Бентонітові глини. Властивості, застосування та значення

Бентонітова глина — це природний матеріал, який отримав свою назву від місцевості Бентон, штат Вайомінг, США, де вперше було виявлено великі поклади цієї глини. Бентонітові глини входять до переліку корисних копалин загальнодержавного значення затвердженого постановою Кабінету Міністрів України від 12 грудня 1994 р. № 827, як сировина адсорбційна, сировина формувальна та для огрудкування та сировина для приготування бурових розчинів.

Властивості бентонітових глин

Бентонітові глини складаються в основному з мінералів групи монтморилоніту (з домішкою гідрослюд, гідрохлориту, палигорськіту, каолініту та ін.), що утворилися в результаті девітрифікації та інших хімічних перетворень вулканічного попелу.Бентонітова глина відрізняється високою здатністю до набухання, а також має сорбційні, адсорбційні та каталітичні властивості, що робить її надзвичайно корисною в багатьох галузях промисловості.

Основні фізичні властивості:
1. Набухання. Бентоніт здатен значно збільшувати свій об’єм при контакті з водою. Ця властивість використовується у будівельних матеріалах для створення водонепроникних бар’єрів.
2. Сорбційні властивості. Бентонітова глина здатна поглинати токсини, що робить її ефективною у водоочисних системах, а також у якості добавки в кормах для тварин для виведення шкідливих речовин.
3. Адсорбція. Бентоніт може захоплювати гази, запахи та інші леткі речовини, що використовується у побутових та промислових фільтрах.

Бентонітові глини поділяються на:
1. лужноземельні (кальцієво-магнієві), що застосовуються в гірничорудній промисловості, ливарному виробництві, будівництві, харчовій промисловості;
2. лужні (натрові) крім вищезазначеного, можуть застосовуватися в чорній металургії, сільському господарстві;
3. унікальні білопалені різновиди – для виробництва високоміцних порцелянових і фаянсових виробів, фармакологічних і косметичних засобів, виготовлення сортів паперу.

Генетичні типи родовищ бентонітових глин

Головні типи родовищ бентонітових глин:

гідротермально-метасоматичні (Саригюське у Вірменії, Даш-Салахлинське в Азербайджані, Ваніскедське в Грузії, Понца в Італії);
вулканогенно-осадові (Блек-Хілз у США, Пижівське та Бережанське в Україні, Гумбрийське в Грузії; Огландянське в Туркменистані, Хандарське в Азербайджані, Азкамарське в Узбекистані);
теригенно- та колоїдно-осадові (Черкаське в Україні, Биклянське, Тари-Варське, Верхньо-Нурлатське, Смишляєвське в Поволжі, Зирянське на Уралі, Любинське в Сибіру); представлені пластовими покладами, рідше лінзами, мають середні та великі запаси, однак якість їх сировини зазвичай є невисокою;
елювіальні (Усть-Маньїнське, Сахаринське, Разгонське в Росії, Бранинське в Чехії)

Бентонітові глини в Україні

В Україні відомо близько 100 родовищ і проявів бентонітів у шести провінціях:

Закарпатська (Горбське, Ільницьке, Кіштинське, Копанське), де вони пов’язані з Вигорлат-Гутинською грядою та Солотвинською западиною (прогнозні ресурси 15 млн т);
Передкарпатський передовий прогин і Волино-Подільська плита (Пижівське, Бережанське, Немирівське, Струтинське та інші) (прогнозні ресурси 18 млн т);
Причорноморська западина;
УЩ (Черкаське та інші) (прогнозні ресурси 20 млн т);
Індоло-Кубанський прогин Криму (Курцівське, Мангуське) (4 млн т);
Донецька складчаста область (прогнозні ресурси 48 млн т)

Державним балансом запасів враховано 8 родовищ бентонітових глин (Черкаське, Горбське, Курцівське, Кудринське, Бережанське, Пижівське та ін.) із загальними балансовими запасами категорій А+В+С1 63,9 млн т, С2 – 0,2 млн т і забалансовими – 1,4 млн т (на 01.01.2005 р.). Найбільшим родовищем України є Черкаське (тут знаходяться 86% всіх запасів України), інші родовища — Бережанське, Біловодське, Великочернетчинське, Горбківське, Григорівське, Ільницьке, Кудринське, Курцівське, та інші мають значно менші запаси.

