Файл: Бентонитовая глина, её физикохимическая характеристика и применение.docx

БЕНТОНИТОВАЯ ГЛИНА, ЕЁ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И ПРИМЕНЕНИЕ В НАРОДНОМ ХОЗЯЙСТВЕ

BENTONITE CLAY, ITS PHYSICO-CHEMICAL CHARACTERISTICS AND APPLICATION IN THE NATIONAL ECONOMY

АННОТАЦИЯ

В статье представлены сведения о бентонитовой глине, ее типах и месторождениях. Исследованы физико- химические показатели бентонитовой глины, а также ее использование в народном хозяйстве.

ABSTRACT

The article presents information about bentonite clay, types and its deposits. The physicochemical parameters of bentonite clay, as well as its use in the national economy, were investigated.
Ключевые слова: бентонитовая глина, виды, физико-химические показатели, месторождения, народное хо- зяйство, применение, тонкодисперсная глина.

Keywords: bentonite clay, types, physical and chemical indicators, deposits, national economy, use, fine clay.
Название бентонитовых глих получили от порта Бентон, расположенного в штате Вайоминг (США), где первая промышленная добыча их была начата в конце XIX века. В последующем периоде ин- терес к бентонитовым глинам значительно возрос, и их месторождения были обнаружены почти на всех континентах нашей планеты.

Бентонитовыми глинами (бентонитами) принято называть тонкодисперсные глины, состоящие не ме- нее чем на 60-70 % из минералов группы монтмориллонита, обладающие высокой связующей способно-

---

стью, адсорбционной и каталитической активностью. В качестве примесей в бентонитах встречаются сме- шанно-слойные минералы, гидрослюда, полыгорскит, цеолиты, каолинит и др.

Бентонит представляет собой сложный минерал, состав которого определяется содержанием в глине монтмориллонита, имеющего формулу ^Si8^Al4^O20^(ОН)4 ^{× nH}2^{O, где кремний может заме-} щаться различными катионами (алюминием, железом, цинком, магнием, кальцием, натрием, калием и др.).

Монтмориллонит обладает слоистой кристалличе- ской структурой, высокой дисперсностью и ярко выраженной способностью к адсорбции, обмену катионов и гидрофильностью. Его кристаллическая структура (трехслойный пакет) характеризуется способностью к изоморфным замещениям в преде- лах кристаллической решетки в октаэдрическом слое: Аl³⁺→Mg²⁺→Fe²⁺→ Zn²⁺→Li⁺. Промежутки между слоями элементных пакетов и межпакетные промежутки структуры монтмориллонита рассмат- риваются как пластинчатые микропоры. По особен- ностям пористой структуры монтмориллонит отно- сится к слоистым силикатам с расширяющейся структурной ячейкой. Следовательно, величина межпакетного расстояния, промежутки между сло- ями элементных пакетов не постоянны и меняются в зависимости от количества и вида поглощаемого ве- щества. Это обусловливает способность монт-мо- риллонитовых глин к набуханию.

Различаются два вида бентонитовых глин − кальциевые и натриевые, имеющие сложную струк- туру, причем для обоих видов она различна. Типич- ные кальциевые

---

бентониты обладают большими значениями порового пространства по сравнению с натриевыми образцами, поэтому для последних, ха- рактерна менее выраженная способность к набуха- нию, а сам процесс замедлен. Значит, максимальная влага набухания у естественных бентонитов, содер- жащих преимущественно двухвалентные ионы в об- менном комплексе, всегда больше, чем у натриевых природных образцов, что хорошо согласуется с дан- ными по гидрофильности катионозамещенных бен- тонитов. Кроме того, если бентониты содержат больше двухвалентных обменных катионов Са²⁺, Mg²⁺, они имеют большее количество активных цен- тров на поверхности частиц, по которым осуществ- ляется водородная связь дисперсной фазы с дис- персной средой. Если же в составе обменных катио- нов преобладают одновалентные металлы, главным образом Na-ионы, то у них проявляется в меньшей степени сорбционная активность поверхности. В связи с этим природные кальциевые бентониты яв- ляются лучшими сорбентами по сравнению натрие- выми, и отличаются малой каталитической активно- стью и термической устойчивостью.

