Бентонит применение в сухих строительных смесях

Применение бентонита

При буровых работах
Бентонит применяется в производстве буровых растворов. Улучшает их вязкость, что способствует уменьшению водоотдачи и толщины глинистой корки. Вследствие этого улучшается процесс удаления выбуренной породы из скважины, стабилизируется давление в скважине, охлаждается и смазывается бурильный инструмент.

В металлургии
Для окомкования железорудного концентрата при изготовлении окатышей. Бентонитовые глины поглощают избыточную влагу и пластифицируют комкуемую шихту.

В литейном производстве
В качестве связующего элемента для приготовления формовочных и стержневых смесей, а также в противопригарных покрытиях.

В строительстве

• В качестве гидроизолирующего материала: гидроизолирующие экраны, маты, прокладки, укрепление траншейных бетонных стенок, повышение несущей способности песчаных грунтов.
• Как добавка для улучшения свойств цемента и его производных.
• В производстве керамзита в качестве добавки для увеличения вспучивания глинистого сырья.
• В качестве пластификатора облицовочной керамики.

В сельском хозяйстве

• В производстве комбикормов как стимулятор продуктивности животных, связующее вещество для повышения качества и лекарственное средство.
• В качестве подстилки для животных.
• Для гранулирования посевного материала.
• В качестве наполнителей для химических средств защиты растений.
• Для мелиорации почвы.
• Для осветления вин и соков.

Для экологических программ
Бентонитовые глины обладают высокими адсорбционными свойствами, а после увлажнения приобретают и высокие водоудерживающие свойства. Благодаря этим свойствам бентониты эффективно используют:

• в гидроизоляционных работах при строительстве подземных сооружений,
• для создания гидроизоляционных завес, при захоронении бытовых и промышленных отходов,
• для очистки сточных вод,
• для гидроизоляции водоемов,
• для очистки питьевой воды,
• для адсорбции загрязнителей.

Бентонитовая глина, бентопорошок или бентогранулы используются в чистом виде или в смеси с грунтом или песком. Расход бентонита зависит от исходной водопроницаемости грунта и составляет от 5 до 50 кг/м2.

В качестве адсорбентов
Бентонит обладает способностью адсорбировать на своей поверхности различные нежелательные примеси. Используется для:

• отбеливания растительных масел и животных жиров,
• очистки соков, пива, сахарных сиропов,
• оклейки вин,
• очистки углеводородов и полимерных продуктов,
• смягчения и очистки воды,
• очистки витаминов и антибиотиков,
• адсорбции смол,
• очистки гальванических стоков.

В качестве наполнителей

• В лакокрасочной промышленности при производстве органо-растворимых (масляных), водоэмульсионных и вододисперсных красок в качестве суспендирующего и эмульгирующего агента, наполнителя и загустителя красок и лаков,
• В целюлозно-бумажной промышленности в качестве связующего вещества и минерального наполнителя.
• В производстве пластических масс для улучшения механических свойств и свойств поверхности пластиков (ударная прочность, прочность на изгиб).
• В производстве смазок для высокотемпературных режимов работы в качестве желатинирующего элемента.
• В косметике и фармакологии как гелеобразующее вещество и суспензиатор.
• В резинотехнической промышленности в качестве адгезионно-активной добавки в замен белой сажи, стабилизатора эмульсий в производстве красок на резиновой основе и резиновых клеев.
• В производстве огнетушащих веществ в качестве наполнителя.

Добавки в корм животным
Бентонитовая глина нашла широкое применение для приготовления разнообразных кормов для животных: влажных кормовых смесей в сочетании с отрубями и всех видов гранулированных комбинированных кормов.

Многочисленные исследования подтвердили, что добавление бентонитов в корм увеличивает удои и жирность молока, качество и вкус мяса у крупного рогатого скота, прибавку в весе — у свиней, яйценоскость — у птицы, прирост живой массы и шерсти — у овец, улучшает некоторые биохимические показатели крови, в частности, увеличивает содержание кальция, магния, неорганического фосфора.

