البنتونيت عبارة عن طين منتفخ ماص يتكون في الغالب من المونتموريلونيت (نوع من السميكتايت) والذي يمكن أن يكون إما نا-مونتموريلونيت أو كا-مونتموريلونيت. يتمتع Na-montmorillonite بقدرة تورم أكبر بكثير من Ca-montmorillonite.

يتشكل البنتونيت عادة من تجوية الرماد البركاني في مياه البحر، أو عن طريق الدورة الحرارية المائية من خلال مسامية طبقات الرماد البركاني، [3] [4] والذي يحول (إزالة التزجيج) الزجاج البركاني (سبج، ريوليت، داسيت) الموجود في الرماد إلى معادن الطين. في عملية تغيير المعادن، يتم إذابة جزء كبير (يصل إلى 40-50 بالوزن%) من السيليكا غير المتبلورة وترشيحه بعيدًا، مما يترك رواسب البنتونيت في مكانها.

باعتباره طينًا منتفخًا، يتمتع البنتونيت بالقدرة على امتصاص كميات كبيرة من الماء، مما يزيد من حجمه بما يصل إلى ثمانية أضعاف. وهذا يجعل طبقات البنتونيت غير مناسبة للبناء وتشييد الطرق. ومع ذلك، يتم استخدام خاصية التورم للاستفادة منها في حفر الطين ومانعات تسرب المياه الجوفية. المونتموريلونيت / السميكتايت الذي يشكل البنتونيت هو معدن فيلوسيليكات الألومنيوم، والذي يأخذ شكل حبيبات بلاتي مجهرية. وهذا يعطي الطين مساحة سطحية كبيرة جدًا، مما يجعل البنتونيت مادة ماصة قيمة. تلتصق الألواح أيضًا ببعضها البعض عندما تكون مبللة. وهذا يعطي الطين تماسكًا يجعله مفيدًا كمواد رابطة وكمادة مضافة لتحسين مرونة طين الكاولينيت المستخدم في صناعة الفخار.

أنواع

بنتونيت الصوديوم

يتمدد بنتونيت الصوديوم عندما يكون رطبًا، ويمتص ما يصل إلى عدة أضعاف كتلته الجافة في الماء. نظرًا لخصائصه الغروية الممتازة، فإنه غالبًا ما يستخدم في حفر الطين لآبار النفط والغاز والآبار لإجراء التحقيقات الجيوتقنية والبيئية. كما أن خاصية التورم تجعل بنتونيت الصوديوم مفيدًا كمادة مانعة للتسرب، نظرًا لأنه يوفر حاجزًا ذاتيًا منخفض النفاذية. يتم استخدامه لتبطين قاعدة مدافن النفايات، على سبيل المثال. يعد البنتونيت أيضًا جزءًا من مادة الردم المستخدمة في المشروع التجريبي لعزل النفايات النووية. تعمل التعديلات السطحية المختلفة على بنتونيت الصوديوم على تحسين بعض الأداء الريولوجي أو أداء الختم في التطبيقات البيئية الجغرافية، على سبيل المثال، إضافة البوليمرات.

يمكن دمج بنتونيت الصوديوم مع الكبريت العنصري كحبيبات سماد. وهي تسمح بأكسدة الكبريت ببطء إلى كبريتات، وهي مادة مغذية نباتية ضرورية لبعض المحاصيل مثل البصل أو الثوم، حيث تقوم بتصنيع الكثير من مركبات الكبريت العضوية، وتحافظ على مستويات الكبريتات في التربة التي ترشحها الأمطار لفترة أطول من مسحوق الكبريت النقي أو الجبس. تم استخدام منصات الكبريت / البنتونيت مع الأسمدة العضوية المضافة في الزراعة العضوية.

البنتونيت الكالسيوم

البنتونيت الكالسيوم هو مادة ممتزة مفيدة للأيونات في المحلول، [16] وكذلك الدهون والزيوت. وهو العنصر النشط الرئيسي في تراب القصار، وربما يكون أحد أقدم عوامل التنظيف الصناعية. لديها قدرة تورم أقل بكثير من البنتونيت الصوديوم.

