پایان نامه بنتونیت

چكيده:

بنتونيت ي سنگ رسي با خاصيت ويژه اي مي باشد. رنگ اين سنگ در حالت هوازده سبز روشن و سبز مايل به زرد است و تركهايي مثل تركهاي موم سفت در آن موجود مي باشد. وقتيكه يك تكه از اين سنگ را خيس كنيم به چند برابر حجم خود افزايش پيدا مي كند و در اثر شكسته شدن به يك خمير صابوني تبديل مي شود.

به طور كلي بنتونيتها به سه دسته تقسيم مي شوند:

بنتونيت با تورم زياد يا بنتونيت سديم

بنتونيت با تورم كم يا بنتونيت كلسيم

بنتونيت با تورم متوسط يا بنتونيت متوسط

بنتونيت فعال به خاكهايي گفته مي شود كه با يك ماده شيميايي تغييراتي در آن بوجود آورند. فعال سازي بنتونيتها بيشتر با استفاده از محلول آب نمك براي تعويض يونهاي كلسيم با سديم است كه با اين عمل خاصيت تورمي و تعليق پذيري بنتونيتها افزايش پيدا مي كند.

گل سرشور يا رس رنگ زدا يا رس چربي زدا كه احتياج به فعال سازي ندارد و مصرف فعلي آنها براي تهيه گل حفاري، رنگ زدايي، خالص كردن روغنهاي معدني، جذب روغن از كف كارگاهها و غيره مي باشد.

در فصل اول بنا به توضيح مختصري كه داده شد علاوه بر تعريف و تقسيم بندي بنتونيت، مصارف و كاربرد آن از جمله استفاده بنتونيت در گل حفاري- گندله سازي- بي رنگ كننده- مصارف كشاورزي- مواد سمي- كودها- كاتاليزور- مصارف ساختماني و ساير مصارف موردبحث و بررسي قرار گرفته است.

كانسارهاي بنتونيت در شش منطقه ايران پديد آمده است كه بشتر آنها در ارتباط با فعاليتهاي ولكانيكي سنوزوئيك است كه كليه خصوصيات و مشخصات به تفصيل در فصل دوم آمده است.

در فصل سوم كليه آزمايشات مربوط به بنتونيت معادن موجود در ايران مورد ارزيابي قرار گرفته است. در قسمت آزمايشگاه بنتونيت براي پي بردن به خصوصيات فيزيكي و شيميايي بنتونيتهاي ارسالي از معادن فعاليت هاي گوناگوني و براي تشخيص اينكه بنتونيت هاي استخراج شده در كداميك از مصارف صنعتي قابل كاربرد مي باشند انجام مي گيرد.

مقدمه:

ميليونها سال مواد معدني در دل خاك مدفون بوده اند و بشر به پيروي از نيازهاي تدريجي خود اقدام به كشف و بهره برداري از آنها نموده اند و پس از آن اعمال فرآيندهاي مناسب محصولات قابل استفاده در مورد امور مختلف از آنها بدست آورده است. تنوع مواد معدني و كاربردهاي متعدد هريك از آنها سبب شده است كه اين مواد بطور چشمگيري در زندگي روزمره ايفاي نقش كرده و در نتيجه استخراج معادن شاخه اي از فنون و علوم متداول گرديد. مسلم است كه بخش عمده اي از نيازهاي بشر بايد از زمين تأمين شود و پتانسيل كشاورزي و ذخاير معدني از منابع اصلي تأمين اين نيازها بوده است. ارتباط كشاورزي، صنعت و معدن با يكديگر جاي هيچ گونه بحثي ندارند. لذا نمي توان هيچ يك را بر ديگري ترجيح داد و در مسير تمدن بشر هريك جايگاه مخصوص به خود دارند.

