آنچه باید در مورد بنتونیت، ساختار، عملکرد و کاربردهای عمومی و تخصصی آن بدانیم
بنتونیت (Bentonite) نوعی رس ریزدانه است که حداقل ۸۵ درصد رس مونتموریلونیت داشته باشد. اصطلاح «بنتونیت» معمولاً برای خاک‌های کلوئیدالی که در اصل با رگه‌های شیل بنتون کرتاسه که در نزدیکی قلعه نظامی بنتون و منطقه رودخانه سنگی وایومینگ در هم آمیخته‌اند، به کار برده می‌شود. بنتونیت یک ماده از دسته رس‌ها و از کانی‌های متورم شونده تشکیل شده است که عمدتاً مونتموریلونیت و به مقدار کمی بیدلیت هستند. اکثر بنتونیت‌ها بر اثر هوازدگی و دگرسانی خاکسترهای آتشفشانی و اغلب در حضور آب تشکیل می‌شوند و سنگ منشأ آنها اکثراً بازیک است. تجزیه خاکستر آتش فشانی عمدتاً در محیط شور و باتلاقی انجام می‌شود و هر چه از آتش‌فشان دور شویم، ضخامت بنتونیت کاهش می‌یابد. بنتونیت دارای ساختمان آلومینوسیلیکاتی است و در دسته سیلیکات‌های سه لایه قرار می‌گیرد. بنتونیت دارای دو لایه چهار وجهی و یک لایه هشت وجهی می‌باشد. فرمول عمومی بنتونیت به صورت ذیل می‌باشد:
(Na, CaO)(Al, Mg)(Si4O10)3 (OH)6 nH2O
مشخصات واحد چهاروجهی
واحد سیلیس واحد چهار وجهی و واحد مشترک تمام کانی‌های رسی می‌باشد که در اصل یک چهار وجهی هرمی شکل بوده و در آن یک اتم سیلیس توسط چهار اتم اکسیژن احاطه گردیده است. به دلیل اتصال پی در پی این واحدها به یکدیگر به صورت صفحه‌ای و با پیوند قوی بین اکسیژن‌های پایه لایه سیلیکات یا همان صفحه فیلوسیلیکات تشکیل می‌گردد، اتصال واحدهای چهار وجهی به یکدیگر به صورت مسطح تشکیل ساختار شش وجهی را می‌دهد و در بین این ساختار شش وجهی، حفره‌هایی شکل می‌گیرد که در صورت تأمین بار الکتریکی کافی روی سطح اکسیژن، محل مناسبی جهت تثبیت یون‌های بین لایه‌ای برای سطح رس می‌باشند.
مشخصات واحد هشت وجهی
کاتیون‌های موجود در بنتونیت توسط شش واحد هیدروکسیل در یک هشت وجهی احاطه می‌شوند. اتصال بین واحدهای هشت وجهی به صورت مسطح سبب تشکیل لایه هشت وجهی می‌گردد. اتصال بین صفحات هشت وجهی و چهار وجهی با به اشتراک گذاشتن اکسیژن رأس هرم واحد چهار وجهی صورت می‌گیرد. عنصر مرکزی در واحد هشت وجهی آلومینیوم است.
به علت وجود پیوندهای ضعیف واندروالسی میان لایه‌های بنتونیت، آنها به راحتی بر روی یکدیگر می‌لغزند که این باعث می‌شود بنتونیت در اثر لمس چرب به نظر برسد. از طرفی این ویژگی سبب می‌گردد که ذرات بنتونیت در محیط آبی بین هفت تا بیست برابر حجم خود آب جذب کرده و متورم شوند. دلیل اصلی تورم بنتونیت‌ها جذب آب در لایه‌های سطحی به واسطه هیدراتاسیون کاتیون‌های قابل تعویض و در نهایت جدا شدن لایه‌های شبکه در نتیجه نیروی دافعه مشابه فشار اسمزی (این مرحله تورم اسمزی نام دارد) است. تورم بنتونیت‌ها پس از هیدراتاسیون آنها اتفاق می‌افتد. بنتونیت در آب گرم‌تر سریع‌تر فعال می‌شود. اندازه ذرات پراکنده بنتونیت ۲ میکرون می‌باشد. بنتونیت می‌تواند دفعات بسیار زیادی آب جذب کرده و مجدداً خشک شود بدون آن که خاصیت متورم شدن خود را از دست دهد. هر گرم از این ترکیب دارای سطح بزرگ ۶۰۰ تا ۸۰۰ متر مربع است.