Основные мировые запасы бентонита приходится на Китай, около 15% − на США, 7% − на Турцию. К числу других стран обладающих запасами бенто- нита относятся Греция, Россия, Франция, Индия, Турция, Азербайджан, Грузия, Армения. Боль- шинство месторождений во всех странах содержат щелочноземельные бентониты, в то время как вы- сококачественные щелочные бентониты имеют ограниченное распространение и сосредоточены в месторождениях вулканогенно-осадочного и гидро- термально-метасоматического геолого-промышлен- ного типов.

---

В Российской Федерации открыто ряд место- рождений щелочно-земельных бентонитовых глин: Любинское в Западной Сибири, Подсиньское в Восточной Сибири; Зырянское в Курганской области и др. Все они формировались в озерных пресноводных водоемах, в восстановительной слабощелочной или нейтральной среде с рН 7-8. Бентониты этих месторождений характеризуются относительно невысоким качеством, пониженным содержанием монтмориллонита (в среднем 60–70%), относительно большей примесью песчано- алевритового материала, чем в бентонитах морского подтипа. К тому же они иногда отличаются повы- шенной известковистостью.

На территории Узбекистана геологами обнару- жены более 200 проявлений бентонитовых и бенто- нитоподобных глин, разведочные запасы которых по предварительным данным, составляют ориенти- ровочно более 2 млрд. тонн. Массовое формирова- ние глинистых образований высокого качества про- исходило в юрской, меловой и палеогеновой пери- оды. На сегодняшний день из них в промышленном масштабе разрабатываются только месторождения Навбахор, Азкамар, Каттакурган, Лагон и Шорсу. Общее количество добываемых и перерабатывае- мых бентонитовых глин из этих месторождений со- ставляют пока всего 30-40 тыс. т в год.

В настоящее время монтмориллонитовые глины используются в основном в качестве связующего и сорбирующего материала. Как связующий материал они применяются для приготовления литейных форм, изготовления окатышей (шариков диаметром 15-17 мм) из обогащенных железных и других руд (глина играет роль связующего материала и осуши- теля), производства керамических изделий (связую- щее вещество керамической шихты); добавка монт- мориллонита позволяет также снизить содержание железа в фарфоре

---

и повысить его качество. В инсек- тофунгицидах монтмориллонитовая глина играет роль наполнителя и клеящего вещества, закрепляя ядохимикаты на поверхности растений. Способ- ность Na-монтмориллонитовых глин давать густую суспензию используется для приготовления буро- вых растворов, наполнения пластмасс, резин, бу- маги, красок и других изделий, приготовления раз- личных медицинских препаратов. Высокая сорбци- онная способность Самонт-мориллонитовых глин используется при изготовлении катализаторов для крекинга нефти, для очистки нефтяных, раститель- ных и животных масел, сточных вод, очистки («оклейки») сахарных сиропов и вин, получения высо- кокачественной фотографической желатины, при изготовлении различных моющих паст.

Кроме этих свойств бентониты обладают та- кими качествами как гидрофильность, ионообмен- ная способность, поверхностная активность, поло- жительно влияющая на усвоение питательных ве- ществ корма в организме животного. Исследования на животных показали, что бентонит уменьшает напряжение на фазовой границе жир – вода и, по- добно желчным кислотам, улучшает всасывание жирных кислот и жирорастворимых веществ. В же- лудочно-кишечном тракте животных, бентонит ад- сорбирует воду и пищеварительные соки, при этом увеличивается поверхность, на которую воздей- ствуют бактерии, что усиливает использование пи- тательных веществ корма. Благодаря всем этим свойствам, в последние годы в странах Европы стали широко использовать бентонитовые глины в рационах сельскохозяйственных животных как ис- точник макро- и микроэлементов, а также для повы- шения переваримости питательных веществ корма,

---