Исследования американских ученых, проведенные в середине 20 века, дали объяснения этому факту. В пищеварительном тракте бентонит адсорбирует воду и пищеварительные соки, при этом увеличивается поверхность воздействия пищевых бактерий, что повышает усвояемость пищи. Кроме того, благодаря способности бентонита к селективной адсорбции химических элементов, происходит удаление из пищеварительной системы токсичных веществ, микробов, алкалоидов.

В виноделии
Одним из важных показателей качества вин является его прозрачность. Некоторые вина плохо самоосветляются и требуют дополнительной обработки фильтрования и осветления. Для осветления вин эффективно используется бентонит. При добавлении бентонита в оптимальном количестве в вине образуются хлопья, которые медленно, в течение нескольких дней, оседают на дно посуды и увлекают за собой частицы мути.

Бентонитовая глина

Бурение скважин является одним из обязательных процессов, без которого нельзя обойтись во многих промышленных отраслях. Скважина является неотъемлемым инструментом для добычи нефти и газа, посредством скважины обеспечиваются водой жилые дома, также скважины необходимы во время некоторых строительных работ. Сам процесс бурения очень сложный, требующий определенных знаний, умений, внимания, а также использования специальных инструментов и технологий. Одним из главных компонентов, который является прямым участником в формировании скважины, выступает бентонитовая глина. Она представляет собой минерал глинистого происхождения. Главное ее свойство заключается в многократном увеличении вещества в объеме при взаимодействии с водой. Это обусловлено ее слоистой структурой, попавшая влага в которую дает возможность материалу в несколько раз увеличиться в объеме.

Для бентонитовой глины характерны следующие особенности:

1. Пластичность. При взаимодействии с водой, глина приобретает консистенцию, похожую на пластилин, которой можно придать любую форму путем воздействия небольшого давления.
2. Набухание. Если смешать данную глину с водой, то она увеличится в объеме примерно в 14-16 раз.
3. Сорбционность. Глина поглощает из окружающей среды и удерживает на своей поверхности частицы, ионы, молекулы.
4. Огнеупорность и спекаемость. Она не плавится под воздействием очень высоких температур, а наоборот, приобретает очень твердую структуру.

Бентонитовая глина для бурения скважин является необходимым материалом, так как именно она используется для удержания стенок скважины и предотвращения нежелательных обвалов. Особенно в случаях, когда делается достаточно глубокая скважина, где риск обвала стенок существенно выше. Для того, чтобы правильно сформировать устойчивые стенки скважины, бентонитовая глина смешивается с водой в пропорциях 1 кубометр воды на 50 кг сухой массы, после чего она приобретает гелеобразное состояние и легко распределяется по стенкам, делая их ровными. Также вода, используемая при формировании скважин, благодаря бентонитовой глине остается внутри скважины.

Кроме того, если воздействовать на глину механически, то произойдет переход из состояния геля к твердому состоянию, что является уникальным свойством. Благодаря этому есть возможность формировать стенки скважины одновременно с тем, как бур продвигается вглубь.

Благодаря сорбционным свойствам бентонитовой глины, о которых упоминалось выше, источник остается полностью защищенным от проникновения токсинов и других агрессивных веществ, что позволяет использовать бентонитовую глину при бурении скважин питьевой воды.

Использование бентонитовой глины при бурении скважин имеет следующие преимущества:

1. Благодаря переменности есть возможность изменять свойства глины прямо в ходе рабочего процесса,
2. Гидравлика долота зависит от плотности состава, реологических свойств, которыми он обладает, а также от выхода,
3. С помощью бентонита можно сделать раствор более плотным, тем самым увеличив подъемную силу,
4. На целостность и прочность скважины влияет возможность быстрого удаления осколков породы из ее свола,
5. Экономичность,
6. Сокращаются сроки бурения скважины в связи с ускорением процесса бурения,
7. Позволяет сохранять чистым бур во время работы, а также предотвращает нагревание пилотной головки,
8. Благодаря вязкости шлам выводится значительно легче,
9. Является экологичным материалом, благодаря чему может применяться при бурении скважин питьевой воды,
10. Облегчает работу с неустойчивыми грунтами.

