Бентонит — природная глина-адсорбент¶
Бентонит — природная глинистая порода, состоящая преимущественно из минерала монтмориллонита группы смектитов; обладает высокой поглотительной (адсорбционной) и набухающей способностью, широко применяется в промышленности, строительстве, сельском хозяйстве и медицине.
¶Происхождение и состав
Название «бентонит» происходит от месторождения Форт-Бентон в штате Монтана (США), где эта порода была впервые описана геологом Уилбуром Найтом в 1898 году. Основу бентонита составляет монтмориллонит — слоистый силикат с переменным содержанием щелочных и щёлочноземельных катионов (Na, Ca, Mg, K). Химическая формула монтмориллонита примерно соответствует (Na, Ca)₀,₃₃(Al, Mg)₂(Si₄O₁₀)(OH)₂·nH₂O.
Бентонитовые глины формируются преимущественно из вулканического пепла и туфов, которые при взаимодействии с водой претерпевают диагенетическое преобразование. Крупнейшие месторождения связаны с древними вулканическими зонами. По составу различают:
- Натриевые бентониты — обладают наибольшей набухаемостью и вязкостью, наиболее ценны промышленностью.
- Кальциевые бентониты — менее набухающие, часто требуют активации (перехода в натриевую форму) для использования в технологических процессах.
- Гидрослюдистые бентониты — промежуточные по свойствам.
¶Физико-химические свойства
Ключевое свойство бентонита — способность набухать в присутствии воды в десятки и сотни раз относительно первоначального объёма. Это связано с проникновением молекул воды между слоями кристаллической решётки монтмориллонита. В результате образуется гель с высокой вязкостью и стойкостью к расслаиванию.
Бентонит обладает высокой обменной ёмкостью (обычно 60–120 мэкв/100 г), что определяет его адсорбционные свойства: способность связывать катионы, воду, пигменты, токсины и другие вещества. Показатель pH бентонитовых суспензий, как правило, находится в диапазоне 8–10. Плотность бентонитовой породы в сухом виде составляет около 0,8–1,2 г/см³, в набухшем состоянии — до 2 г/см³.
¶Месторождения в России
Россия обладает значительными запасами бентонитовых глин. Крупнейшие разрабатываемые месторождения расположены в:
- Ярославской области — месторождение Кашинское (одно из крупнейших в Европе);
- Оренбургской области — Бершетское и другие;
- Алтайском крае — Кучерлачекское;
- Дагестане — Серноводско-Кабанское;
- Калужской области — Товарковское.
Общие разведанные запасы бентонитов в России оцениваются в сотни миллионов тонн.
¶Добыча и активация
Добыча ведётся открытым способом. После извлечения руда подвергается переработке: сушке, измельчению и классификации. Для повышения технических свойств кальциевых бентонитов применяется активация — обработка растворами солей натрия (обычно Na₂CO₃), в результате которой кальциевые ионы в решётке замещаются натриевыми, и материал приобретает высокую набухаемость.
¶Применение
¶Бурение и нефтегазовая промышленность
Наибольший объём бентонита потребляется при бурении скважин. Бентонитовые растворы (глинистые буровые растворы) обеспечивают охлаждение инструмента, вынос шлама, укрепление стенок скважины и предотвращение поглощения бурового раствора породой.
¶Металлургия
При литье металлов бентонит используется как связующее в формовочных и стержневых смесях, обеспечивая прочность и газопроницаемость форм.
¶Строительство
Применяется для гидроизоляции (в том числе при устройстве бентонитовых матов и завес в подземном строительстве), производства керамзита, как добавка в штукатурные смеси.
¶Сельское хозяйство
Входит в состав кормовых добавок (например, для птицы и скота), используется как наполнитель в комбикормах, применяется для рекультивации почв.
¶Пищевая промышленность и медицина
Пищевая добавка Е558 — бентонит используется в качестве антислёживающего агента. В медицине и ветеринарии применяется как адсорбент при отравлениях, входит в состав противодиарейных средств (например, смектит-диосмектит имеет сходное происхождение). Косметические маски и лечебные грязи на основе бентонита известны с начала XX века.
¶Экология
Бентонит применяется для бентонитовых завес при строительстве полигонов ТКО, для очистки сточных вод и сорбции тяжёлых металлов.
¶Основные производители
Крупнейшими мировыми производителями бентонита являются США, Индия, Китай, Германия, Турция и Россия. В России основные предприятия по переработке бентонитов — «Бентонит-Холдинг» (Ярославская область), «Бентонит-Новосибирск» и ряд других.
¶Интересные факты
- Бентонитовые глины используются при производстве вина и осветлении соков — как флокулянты, удаляющие взвешенные частицы.
- В геотехнике известны случаи, когда бентонитовые маты применялись для герметизации хранилищ радиоактивных отходов.
- Набухание бентонита настолько интенсивно, что в ряде случаев его используют как «самоуплотняющийся» материал для заделки трещин в подземных сооружениях.
¶Исторические сведения
В России первые сведения о бентонитовых глинах относятся к концу XIX века, однако их промышленное освоение началось в 1930-х годах. К 1940 году были разведаны и частично разработаны месторождения в Ярославской, Оренбургской областях и на Дальнем Востоке. В послевоенные годы отечественная бентонитовая промышленность развивалась в связи с ростом металлургии и нефтегазовой отрасли.