بديهي است كه معادن به عنوان تأمين كننده مواد اوليه صنايع موردتوجه قرار مي گيرند هميشه سعي بر اين بوده كه استخراج مواد معدني به صورت اقتصادي و امن صورت گيرد بدين منظور علاوه بر مطالعه گزارشها و نتيجه كارهاي معادن مختلف دنيا تحقيقات پيوسته اي در زمينه چگونه گي اكتشاف، بهبود تكنيك استخراج و كشف و كاربردهاي جديد مواد معدني صورت مي گيرد و امروز معدن كاري و صنايع معدني اقلام بسيار بزرگي از درآمد برخي از كشورها را تشكيل مي دهد.

فصل اول

مصارف بنتونيتهاي موجود در طبيعت و نحوه پيدايش

1-1- تعريف بنتونيت

بنتونيت يك ماده معدني از دسته رسها و شبه رسها است كه از كاني مونت موريونيت و به مقدار كم بيدليت (نوع پرمايه تر از بنتونيت آلومينيوم دار) تشكيل شده است.

اصطلاح بنتونيت براي اولين بار در سال 1898 توسط نيت (Knight) به خاك رسي كه از شيل بنتون در آن زمان استخراج گرديد، اطلاق شد. نام شيل بنتون نيز از كوه فورت بنتون كه در 400 مايلي شمالي رودخانه راك (Rock) قرار دارد گرفته شده است.

در اوايل قرن بيستم چندين زمين شناس تشخيص دادند كه اصولاً بنتونيت در لايه هاي سنگهاي كرتاسه و ترشيري بوده و از مواد آتشفشاني حمل شده منشأ مي گيرد اين تشخيص آنها را به خاستگاه بنتونيت كه توسط راس و (Roos) شانون (Shannon) عنوان شده بود هدايت كرد. به نظر آنها بنتونيت اساساً سنگي است مركب از يك شبه رس متبلور كه از تغيير حالت شيشه اي به حالت بلوري يك ماده آذري شيشه اي كه (معمولاً اغلب توف يا خاكستري آتشفشاني است) در اثر هوازدگي شيميايي تشكيل شده است و اكثراً داراي مقادير مختلفي از دانه هاي ديگري است كه به صورت بلور در شيشه آتشفشان وجود داشته اند.

اين دانه هاي بلورين فلدسپات (معمولاً ارتوكلاسز و اليگوكلاز) بنتونيت، كوارتز پيروكسين ها زيركون و انواع ديگر كانيهاي مختلف مخصوص سنگ آذرين است.

موروثي با باقت بي فرنژانس بالا، كيلواژ آسان، مشخصه كاني شبه رس دارابودن شكل ميكائي توف يا خاكستر بوده و معمولاً مونت موريونيت و يا مقدار اندكي بيدليت است.

توصيف فوق براي بنتونيت به عنوان يك كاني سنعتي اين مشكل را به وجود مي آورد كه طبق بنتونيت محدود به خاكستر توف و ماده اوليه شيشه اي، اين تعريف و براساس خاستگاه اعلام شده آتشفشاني مي گردد و كانسارهاي مطبق داراي كانيهاي رسي كه بر اين تعريف انطباق داشته ولي نمي توانند بنتونيت ناميده شوند. خاستگاه نامعلوم دارند و يا فاقد مواد اوليه شيشه اي مي باشند از طرف ديگر بسياري از كانسارها در غرب امريكا و ساير نقاط دنيا كه استخراج و بنام بنتونيت بفروش مي رسند با تعريف فوق مطابقت ندارد.

شايد مهمترين تعريف براي بنتونيت بعنوان يك كاني صنعتي توصيف ارائه شده توسط گريم (Grim.A.R) در مادريد اسپانيا در سال 1972 است.

طبق اين تعريف بنتونيت، خاك بنتونيت خاك رسي است كه ذاتاً از كانيهاي اسمكتيت بدون توجه به خاستگاه آن تشكيل شده است.