В связи с тем, что бентонитовая глина обладает определенными свойствами и преимуществами, о которых речь шла выше, она отлично себя зарекомендовала во время бурения скважин разного предназначения. То, насколько эффективным будет бурение, во многом зависит именно от свойств бентонитового раствора. В свою очередь, бурение оценивается на основании таких качественных показателей:

1. Выход раствора. Основополагающим фактором успешного приготовления раствора высокого качества является соответствующая модификация, а также фракция помола составляющих его веществ. Для приготовления раствора может понадобиться различное количество бентонита, что и является определением выхода.
2. Увлажнение, качество, а также концентрация взвешенных частиц определяет, насколько вязким будет раствор. Взаимосвязь подъемной силы и вязкости прямопропорционально.
3. Условная вязкость представляет собой гидравлическое противодействие течению,
4. Характеристикой пластической вязкости выступает сопротивление раствора и течения, образованное по причине механического трения.
5. Водонепроницаемая пленка на стенках скважины образуется в соответствии с высотой, которую имеет фильтрационная корка.

Однако, данная глина очень популярный компонент и пользуется большим спросом в различных областях.

Применение бентонитовой глины:

1. Пищевая промышленность (пищевая добавка Е558, которая препятствует на протяжении длительного времени слеживанию продуктов),
2. Сельское хозяйство (удобрение почв),
3. Нефтегазовая промышленность,
4. Металлургия (в частности, литейное дело),
5. При изготовлении керамических изделий,
6. Для осветления различных растворов,
7. Строительная отрасль,
8. Косметическая промышленность,
9. Фармакология,
10. Для оформления жилищ земноводных животных (террариумы, аквариумы и др.).

Как видим, практически отсутствует отрасль, в которой бы не были знакомы с бентонитовой глиной. Такой востребованностью вещество обязано своему составу, содержащему 70% монтмориллонита.

Месторождения бентониовой глины

Среди стран, которые славятся залежами бентонитовой глины, стоит выделить: Россию, Испанию, Украину, Италию, Грецию, США, Канаду. Именно территории этих государств богаты бентонитом, который успешно и непрерывно добывается с помощью открытого способа в карьерах.

Самыми известными месторождениями бентонитовой глины, которые находятся на территории РФ, являются: Курганское, Кудринское, а также Омское, рядом с которыми расположены и крупнейшие ее производители. Сразу после погрузки бентонит подвергается дроблению, после чего сортируется. Некоторые части дробленого бентонита проходят сушку для дальнейшего использования во время приготовления раствора для бурения.

База знаний: БЕНТОНИТ

Бентонит — это минеральные образования, относящиеся к классу алюмосиликатов. Бентониты обладают высокой дисперсностью с размером кристаллов на уровне менее 1 мкн. и, вследствие этого, имеют большую удельную поверхность. Особенности кристаллохимического строения бентонитов обуславливают наличие на их поверхности ионообменных катионов, активно влияющих на физико-химические свойства минералов.

Практически во всех технических изданиях начала 20 века при рассмотрении бентонитов фигурируют два названия: фуллеровы земли и бентониты . К фуллеровым землям со времен Римской империи относили глины, способные поглощать дисперсные частицы различных размеров. Такие глины употребляли для очистки от жира шерсти, используемой для изготовления сукна. Фуллер (fuller) с английского переводится как сукновал. Было установлено, что в природе встречается два типа сукновальных глин: первый используется в естественном виде, а второй после химической обработки или активации. Крупные скопления глин второго типа были найдены вблизи форта Бентон (США), вследствие чего и получили название бентонит . Более поздние минералогические исследования показали, что и фуллеровы земли и бентониты имеют практически одинаковый минеральный состав.

