بنتونیت که ، نوعی رس ریزدانه است که حداقل ۸۵ درصد رس مونت موری سلونیت داشته باشد. اصطلاح «Bentonite» 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. با ما در این مقاله در سایت ماشین سازی هادی همراه باشید، ما در این مقاله به سوالات همچون بنتونیت چیست، انواع بنتونیت و کاربرد بنتونیت پاسخ می دهیم و می پردازیم.
بنتونیت چیست؟
بنتونیت یک ماده از دسته رس‌ها و از کانی‌های متورم شونده تشکیل شده‌است 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
بنتونیت خاک رسی است که اغلب از تغییر خاکستر آتشفشانی تشکیل شده است، که عمدتا از مواد معدنی اسمیتتی، معمولا مونتموریلونیت تشکیل شده است. دیگر مواد معدنی گروه سمیتتیت عبارتند از هکتورت، سابونیت، بیلیتیت و غیر ترنیت. اسمکتیت ها مواد معدنی رس هستند، به عنوان مثال آنها از کریستال های فردی تشکیل شده اند که اکثر آنها در ابعاد بزرگ کمتر از ۲μm است.
خود کریستالیتهای اسمکتیتی، مواد معدنی رسهای سه لایه هستند. آنها شامل دو لایه تترایگرادی و یک لایه هشت ضلعی هستند. در لایه های tetrahedral montmorillonite متشکل از [SiO4] – tetrahedrons [M (O5، OH)] – لایه هشت ضلعی (M = و عمدتا Al، Mg را پوشش می دهد، اما اغلب Fe نیز یافت می شود).
بنتونیت در حفر چاه هاي نفت و گاز، سيال حفاري نقشي بسيار مهم دارد. يکي از مواد مصرفي در سيالات حفاري، ماده معدني بنتونيت به همراه آب است که براي کنترل تراويده سيال استفاده مي شود.
انواع بنتونیت:
- بتونیت کلسیم
- بنتونیت سدیم
- مونت موریونیت(خاک اسیدی)
کاربرد بنتونیت ؛ با انواع کاربرد های بنتونیت آشنا شوید
بنتونیت در چاه ارت
دوغاب Bentonite 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.
بنتونیت کلسیم:
در ماسه ریخته گری، جاذب های روغن و گریس، فیلتر کردن و تصفیه، غذای دام و حیوانات اهلی.
بنتونیت سدیم:
درگلهای حفاری، ماسه ریخته گری، گندله سازی، غذای حیوانات، نیازهای مهندسی سیویل.
مونت موریونیت (خاک اسیدی):
کف لانه های حیوانات خانگی، جاذب گریس و روغن، روان سازی، ناقل رنگ و غیره.
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.
کاربرد بنتونیت در صنعت فولاد
در تولید فولاد به روش احیا مستقیم، پودر سنگ آهن ابتدا باید به گندله تبدیل شود تا سپس در کوره‌های مخصوص احیا گردیده و به آهن اسفنجی تبدیل گردد. در مرحله تولید گندله، نرمه سنگ آهن با مش ۳۲۵ یا ابعاد (۴۵ میکرون) به همراه آب و مواد افزودنی مثل: هیدواکسید کلسیم یا شیر آهک، آهک، بنتونیت، و انواع چسب‌های آلی و معدنی (نشاسته، سیمان…) مخلوط شده و توسط دستگاه گندله‌ساز چرخانده می‌شود تا گندله‌های مورد نظر ساخته شود. منبع(ویکی پدیا)
مشخصات بنتونیت:
واحد چهاروجهی
واحد هشت وجهی
مشخصات بنتونیت چهاروجهی:
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 بنتونیت 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.
ویژگی های فیزیکی و شیمیایی بنتونیت
بنتونیت از آن دسته مواد معدنی است که ترکیب منحصربه فردی از خواص فیزیکی و شیمیایی دارد. همین ویژگی ها باعث شده که در طیف گسترده ای از صنایع، از حفاری چاه نفت گرفته تا کشاورزی و دامداری، کاربرد داشته باشد.
ویژگی های فیزیکی و شیمیایی بنتونیت شامل موارد زیر هستند:
ظرفیت جذب آب بالا و خاصیت تورم پذیری
یکی از مهم ترین ویژگی های بنتونیت، جذب آب بالا و تورم پذیری آن است که می تواند تا چند برابر وزن خود آب جذب کرده و به شکل ژل یا خمیر دربیاید. این خاصیت باعث می شود بنتونیت در حفاری چاه ها، برای تثبیت دیواره ها و کنترل فشار بسیار کاربردی باشد.