با اين تعريف اختلاف بين بنتونيت عنوان شده توسط زمين شناسان و بنتونيت صنعتي از بين رفته و مشكل رسهاي اسمكتيتي كه از سنگهاي آذرين غير از توف خاكستر يا شيشه تشكيل شده، يا اسمكتيت هايي كه رسوبي بوده و منشأ نامعلومي دارند حل مي شود. در هر صورت وقتي بنتونيت با اين تعريف و معني بكار مي رود جزو سنگهاي داراي بيش از يك كاني محسوب و در خيلي از موارد تشخيص آن از كل سر شور (Fullers Earth) ممكن نخواهد بود. بنتونيت ها را به چندين طريق تقسيم بندي مي نمايند كه يكي از اين روشها تقسيم بندي برمبناي ظرفيت تورمي آنها در حالت تر يا مخلوط با آب است. چنانكه بنتونيت هايي كه داراي يون سديم Na+ غالب يا يون سديم قابل تعويض فراوان مي باشند ظرفيت تورمي خيلي زيادي از خود نشان مي دهند و وقتي به آنها آب اضافه شود، توده هاي ژل مانندي را تشكيل مي دهند.

ظرفيت تورمي بنتونيت هايي كه كلسيم قابل تعويض آنها از ساير يونها بيشتر است (Ca++) كمتر از نوع سديم دار آن است. بعضي از انواع كلسيم دار كمي بيش از رسهاي معمولي متورم مي شوند و در آب به صورت گلوله هاي ريز با دانه هاي به هم چسبيده در مي آيند.

بنتونيتهاي داراي كلسيم و سديم متوسط، بنتونيتهاي مخلوط ناميده مي شوند. تمايل اين نوع به تورم متوسط بوده و ژل كم حجمي را نسبت به نوع سديم دار (با وزن مساوي) تشكيل مي دهند.

بنابراين با توجه به موارد بالا بنتونيتها را به سه دسته زير تقسيم مي كنند:

الف) بتونيت با تورم زياد يا بنتونيت سديم

ب) بنتونيت با تورم كم يا بنتونيت كلسيم

ج) بنتونيت با تورم متوسط يا بنتونيت متوسط

در صنعت به بنتونيت ها با تورم كم و متوسط عنوان ساب بنتونيت (Bentonite Sub) اطلاق مي گردد.

بنتونيت در امريكا برحسب محل جغرافيايي كانسار و همچنين كاربردهاي آن تقسيم بندي مي كنند مثلاً:

بنتونيت هاي جنوبي، به بنتونيت هاي كلسيم كم تورم واقع در كنار خليج مكزيك گفته مي شود.

بنتونيت وايومينگ يا غربي، به بنتونيت هاي سديم با تورم زياد واقع در وايومينگ و ايالات نزديك آن گفته مي شود.

بنتونيتهاي گل حفاري بنتونيتهاي چسبيده مصرفي در ماسه ريخته گيري و بنتونيت چسبيده يا كونيتي با توجه به مصرف آنها توسط بازرگانان عنوان مي شود.

ساير عناوين مثل بنتونيت ييلد بالا و ييلد پايين، بنتونيت ژل بالا و پايين، بنتونيت با مقاومت زياد و كم نيز براي تشخيص بنتونيت از نظر كيفي در بازار مصطلح است.

تقسيم بندي مختلف ديگري نيز وجود دارد كه خيلي مودر توجه نيست. بنتونيت داراي چنان انواع گوناگوني است كه بعضي از آنها در تقسيم بندي متعارف نمي گنجد يكي از اين بنتونيت ها مكتوريت است كه داراي خاصيت تورمي زيادي بوده و از نوع اسمكتيت ليتيم دار است كه عمدتاً در كاليفرنيا و ايالتهاي هم جوار آن قرار دارند و نمي توانند جزو بنتونيتهاي وايومينگ قرار گيرند و حتي در غرب قرار نگرفته اند تا جزو بنتونيتهاي غربي محسوب گردند. غير از آن بنتونيت هايي هستند كه منيزيم (Mg++) و يا هيدروژن (H+) فراوان داشته و يا يون قابل تعويض غالب دارند. اين نوع بنتونيت سديم يا كلسيم دار نبوده و ظاهراً بعضي از آنها خاصيت تورمي كمي داشتند و بقيه ظرفيت تورمي نسبتاً بالايي دارند.

