Významné íly a ílové minerály
Bentonit a montmorrillonit, ich výskyt,
vlastnosti, úpravy a použitie
Peter KOMADEL
Oddelenie hydrosilikátov
Ústav anorganickej chémie SAV
Úvod
Jarmila Kmeťová
Marek Skoršepa
Peter Mäčko
Poznáme túto knihu ?
Učíme sa z nej ?
A ak máme chémiu
v inom jazyku ?
2
Chemické zloženie zemskej kôry
O
Si
Al
∑
%
46,6
27,7
8,1
82,4
3
Chemické zloženie zemskej kôry
Zemská kôra je zložená prevažne z alkalických
kremičitanov a hlinitokremičitanov.
Bentonit
som
nenašiel.
Anorganické zlúčeniny sa v zemskej kôre
nachádzajú prevažne v dvoch formách, a to ako
horniny a minerály. Žula je zložená z kremeňa,
živca a sľudy.
Základnou surovinou keramického priemyslu je
kaolín, ktorého podstatnou zložkou je kaolinit.
4
Íly
• nerastné suroviny
• prírodné materiály obsahujúce aj ílové
minerály
• často rôzne mineralogické zloženie
• kaolíny – dominantný je kaolinit
• bentonity –
montmorillonit
5
Štruktúra ílových minerálovov
Siete tetraédrov
a
siete oktaédrov
tvoria vrstvy.
6
Tetraedrická sieť
7
Oktaedrická sieť
8
Kaolinit
9
Kaolinit
Wikipedia
10
Bentonit
Budeme sa venovať najmä
bentonitom a smektitom.
Poznáme odborné slová?
Vieme
• čo je to bentonit?
• čo je to smektit?
• čo je to montmorillonit?
11
Vieme, kde sa dá kúpiť smektit?
Poznáme?
Prečo názov smecta?
12
Adsorbenty v lekárňach
13
Bentonit podľa Wikipedie
Bentonit je ílová hornina, ktorá vzniká
rozkladom vulkanického skla. Tvorí ho
zmes ílových minerálov hlavne
montmorillonitu, beidelitu alebo smektitu.
Jeho typickou vlastnosťou je, že pri styku s
vodou intenzívne napučiava. Termín prvý
raz použitý v roku 1887, hornina dostala
meno podľa mesta Fort Benton v Montane.
14
Výskyt bentonitu Wyoming
Wyo-Ben Inc., Billings, MT
15
Produkcia bentonitov
V tonách podľa výročných správ USGS z r. 2008
krajina
2003
2004
2005
2006
USA
3 770 000
4 550 000
4 710 000
4 940 000
Čína
2 000 000
2 000 000
2 000 000
2 000 000
Grécko
950 000
950 000
950 000
950 000
Turecko
831 146
850 000
925 000
950 000
Talianko
474 000
475 000
446 000
470 000
Japonsko
425 945
455 282
421 629
420 000
Česko
199 000
201 000
186 000
220 000
Slovensko
74 938
73 273
70 000
70 000
12 300 000
13 500 000
Spolu
13 600 000 13 700 000
16
Produkcia bentonitov
Dáta podľa:
D. D. Eisenhour and R. K. Brown: Bentonite and its
impact on modern life. Elements 5, 83–88 (2009)
Najmenej 23 krajín produkuje významné množstvá
bentonitu.
Z komerčného hľadiska existujú dva základné typy
prírodného bentonitu:
Na-bentonit schopný adsorbovať veľké množstvo
vody a tvoriť viskózne tixotropné suspenzie.
Ca-bentonit horšie adsorbuje vodu, menej napučiava
a netvorí stále vodné suspenzie.
17
Bentonity
využitie
• podstieľky pod mačky a zvieratká
•
iné adsorbenty a bieliace hlinky
• vrtné kvapaliny a suspenzie
• pieskové formy na odlievanie kovov
• peletizácia Fe rúd (namä v USA)
• stavby – ryhy, priekopy, izolácia stien
• izolácie od vody a priesakov
• kozmetika, farmácia, …
25%
1%
25 %
16%
16%
8%
4%
18
Bentonity
využitie
• nanokompozity s polymérmi
• skládky komunálneho odpadu
• úložiská jadrového odpadu
19
Montmorillonit podľa Wikipedie
Výskyty na Slovensku
Kuzmice (okres Trebišov)
Lastovce (okres Trebišov)
Nižná Kamenica (pri Košiciach)
Nižný Žipov (okres Trebišov)
Podhoroď (okres Sobrance)
Slaská (okres Žiar nad Hronom)
Stará Kremnička (ložisko pri Jelšovom potoku,
okres Žiar nad Hronom)
Malachovská dolina (okres Banská Bystrica)
20
Montmorrillonit a Montana
Slovo montmorillonit nemá vzťah so
slovom Montana, ale pochádza z EU.