يمكن تحويل بنتونيت الكالسيوم إلى بنتونيت الصوديوم (يسمى إثراء الصوديوم أو تنشيط الصوديوم) لعرض العديد من خصائص بنتونيت الصوديوم من خلال عملية التبادل الأيوني. وكما هو شائع، فإن هذا يعني إضافة 5-10% من ملح الصوديوم القابل للذوبان مثل كربونات الصوديوم إلى البنتونيت المبلل، والخلط جيدًا، وإتاحة الوقت لحدوث التبادل الأيوني والماء لإزالة الكالسيوم المتبادل. قد لا تكون بعض خصائص البنتونيت الكالسيوم المعزز بالصوديوم (أو البنتونيت المنشط بالصوديوم)، مثل اللزوجة وفقدان السوائل للمعلقات، مكافئة تمامًا لخصائص بنتونيت الصوديوم الطبيعي. على سبيل المثال، قد تؤدي كربونات الكالسيوم المتبقية (التي تتشكل إذا لم تتم إزالة الكاتيونات المتبادلة بشكل كافٍ) إلى أداء رديء للبنتونيت في البطانات الاصطناعية الجيولوجية.

التطبيقات

طين الحفر

يستخدم البنتونيت في طين الحفر لتليين وتبريد أدوات القطع (ريشة الحفر)، ولإزالة القطع، وتثبيت جدران البئر، وللمساعدة في منع الانفجارات (من خلال الحفاظ على ضغط هيدروليكي كافٍ في البئر). كما يحد البنتونيت من غزو سائل الحفر من خلال ميله للمساعدة في تكوين كعكة الطين. إنه يلعب دورًا مهمًا في توازن ضغط الأرض ومتغيرات درع الملاط لآلات حفر الأنفاق.

الكثير من فائدة البنتونيت في صناعة الحفر والهندسة الجيوتقنية تأتي من خصائصه الريولوجية الفريدة. تشكل الكميات الصغيرة نسبيًا من البنتونيت المعلق في الماء مادة لزجة ومخففة للقص. في أغلب الأحيان، تكون معلقات البنتونيت أيضًا متغيرة الانسيابية، على الرغم من الإبلاغ أيضًا عن حالات نادرة من السلوك الانتصابي. عند التركيزات العالية بدرجة كافية (حوالي 60 جرامًا من البنتونيت لكل لتر من المعلق، ~ 6 بالوزن٪)، تبدأ معلقات البنتونيت في اتخاذ خصائص هلام (سائل ذو الحد الأدنى من قوة الخضوع اللازمة لتحريكه).

الموثق

وقد استخدم البنتونيت على نطاق واسع كرابطة رمل مسبك في مسابك الحديد والصلب. يستخدم بنتونيت الصوديوم بشكل شائع في المسبوكات الكبيرة التي تستخدم القوالب الجافة، بينما يستخدم بنتونيت الكالسيوم بشكل أكثر شيوعًا في المسبوكات الصغيرة التي تستخدم القوالب “الخضراء” أو الرطبة. كما يستخدم البنتونيت كعامل ربط في صناعة كريات خام الحديد (التاكونيت) كما يستخدم في صناعة الصلب. يستخدم البنتونيت، بنسب صغيرة، كعنصر في الأجسام الطينية التجارية والمحلية الصنع وطلاء السيراميك. إنه يزيد بشكل كبير من مرونة الأجسام الطينية ويقلل من استقرار الطلاء الزجاجي، مما يسهل العمل مع معظم التطبيقات.