کاربرد در چاه ارت
دوغاب بنونیت در چاه ارت به عنوان یک مادهٔ کم‌مقاومت استفاده می‌شود که الکترود زمین در آن قرار می‌گیرد. بنونیت حفره‌های اطراف میلهٔ زمین را پر می‌کند تا مقاومتش پایین بیاید. بنونیت به علت داشتن خاصیت تیکسوتروپیک پس از مدتی راکد ماندن، ژل می‌شود و شسته نخواهد شد. بنونیت مقاومت الکتریکی پایینی دارد و در شرایط معمولی خشک نمی‌شود.[۱]
کاربرد عمومی بنتونیت
بنتونیت بدلیل خواص نرم بودن تورم پذیری ،کلوئیدی و خوب مخلوط شدن با آب ،خمیری شدن ،پلاستیک بودن ،چسبندگی و چسبانندگی ،جاذب بودن و غیره دارای مصارف پر شماری است از جمله: گل حفاری، عامل چسباننده در ماسه های ریخته گری، جلوگیری از نفوذ آب از سدها و کانال ها و استخرهای آب، عامل شفاف کننده مایعات بخصوص آبمیوه ها، زلال کردن آب و صاف کردن مایعات از جمله پارافین، گندله کردن مواد معدنی از جمله سنگ آهن، گلوله کردن غذای دام و حیوانات اهلی، ناقل در رنگ ها و سایر مواد اسپری شدنی چون سموم گیاهی و حیوانی، پرکننده در خیلی از صنایع از جمله کاغذ و رنگ و غیره صنایع پاک کننده از جمله صابون سازی، تهیه بعضی از انواع سرامیک جهت تکمیل فرمول بدنه یا لعاب، تهیه سموم کشاورزی و دفع آفات نباتی، صنایع دارو سازی، به عنوان فیلتر، به عنوان کاتالیزور، رنگبری روغن های صنعتی، نفتی و خوراکی، جدا کردن صمغ از بنزین و لجن های اسیدی از روغن ها، آتش نشانی، صنعت کرم ابریشم در معادن ذغال سنگ جهت فرونشاندن آتش و یا برای پوشش دیواره های محل استخراج شده جهت ممانعت از ورود هوا و ممانعت از خود سازی ذغال و غیره.
مونت موریونیت یا بنتونیت ها را با توجه به کاربرد های فراوان آنها به طور خلاصه به شرح زیر دسته بندی می نمایند.
- بنتونیت کلسیم
- بنتونیت سدیم
- مونت موریونیت معروف به خاک اسیدی
کاربرد این بنتونیت ها به طور خلاصه بدین شرح زیر می باشد:
بنتونیت کلسیم:
در ماسه ریخته گری، جاذب های روغن و گریس، فیلتر کردن و تصفیه، غذای دام و حیوانات اهلی.
بنتونیت سدیم:
گلهای حفاری، ماسه ریخته گری، گندله سازی، غذای حیوانات، نیازهای مهندسی سیویل.
مونت موریونیت معروف (خاک اسیدی):
کف لانه های حیوانات خانگی، جاذب گریس و روغن، روان سازی، ناقل رنگ و غیره.
بنتونیت کلسیم و خاک های طبیعی فعال بیشتر بدلیل خواص جاذب بودن کاتالیزوری، توان تعویض کاتیونی و بالاخره چسبانندگی آن ها ارزشمند هستند.
بنتونیت در مهندسی عمران
بنتونیت به صورت گل در نیازهای مهندسی سیویل در پی ریزی ها ،به صورت دیواره های ساختمان، شمع کوبی، دوغاب کردن و روان سازی مصالح بنائی بکار می رود همچنین در کارهای مختلف تونل سازی نیز کار برد دارد.
گل های محتوی 4 تا 8 درصد بنتونیت برای دوغاب کردن بکار می روند و این گل مانع حرکت آب در داخل خاک شده و همچنین از حرکت آب در داخل شکاف ها و درزه های سنگ و ساختمان های با بنای سنگی جلوگیری می کند. مثلا” می توان در صورت تزریق گل از جریان آب در شن های ساحلی جلوگیری کرد همچنین مانع نفوذ آب استخر به آن طرف دیواره ها می گردد و در صورتی که بداخل ماسه ها تزریق شود احتیاج به دیواره سازی نداشته و سدی در مقابل آب می گردد به عنوان روان ساز در حفر گمانه ها مصالح ساختمانی جهت بتن و شفته ریزی کمک می نماید.
اگر گل بنتونیتی و دوغاب های بتونیتی به تنهایی به کار روند ممکن است ژل های تشکیل شده در اثر لرزش شکسته شده و به هم بریزند برای جلوگیری از این کار باید بنتونیت را با سیمان یا سیلیکات های اصلی مخلوط کرد.
یکی از مصارف عمده بنتونیت در مهندسی سیویل تهیه بتون های پلاستیک است. اختلاط آن با سیمان یا بتون دوامی بیشتر از سنگ نسوز سخت بدان بخشیده و از ترکیدن آن جلوگیری می کند بتون پلاستیکی را برای ساختن دیوارهای غیر قابل نفوذ در استخرهای بزرگ اب و همچنین در اطراف کارگاهای شیمیائی به کار می برند.
منابع:
- بنتونیت، خاک با هزار نوع مصرف، شادی کیانوش، انتشارات گنج هنر، تهران، ۱۳۹۱
- خانه بنتونیت ایران
- Stokes, Handbook of Electrical Installation Practice, 173.
- ASTM Standard C 242, 2001, Standard Terminology of Ceramic Whitewares and Related Products, ASTM International, West Conshohocken, PA, www.astm.org.
- Stokes, Geoffrey. Handbook of Electrical Installation Practice. John Wiley & Sons, 2008. ISBN 978-1-4051-4767-5.