Строение и состав

Бентонит — порода, состоящая в основном из смектитовых минералов. В группу смектитов входит несколько минералов: монтмориллонит, бейделлит, нонтронит и ряд менее распространенных. Кристаллическая решетка всех смектитов состоит из слоев. В элементарную ячейку входят 3 слоя, которые образуют пакет: крайние верхний и нижний слои пакета состоят из тетраэдров AlO4,SiO4 и называются тетраэдрическими. Между тетраэдрическими слоями расположен слой, состоящий из октаэдров Al и Fe, названный октаэдрическим. Трехслойный пакет имеет отрицательный заряд, обусловленный замещением трехвалентных элементов (Al,Fe) в октаэдрическом слое на двухвалентные элементы (Мg,Fe) или четырехвалентного Si на трехвалентный Аl в тетраэдрическом слое. Возможен вариант, когда отрицательный заряд пакета обусловлен реакциями замены, как в октаэдрическом, так и тетраэдрическом слоях. Благодаря отрицательному заряду, на поверхности пакета располагаются положительные одно-, двух- и трехвалентные катионы. Это, главным образом, Na, K, Ca, Mg и Fe. В результате взаимодействия с водой вокруг этих катионов могут образовываться гидратные оболочки и агрегат пакетов при этом набухает. Характерно, что объем гидратной оболочки для разных катионов различен. Наибольшей гидратирующей способностью обладают ионы щелочных металлов и в первую очередь натрий. Существенно меньшей гидратирующей способностью обладают ионы щелочноземельных металлов: кальция и магния.
Указанная особенность смектитов набухать, увеличиваясь в объеме в 2-20 раз является чрезвычайно важным свойством для их промышленного использования. Среди смектитов наиболее высокой набухающей способностью обладает монтмориллонит, в котором главным обменным катионом является Na. Такие бентониты называются щелочными. Бентониты, в которых среди обменных катионов преобладает Са, получили название кальциевых. Кроме Са в монтмориллоните в значительном количестве может присутствовать Mg. В некоторых бентонитах магний занимает преобладающее положение по отношению к кальцию. Наиболее часто встречаются кальциево-магнезиальные (щелочноземельные) разновидности. Кальциевые и кальциево-магнезиальные бентониты можно перевести в разряд натриевых путем их обработки растворами натриевых солей. Такие натриевые бентониты называются активированными, а процесс ионообменного замещения — активацией.
В соответствии с требованиями современной промышленности к классическим бентонитам относится монтмориллонитовая глина, в которой содержание монтмориллонита составляет более 70%. Если глина на 80-90% состоит из смешанослойных минералов, в которых содержание монтмориллонитовых слоев превышает 70 %, то ее можно относить к бентонитам, но с несколько другим названием: гидрослюдистый (иллитовый) или калиевый бентонит. Все глины с содержанием монтмориллонита менее 70 % или в которых вместо монтмориллонита присутствует какой-либо другой минерал из группы смектитов следует относить к бентонитоподобным глинам или «бентоноидам».

Общими свойствами бентонитовых глин являются дисперсность, адсорбция, набухаемостъ и связующая способность.

Типовой химический состав бентонита, %

Бентонит применение в сухих строительных смесях

Бентонит – природный глинистый материал, относящийся к классу алюмосиликатов. Размер частиц бентонита меньше 1мкм и, поэтому он имеет большую удельную поверхность. При гидратации бентонит может сильно разбухать (в 14-16 раз). При ограничении свободного пространства бентонит при добавлении воды образует гель. Это его свойство используют для гидроизоляции при строительстве и приготовлении буровых растворов.

Название бентонит глина получила по месту добычи. Залежи ее были обнаружены вблизи форта Бентон (США). Способность глины поглощать частицы различных размеров известна с древних времен. Первоначально ее использовали для очистки от жира шерсти, используемой при изготовлении сукна (сукновальные глины).

Бентонит поставляется в виде высушенного и тонко помолотого порошка глины, сохраняющего при этом все свои химические свойства. Делается это для удобства транспортировки и последующего применения.

Сферы применения глинопорошков на основе бентонита:

1. Формовочные смеси – в сочетании бентонита с огнеупорными материалами.
2. Сорбционные реагенты для очистки пищевых жидких сред, природных, технических и сточных вод.
3. Формирование железорудных окатышей в металлургии.
4. Гидроизоляция оснований в строительстве.
5. Буровой раствор при вертикальном и горизонтальном бурении.
6. В качестве пригруза забоя.
7. Бентпорошок для винпрома.
8. Бытовое применение – наполнитель туалетов для домашних животных.