4 родовища (Черкаське, Горбське та ін.) розробляються як сировина для ливарного виробництва, бурової справи та ін. Глини в основному лужноземельні полімінеральні, монтморилонітового і бейделіт-монтморилонітового складу. Переважають лужноземельні (Ca–Mg з домішкою Na, K тощо), рідше зустрічаються лужні (Na з домішкою K, Ca, Mg) різновиди (Кіштинське родовище)

До повномасштабного вторгнення росії в Україну геологоророзвідувальні роботи велись на Григорівському родовищі (Донбас), Павлівській та Шиманівській ділянках (Дніпропетровська область), Пілявському родовищі (Вінницька область), а пошуково-оціночні роботи виконувались в Полтавській, Сумській та Харківській областях.

Застосування бентонітових глин

Бентонітова глина є цінним матеріалом завдяки своїм унікальним властивостям і знаходить широке застосування в різних галузях промисловості. Одна з ключових сфер її використання — це нафтовидобувна галузь, де вона є важливим компонентом бурових розчинів. Її здатність до набухання та створення в’язких суспензій робить її незамінною для стабілізації свердловинних стінок під час буріння нафтових і газових свердловин. Бентоніт формує захисний шар, що запобігає обваленню стінок свердловини та забезпечує стабільний процес буріння навіть на великих глибинах. Крім того, бентонітова глина використовується для поглинання і видалення шкідливих речовин з бурових рідин, що підвищує екологічну безпеку процесу.

У будівництві бентонітова глина широко застосовується для створення гідроізоляційних систем завдяки своїм властивостям утримувати воду. Це робить її незамінною при будівництві підземних сховищ, фундаментів та тунелів. Глина використовується як частина геосинтетичних глиняних бар’єрів, що забезпечують ефективний захист від проникнення води в конструкції. Такі бар’єри є економічно ефективними та довговічними, знижуючи ризики пошкодження інфраструктури через ґрунтові води.

Медицина та косметологія також активно використовують бентонітову глину завдяки її очищувальним та детоксикаційним властивостям. Вона є основою багатьох лікувальних мазей і косметичних масок. Глина знімає запалення та покращує загальний стан шкіри. Завдяки її здатності абсорбувати токсини, бентоніт використовують також у складі деяких медикаментів для очищення організму.

Водоочищення є ще однією важливою сферою застосування бентоніту. Він активно використовується для очищення стічних вод і видалення з них шкідливих речовин, таких як важкі метали, нафтопродукти та інші забруднювачі. Завдяки високій здатності до адсорбції, бентоніт ефективно знижує рівень токсичності води, покращуючи її якість перед випуском у природні водні об’єкти.

У харчовій промисловості бентонітова глина відіграє важливу роль у процесах освітлення вин і соків. Її здатність осаджувати суспензії та колоїди допомагає забезпечити чистоту та прозорість продукту, покращуючи його смакові якості та естетичний вигляд. Бентоніт також використовують для очищення масел і жирів, оскільки він ефективно зв’язує небажані домішки та осади, зберігаючи при цьому корисні властивості продуктів.

Видобування бентонітових глин

Бентонітові глини добувають за допомогою кар’єрного методу. Це означає, що великі ділянки ґрунту знімаються, відкриваючи поклади глини, які знаходяться безпосередньо під поверхнею землі. Цей метод ефективний і дозволяє отримати великі обсяги матеріалу. ) Рентабельний коефіцієнт розкриву (співвідношення об’єму розкривних порід до об’єму видобутої корисної копалини) бентонітових глин зазвичай становить близько 2–3. Це означає, що на кожну тонну видобутої глини необхідно перемістити від 2 до 3 тонн розкривних порід. Якщо коефіцієнт розкриву перевищує ці значення, то видобуток може стати економічно нерентабельним через зростання витрат на переміщення розкривних порід.

Кут закладання укосів для бентонітових глин залежить від їх фізико-механічних властивостей, зокрема від щільності, вологості та зчеплення частинок. Загалом, для бентонітових глин, через їх високу пластичність і схильність до набухання, рекомендовані кути укосу становлять від 18 до 30 градусів. Однак у кожному конкретному випадку необхідно враховувати умови місцевості, гідрологічний режим та інші фактори.

Отже, бентонітові глини є надзвичайно важливим природним ресурсом завдяки своїм унікальним властивостям, таким як здатність до набухання, сорбційні та адсорбційні якості. Вони знаходять широке застосування в нафтовидобувній, будівельній, харчовій промисловості, медицині та водоочищенні. В Україні існують значні поклади бентоніту, що робить його стратегічно важливим матеріалом для багатьох галузей промисловості. Однак розробка та використання цих родовищ потребує детального планування та екологічного підходу для збереження природних ресурсів.