Бентонитовые глины получили своё название от форта Бентон, расположенного в штате Вайоминг (США), где была начата их первая промышленная добыча в конце девятнадцатого века. В последующем интерес к бентонитовым глинам значительно возрос, и их месторождения были обнаружены почти на всех континентах нашей планеты. Главнейший минерал бентонитовых глин — монтмориллонит — также получил свое название от города Монтмориллон (Франция), вблизи которого он впервые был обнаружен. Бентонитами следует называть, независимо от генезиса, тонкодисперсные глины, состоящие не менее чем на 60-70%из минералов группы монтмориллонита (А!.О. « 4510 - H,0), обладающие высокой связующей способностью, адсорбционной и каталитической активностью. Исходя из теоретической формулы монтмориллонита, молекулярное соотношение окислов кремния и алюминия не должно быть ниже 1:4; для минералов гидрослюдистой группыПри этомэтов соотношениекачестве катионовблизков молекуле1:3 и каолитовоймонтморилло-- 1:2. нита могут быть различные элементы, чаще всего алюминий и кальций (И. В. Петрухин, 1989).
Установлено, что бентониты по своему основному составу бывают щелочными (с преобладанием обменного натрия) и щелочноземельными (с преобладанием обменного кальция).
Структурные элементы монтмориллонита построены из двух наружных кремнекиспородных тетраэдрических сеток с атомами кремния в центрах и с повернутыми друг к другу вершинами, сочлененными с помощью алюмокислородных октаэдрических сеток. В каждом тетраэдре атом кремния одинаково удален от четырех атомов кислорода или гидроксильной группы. В октаэдрических сетках между ними расположены атомы и других металлов (железа, магния). В промежутках между чередующимися слоями сеток кремнекислородных тетраэдров и гидроксильных октаэдров заключены ионы натрия, цинка, марганца, меди и других металлов. Несмотря на высокую дисперсность, кристаллическая структура минерала отличается более или менее строгой упорядоченностьюи в этом смысле представляет
58
собой ионный кристалл класса слоистых и слоисто-ленточных силикатов ( Е. Г. Куковский, 1980). Одним из наиболее распространенных типов взаимодействия глин, представляющим практический интерес, является замещение поверхностно расположенных неорганических катионов на органические молекулы (Н. В. Вдовенко и др., 1980). Благодаря наличию в глинах гидрофильно — гидрофобных участков, спирты, кетоны, эфиры и высокомолекулярные амины образуют с бентонитом органокомплексы — органофильные бентониты. Адсорбированные молекулы координируются обменными катионами, одновременно образуя водородные связи с поверхностными атомами киспорода (Ф. Д. Овчаренкои др., 1980). Общими свойствами бентонитовых глин являются: дисперсность, хорошая адсорбционная способность, набухаемость, связующая способность (И. С. Мерабишвили, 1962; Б. В. Тварчелидзе; С. С. Филатов, 1941). персныхДисперсностьсистемах,— которыехарактеристикасостоятразмераиз множества частицмелких в дисчастиц (дисперсной фазы), распределенных в однородной (дисперсной) среде. По размерам частиц различают грубодисперсные и высокодисперсные системы. Чем больше в диффузном слое частиц бентонита обменных катионов щелочных металлов (обычно натрия ), тем больше его дисперсность. Коллоидность — свойство частиц дисперсной фазы размером от 10-7 до 10-5 см в результате интенсивного броуновского движения распределяться в дисперснои среде. Набухаемость — притяжение молекул воды тонкодисперсными частицами глины. Причем более влагоемки щепочные бентониты относительно щелочноземельных. Адсорбция — способность глин поглощать вещества из жидкой среды.
Кристаллическая решетка минералов монтмориллонитовой глины, в отличие от минералов других типов глин, имеет большой избыток отрицательного заряда. Как полагают некоторые исследователи (Н. В. Кирсанов, П. Н. Залезняк, 1964), обменная способность монтмориллонита связана с замещением атомов водорода из гидроксильной 59
группы. Отрицательный заряд решетки минерала нейтрализуется положительно заряженными ионами (катионами), которые адсорбируются (накапливаются) на поверхности кристаллической решетки. Адсорбционные ионы в водной среде гидратируются, т. е. каждый катион окружается большим количеством молекул воды. Наибольшей гидратирующей способностью обладают ионы щелочных металлов, в частности — натрия. Ионы же щелочноземельных металлов (кальций, магний) обладают значительно меньшей гидратирующей способностью. Дисперсность бентонита находится в функциональной зависимости от рода и количества обменных катионов — чем больше в диффузном слое частиц бентонита обменных катионов щелочных металлов (обычно натрия), тем больше его дисперсность. По водопоглощаемости щелочно - земельные бентониты несколько уступают щелочным. Связующие свойства бентонитов обусловлены наличием весьма развитой поверхности раздела на границе твердой и жидкой фаз и обеспечены значительным запасом поверхностной энергии. Существующаяв водной среде связь между глинистыми частицами усиливается по мере удаления воды и значительного их сближения. При полном удалении воды (искусственное высушивание) наступает довольно прочная связь, которая обеспечивает сильное сцепление или склеивание частиц как между собой, так и с частицами тех материалов, с которыми они соприкасаются. При этом глинистые частицы, благодаря своему чешуйчатому строению, ориентируются по плоскостям, образуя достаточно прочную связь. Это позволяет получить из тонкодисперсных фракций бентонитов пленочные материалы, обладающие определенной эластичностью (Б. В. Кацитадзе и др., 1979). Бентониты легко связывают органические основания и их соли, образуя глиноорганические комплексы — бентоны. По данным Овчаренко Ф. Д. (1966) и Кирсанова Н. В. (1972), прочность образующихся органоглин во многом определяется балансом гидрофильных и гидрофобных участков. Адсорбирующая способность бентонитов очень высока. В этом отношении они в целом не отличаются от обычных сорбентов. Бентониты относятся к мелкопористым сорбентам с