بنتونيت هاي ديگري نيز وجود دارد كه بنتونيتهاي پتاسيم (K) بنتونيت يا متابنتوني ناميده مي شوند. اين بنتونيت ها در سنگ هاي پالئوزوئيك نواحي آپالاچي و دره مي سي سي پي و جاهاي ديگر يافت مي شوند و ظاهراً از خاكسترهاي آتشفشاني تشكيل شده اند. عموماً داراي ايليت و مخلوطي از كاني هاي لايه اي هستند. پيشوند متا در متابنتونيت از متامورفيسم مي آيد، چرا كه عقيده بر اين است كه اين نوع بنتونيت به وسيله عمل دگرگوني با درجه پائين يا دياژنز پديد آمده است. سابقاً از اين نوع بنتونيتها براي خالص كردن چربي خوك استفاده مي گردند.

گل سرشور (Fullers Earth) يا رس رنگ زدا يا رس چربي زدا به رسها يا ساير مود خاكي دانه ريز گفته مي شود كه بدون احتياج به فعال سازي مصنوعي كم و بيش رنگ زدا و جاذب رطوبت بوده و براي مصارف ديگر نيز بكار مي روند از نظر تركيبي يا كاني شناسي ويژگي خاصي ندارد. اين عنوان براي اولين بار به خاكهايي كه براي شستشو و پاك كردن پشم بكار مي رفت اطلاق گرديد. عمل آن در اين شستشو جداكردن روغن و كثافت از پشم بود. نيم قرن پيش وقتي متوجه شدند كه مردم محلي از اين خاكها براي چربي زدايي و تميزكردن پشم استفاده مي كنند پرسشهايي را شروع كرده و مشاهده كرده اند كه اين خاكها توانايي رنگ زدايي و خالص كردن روغنهاي معدني نباتي و حيواني را نيز دارند.

مصرف فعلي آنها بيشتر براي رنگ زدايي و خالص كردن روغنهاي معدني است ولي در مصارفي چون جذب روغن از كف كارگاهها و در بعضي موارد جهت تهيه گل حفاري و به عنوان پركننده كه خواص غير از جاذب بودن مي باشد نيز بكار مي روند.

رسهاي سفيدكننده (Bleeching clays) به خاكهاي فعال طبيعي يا ساير بنتونيتها و رس هاي ديگر (مثل بوكسيت) اطلاق مي شود كه بوسيله اسيد بصورت صنعتي فعال مي شوند البته به رسهاي طبيعي فعال نيز كه داراي اين خاصيت هستند رس سفيد كننده گفته مي شود و هردو نوع جزو رسهاي جاذب نيز دسته بندي مي گردند. عنوان رسهاي جاذب نيز به خاكهاي فعال طبيعي كه به عناوين مختلف بمنظور جذب بكار مي روند گفته مي شود. اين خاكها غير از آنهايي است كه براي عمل آوردن روغن بكار مي روند.

مأخذ و منابع

اترودي، سيروس (1371) كاني شناسي سيليكاتها، دانشگاه پيام نور

اسكوئي، اصغر، عربيد حميد (1365) گزارش مقدماتي اكتشاف زئوليت در منطقه ميانه سازمان زمين شناسي كشور، مركز تبريز

خاكزاده، احمد، كاني شناسي، سيليكاتهاي (جزوه درسي) دانشكده علوم زمين، دانشگاه شهيد ؟؟؟؟

سرابي، فريدون (1369) كاني شناسي نوري، دانشگاه تهران

قرباني منصور (1372) زئوليت در منطقه طالقاني- شركت سنگها و كانيها

لطفي محمد (1370) زئوليت هاي منطقه رودهن اولين سمينار كاني شناسي

كريستالوگرافي ايران، دانشكده بوعلي همدان

مصلحي، زهره (1371) زئوليتها و تعويض يوني، شركت سنگها و كانيهاي صنعتي ايران

وحدتي، دانشمند فرهاديان (1365) گزارش زئوليت جنوب شرق سمنان، سازمان زمين شناس كشور

Stanle, J, Lefond, editor (1983) industrial Minerals and Rock, Volume2