Бентонит нашел широкое применение в литейном производстве. Он используется для изготовления форм отливок из цветных и черных металлов. Бентонит обладает высокой связующей способностью, прочностью для изготовления бездефектных и качественных отливок.

Для улучшения качества бентонитовых порошков их активируют. При активации двухвалентные ионы кальция и магния в диффузионном слое глины замещаются одновалентным ионом натрия.

При повышении количества ионов натрия улучшаются механические свойства формовочных смесей, такие как уменьшение дефектов, при расширении формы для отливки, увеличиваются прочность всухую и время живучести формы.

Одним из основных показателей качества бентонитовых порошков для формовочных смесей является прочность на сжатие во влажном виде. Она составляет 0,9-1,1 кг/см 2 .

Благодаря высокой набухаемости и свойству образовывать гель, бентонит нашел применение при гидроизоляции в строительстве и в качестве бурового раствора скважин для снижения эффекта фильтрации. Буровые растворы обеспечивают удаление обломков из забоя разбуриваемых пород.

Наиболее общим показателем качества бентонитового порошка является выход раствора. Вязкость раствора определяется качеством, количеством и степенью гидратации частиц бентонита и определяет подъемную силу бурового раствора. За способность раствора оседать на стенках скважины отвечает показатель фильтрации. Буровой раствор создает малопроницаемую корку на стенках скважины. Этот показатель называется толщиной фильтрационной корки. Буровые растворы на основе бентонита применяют при бурении водных, газовых и нефтяных скважин.

Бентонит при горизонтальном направленном бурении устранит проблемы, возникающие при проходке сыпучих обваливающихся грунтов, таких как крупнозернистый песок, путем укрепления стенок канала. За счет формирования тонкого непроницаемого для воды слоя удается снизить просачивание через стенки прокладываемого канала. Буровые растворы на основе бентонита охлаждают буровую головку и зонд, увеличивают скольжение прокладываемого трубопровода в липких глинистых и слежавшихся грунтах. Эти же свойства глинпорошков применяют для щитовой проходки тоннелей.

Бентонит применяют в строительстве для гидроизоляции бетонных оснований, защиты шахт и карьеров от подземных вод, защиты подземных вод от загрязнений, для организации складирования экологически опасных отходов.

Модифицированный бентонит натрия используют как флокуляционную добавку для очистки сточных вод от масел, жиров, органики, тяжелых металлов. Бентонит диспергируется в воде, увеличивая размер и вес хлопьев, выпадающих в осадок. Это позволяет связывать загрязняющие химические вещества, увеличивать прозрачность и фильтруемость воды.

Бентонит подходит для фильтрации и осветления вин и фруктовых соков. При добавлении его в продукт образуются хлопья, которые вместе с частицами мути оседают на дно, делая продукт прозрачным.

Способность бентонита впитывать влагу до 5 раз и образовывать при этом комки позволяет использовать его для кошачьих туалетов. Наполнитель выпускается в виде гранул.

Бентонит в бурении

Бентонитовые глинопорошки в бурении используются для приготовления буровых растворов, обеспечивающих удаление обломков разбуриваемых пород из забоя. Свойства бурового раствора при этом в значительной степени определяют эффективность бурения.

Поэтому технико-эксплуатационные свойства бентонитового порошка оценивается через качественные показатели именно буровой суспензии, основными из которых являются:

Выход раствора – это интегральный показатель качества глинопорошка, зависящий от технологии помола и модификации порошка, а также минералогического и химического состава. Выход раствора определяет расход бентпорошка для приготовления бурового раствора требуемого качества.

Вязкость – определяется концентрацией, качеством и степенью гидратации взвешенных частиц, характеризует подъемную силу бурового раствора.

Условная вязкость – характеризует гидравлическое сопротивление бурового раствора течению.

Пластическая вязкость – определяет составляющую сопротивления течению жидкости, вызванную механическим трением.

Предельное динамическое напряжение сдвига (точка Йелда) – определяет составляющую сопротивления течению жидкости, вызванную электрохимическими силами взаимодействия в буровой суспензии.

Показатель фильтрации – характеризует способность раствора отфильтровываться на стенках скважины.