Montmorillon
21
Výskyt bentonitov
Bentonity sú bežné nerudné suroviny
Najvýznamnejšie ložiská
• svetové – Wyoming (+ SD, MT) v USA…
• európske – Milos, Sardínia, …
• slovenské
• Jelšový potok / Stará Kremnička
• Lieskovec / Zvolenská Slatina
• Kopernica – Kremnické vrchy
(1972)
(2003)
(2007)
22
Bentonity
hlavný minerál – montmorillonit
prímesi
• kremeň, cristobalit,
• vulkanické sklo
• živce
• kaolinit
• sľuda, illit
• zmiešanovrstevnaté minerály, ……
23
Bentonit
Vzorka bentonitu zo zbierok USGS
Wikipedia
24
Ložiská Bentonitu
25
Bentonity
dôležité vlastnosti
• jemné častice (< 2 μm)
• veľký povrch (~ 800 m2/g)
• schopnosť vymieňať katióny
• povrchová kyslosť
• sorpcia vody
26
Štruktúra smektitov
vrstvy – záporný náboj
vymeniteľné katióny – povrch, medzivrstvie
základná jednotka: O20(OH)4
8 tetraédrov
6 oktaédrov
dioktaedrické – 1/3 vakantných
trioktaedrické – všetky obsadené
27
Smektit
katióny
tetraédre
oktaédre
tetraédre
katióny
tetraédre
oktaédre
tetraédre
katióny
28
Napučiavanie smektitov
d=0,96 nm
d=1,55 nm
29
Napučiavanie smektitov
katión
30
Smektity
Ílové minerály schopné napučiavať
dioktaedrické – v oktaédroch prevažne M(III)
(2+0)x3 = 6
1/3 vakantných oktaédrov
montmorillonit – Al (Fe, Mg)
nontronit – Fe (Al, Mg)
trioktaedrické – v oktaédroch prevažne M(II)
3x2 = 6
všetky oktaédre obsadené
saponit – Mg
hectorit – Mg (Li)
31
Dioktaedrické smektity
32
Dioktaedrické smektity
Tetraedrická
Oktaedrická
Tetraedrická
Mn+
O2Si(IV), Al(III)
OH-, O2Al(III), Mg(II), Fe(III)
33
Montmorillonit
Tetraedrická
Oktaedrická
Tetraedrická
Mn+
O2Si(IV), Al(III)
OH-, O2Al(III), Mg(II), Fe(III)
34
Hectorit
Laponit
Tetraedrická
Oktaedrická
Tetraedrická
Mn+
O2Si(IV)
OH-, O2Mg(III), Li(I)
35
Trioktaedrické smektity
v oktaédroch prevažne M(II)
saponit – Mg
náboj: na tetraédroch > na oktaédroch
hectorit, laponit – Mg (Li)
náboj: na oktaédroch > na tetraédroch
36
Pyrofylit a mastenec
nepatria medzi smektity
37
Pyrofylit
Tetraedrická
Oktaedrická
Tetraedrická
x
Mn+
O2Si(IV)
OH-, O2Al(III)
x
x
x
x
x
38
Mastenec
Tetraedrická
Oktaedrická
Tetraedrická
x
Mn+
O2Si(IV)
OH-, O2Mg(II)
x
x
x
x
x
39
Štruktúrne vzorce smektitov
Vyjadrujú zvyčajne iba
štatistické rozdelenie prvkov
v jednotlivých pozíciách v štruktúre minerálov
• v tetraédroch,
• v oktaédroch,
• ako vymeniteľné katióny.
Vtedy to je prepočet dát z chemickej
analýzy podľa pravidiel a skúseností.
40
Mastenec
Prečo je teraz často v správach?
Pre zmätky s povoľovaním ťažby
veľmi kvalitnej suroviny
z Gemerskej Polomy
Záver
Smektity sú chemicky aj aplikačne
veľmi zaujímavé materiály.
42
Ďakujem Vám, že ste prišli
a vydržali až doteraz.
43
Download

Prezentácia