновского движения распределяться в дисперсной среде.
Набухаемость - притяжение молекул воды тонкодисперсными частицами глины. Адсорбция - способность глин поглощать вещества из жидкой среды.
По химическому составу различают два вида бентонитов:
• щелочные - с преобладанием обменного натрия;
• щелочноземельные - с преобладанием обменного кальция.