Толщина фильтрационной корки – определяет способность бурового раствора создавать малопроницаемую корку на стенках скважины.

Для приготовления буровых растворов применяются бентопорошки российского стандарта (ТУ 2164-002-00136716-01), а также стандарта API (ТУ 5751-001-78035873-05).

Бентонит в бестраншейном строительстве (горизонтально направленном бурении ГНБ)

Бентонитовые порошки для бестраншейного строительства позволяют при прокладке коммуникаций методом ГНБ преодолеть проблемы, порождаемые характеристиками грунта (крупнозернистый песок, липкая глина и др.), а также особенностями самого способа проходки. Основу глинопорошка для ГНБ составляет высококачественный бентонит, переработанный по специальной технологии с добавлением особых реагентов.

Применение в бестраншейном строительстве специальных бентопорошков позволяет значительно сократить время выполнения работ по прокладке коммуникаций.

Бентонитовые глинопорошки для ГНБ обеспечивают:
• укрепление стенок канала в сыпучих обваливающихся грунтах,
• снижение просачивания воды через стенки канала путем формирования тонкого водонепроницаемого слоя,
• скольжение прокладываемого трубопровода по стенкам канала,
• охлаждение буровой головки и зонда в случае бурения в слежавшихся грунтах.

Бентонит для строительства сооружений способом «стена в грунте»

При строительстве сооружений, находящихся ниже уровня грунтовых вод, применяется метод «стена в грунте». Для этого в грунте делается выработка прямоугольной формы требуемого размера, которая заполняется глинистым раствором, приготовленном на основе специального бентонитового порошка и укрепляется арматурным каркасом. Затем производится бетонирование выработки с одновременным вытеснением бентонитового раствора, который в дальнейшем используется для регенерации и повторного применения.

Такая конструкция может служить несущим фундаментом, стеной для подземного сооружения, а также противофильтрационной завесой, исключающей доступ грунтовых вод в заглубленное эксплуатируемое сооружение.

Если «стена в грунте» не армируется, то она в этом случае представляет собой противофильтрационную диафрагму, которая может применяться для:
• защиты подземных и поверхностных вод от загрязнения,
• защиты карьеров и шахт от подземных вод,
• организации мест складирования (захоронения) экологически опасных отходов.

Бентонит для щитовой проходки тоннелей

При строительстве тоннелей в сложных инженерно-геологических условиях (плывунные неустойчивые грунты, значительное давление грунтовых вод и др.) используются проходческие комплексы с гидропригрузом. В таких комплексах в призабойную область под давлением нагнетается бентонитовый раствор, что позволяет поддерживать забой в стабильном состоянии. Разработанная порода, измельченная до состояния пульпы, отводится вместе с бентонитом по трубопроводу. В сепарационной установке происходит отделение породы и рекультивация бентонитового раствора, который в дальнейшем возвращается в камеру гидропригруза. Рецептура бентонитового раствора по результатам лабораторного анализа может корректироваться в зависимости от условий проходки и характеристик грунтов.

Глинопорошки для приготовления бентонитовых растворов, используемых в щитовой проходке, должны отвечать по качеству самым высоким требованиям, так как это связано в первую очередь с надежностью функционирования весьма дорогостоящего проходческого комплекса.

Бентонит для формовочных смесей в литейном производстве

Глинопорошки бентонитовые нашли широкое применение в литейном производстве в качестве минерального связующего материала в формовочных смесях. При этом используется склеивающая способность глины. Из таких формовочных смесей, состоящих в основном из песка и глины, изготавливаются формы для отливок ответственного назначения из черных и цветных металлов.

Формовочные глинопорошки должны обладать достаточной прочностью, связующей способностью и термохимической устойчивостью, что обеспечит получение качественных форм и бездефектных отливок.

Основными показателями качества формовочных бентонитовых порошков являются:
• предел прочности при сжатии во влажном состоянии,
• предел прочности при разрыве в зоне конденсации влаги,
• термическая устойчивость,
• коллоидальность.

Применение для формовочных смесей качественного бентопорошка обеспечивает снижение его расхода, а также улучшает технико-экономические показатели работы литейных цехов в виду снижения объема выбраковки.