خاصیت تبادل یونی
بنتونیت سدیمی به ویژه دارای ظرفیت بالایی برای تبادل یون‌ها است. این ویژگی باعث می شود بنتونیت در تصفیه آب، حذف فلزات سنگین و حتی در صنعت تولید خوراک دام برای جذب سموم مؤثر باشد. توانایی بنتونیت در جذب یون های مثبت و منفی، آن را به یک ماده چندکاره و قابل‌اطمینان در زمینه پاک سازی تبدیل کرده است.
خاصیت چسبندگی و پلاستیسیته
بنتونیت خاصیت چسبندگی زیادی دارد و همین موضوع آن را در صنایع ریخته گری، تولید ماسه قالب گیری و صنعت سرامیک بسیار مفید کرده است. زمانی که با آب ترکیب شود، به راحتی شکل می گیرد و پس از خشک شدن، ساختار محکمی ایجاد می کند.
این خواص فیزیکی و شیمیایی خاص، بنتونیت را از سایر مواد معدنی متمایز می کند. از همین رو بنتونیت در بسیاری از صنایع، عنوان یک ماده حیاتی مورد استفاده قرار می گیرد و نیاز به شناخت علمی آن هر روز بیشتر احساس می شود.
فرآوری و آماده سازی بنتونیت چگونه انجام می شود؟
بنتونیت استخراج شده از معادن، به صورت خام قابل استفاده در بسیاری از کاربردها نیست و برای بهره وری کامل از ویژگی های آن، باید فرآیندی دقیق و چندمرحله ای روی آن انجام شود. این فرآیندها باعث افزایش خلوص، بهبود عملکرد و آماده سازی برای مصارف صنعتی می شوند.
مراحل فرآوری و آماده سازی بنتونیت به ترتیب عبارتند از:
خردایش و آسیاب مواد اولیه
در نخستین مرحله، سنگ بنتونیت استخراج شده باید وارد مرحله خردایش شود. این فرآیند با استفاده از دستگاه های سنگ شکن و آسیاب های مخصوص مواد معدنی انجام می گیرد. بنتونیت پس از خرد شدن، به ذرات ریز تبدیل شده تا برای مراحل بعدی آماده شود.
خشک کردن و کاهش رطوبت
بنتونیت خاصیت جذب رطوبت بالایی دارد، اما برای ذخیره سازی و برخی مصارف، باید خشک و بدون رطوبت اضافی باشد. در این مرحله، از خشک کن های حرارتی صنعتی استفاده می شود که با کنترل دقیق دما و زمان، رطوبت اضافی را بدون آسیب به ساختار بنتونیت حذف می کنند.
دانه بندی و بسته بندی
در مرحله بعدی، بنتونیت بر اساس اندازه ذرات (مش بندی) دسته بندی می شود. صنایع مختلف به مش های متفاوتی از بنتونیت نیاز دارند؛ برای مثال، بنتونیت حفاری باید مش بسیار ریز داشته باشد، در حالی که صنایع خوراک دام از مش درشت تر استفاده می کنند. پس از دانه بندی، بنتونیت آماده بسته بندی صنعتی و عرضه به بازار است.
افزودن مواد مکمل (در صورت نیاز)
در برخی کاربردهای تخصصی، مانند حفاری یا تولید کود، ممکن است بنتونیت با موادی مانند پلیمرها، آهک یا سایر ترکیبات شیمیایی ترکیب یا اصلاح شود. این مرحله با توجه به سفارش مشتری یا نیاز صنعت انجام می گیرد و نیازمند تجهیزات پیشرفته و دقیق است.
در نهایت، فرآوری بنتونیت به تجهیزات دقیق، تخصص بالا و کنترل کیفی دائمی نیاز دارد. ماشین سازی هادی با طراحی و تولید خطوط کامل فرآوری بنتونیت شامل خردایش، آسیاب، خشک کن، مش بندی و بسته‌ب ندی، نقش کلیدی در ارتقای کیفیت تولید و راندمان معادن بنتونیت ایفا می کند. با استفاده از این ماشین آلات، امکان فرآوری حرفه ای بنتونیت برای مصارف داخلی و صادراتی فراهم می شود.