يتمتع السطح الأيوني للبنتونيت بخاصية مفيدة في صنع طبقة لزجة على حبيبات الرمل. عندما تضاف نسبة صغيرة من طين البنتونيت المطحون جيدًا إلى الرمل الصلب ويتم ترطيبه، فإن الطين يربط جزيئات الرمل في ركام قابل للتشكيل يُعرف بالرمال الخضراء المستخدمة في صنع قوالب صب الرمل. تودع بعض دلتا الأنهار مثل هذا المزيج من الطين بشكل طبيعي. الطمي والرمل، مما يخلق مصدرًا طبيعيًا لرمال التشكيل الممتازة التي كانت ضرورية لتكنولوجيا تشغيل المعادن القديمة. تعمل العمليات الكيميائية الحديثة لتعديل السطح الأيوني للبنتونيت على تكثيف هذه اللزوجة بشكل كبير، مما يؤدي إلى خليط رمل مصبوب يشبه العجين بشكل ملحوظ ولكنه قوي يتحمل درجات حرارة المعدن المنصهر.

نفس ترسيب طين البنتونيت على الشواطئ هو سبب تنوع مرونة الرمال من مكان إلى آخر لبناء القلاع الرملية. رمال الشاطئ التي تتكون من حبيبات السيليكا والقشرة فقط لا تتشكل بشكل جيد مقارنة بالحبيبات المطلية بطين البنتونيت. وهذا هو السبب في أن بعض الشواطئ أفضل بكثير من غيرها لبناء القلاع الرملية.

تسمح خاصية الالتصاق الذاتي للبنتونيت بدك الطين أو ضغطه بالضغط العالي في قوالب لإنتاج أشكال صلبة مقاومة للحرارة، مثل فوهات الصواريخ النموذجية.

طهارة

يستخدم البنتونيت لإزالة الألوان من الزيوت المعدنية والنباتية والحيوانية المختلفة. كما أنها تستخدم لتنقية النبيذ والمشروبات الكحولية وعصير التفاح والبيرة والميد والخل.

يتمتع البنتونيت بخاصية امتصاص كميات كبيرة نسبيًا من جزيئات البروتين من المحاليل المائية. وبالتالي، يعتبر البنتونيت مفيدًا بشكل فريد في عملية صناعة النبيذ، حيث يتم استخدامه لإزالة الكميات الزائدة من البروتين من النبيذ الأبيض. لولا هذا الاستخدام للبنتونيت، لكان العديد من النبيذ الأبيض أو معظمه قد أدى إلى ظهور سحب أو ضباب غير مرغوب فيه عند التعرض لدرجات حرارة دافئة، حيث تفسد هذه البروتينات. كما أن لديها استخدام عرضي للحث على توضيح أكثر سرعة لكل من النبيذ الأحمر والأبيض.

يعتبر البنتونيت أيضًا مادة ماصة فعالة ومنخفضة التكلفة لإزالة أيونات الكروم (VI) من المحاليل المائية (مياه الصرف الصحي الملوثة).

ماص

يستخدم البنتونيت في مجموعة متنوعة من عناصر العناية بالحيوانات الأليفة مثل فضلات القطط لامتصاص فضلات الحيوانات الأليفة. كما أنها تستخدم لامتصاص الزيوت والشحوم.

الناقل

يستخدم البنتونيت كمادة خاملة للمبيدات والأسمدة ومثبطات الحرائق. فهو يساعد على ضمان توزيع العامل النشط بشكل موحد والحفاظ على المبيدات والأسمدة على النباتات.

حشو

يستخدم البنتونيت كمادة حشو في مجموعة واسعة من المنتجات، بما في ذلك المواد اللاصقة ومستحضرات التجميل والطلاء والمطاط والصابون. كما أنه يعمل بمثابة عامل استقرار وموسع في هذه المنتجات.

مانع التسرب

خاصية التورم عند ملامسة الماء تجعل بنتونيت الصوديوم مفيدًا كمادة مانعة للتسرب لأنه يوفر حاجزًا ذاتيًا منخفض النفاذية. يتم استخدامه لتبطين قاعدة مدافن النفايات لمنع هجرة المادة المرتشحة، ولحصر الملوثات المعدنية في المياه الجوفية، ولإغلاق أنظمة التخلص تحت السطح من الوقود النووي المستهلك. وتشمل الاستخدامات المماثلة صنع جدران ملاطية، والعزل المائي للجدران تحت الدرجة، وتشكيل حواجز أخرى غير منفذة، على سبيل المثال، لإغلاق حلقة بئر الماء، لسد الآبار القديمة.