ベントナイト

ナトリウムベントナイトは湿潤すると膨張し、乾燥質量の数倍もの水を吸収します。優れたコロイド特性を持つため、^{[ 10 ]}石油・ガス井の掘削泥水や、地質工学および環境調査用のボーリング孔によく使用されます。 ^{[ 11 ]}膨潤特性により、ナトリウムベントナイトは自己密封性で低透水性のバリアを提供するため、シーラントとしても有用です。たとえば、埋立地の底面を覆うために使用されます。ベントナイトは、原子力廃棄物隔離パイロットプロジェクトで使用される埋め戻し材の一部でもあります。^{[ 12 ]}ナトリウムベントナイトのさまざまな表面改質により、たとえばポリマーの添加など、地質環境用途におけるレオロジー特性や密封性能が向上します。 ^{[ 13 ]}

ナトリウムベントナイトは、肥料粒として元素硫黄と組み合わせることができます。これにより、硫黄が硫酸塩にゆっくりと酸化され、タマネギやニンニクなど多くの有機硫黄化合物を合成する作物に必要な植物栄養素となり、純粋な粉末硫黄や石膏よりも長く雨水で洗い流された土壌中の硫酸塩レベルを維持します。^{[ 14 ]}有機肥料を添加した硫黄/ベントナイトパッドは、有機農業で使用されています。^{[ 15 ]}

カルシウムベントナイトは、溶液中のイオン^{[ 16 ]}や脂肪、油の吸着剤として有用です。おそらく最も初期の工業用洗浄剤の1つであるフラー土の主成分です^{[ 17 ]} 。ナトリウムベントナイトよりも膨潤能力が著しく低いです^{[ 18 ] 。}

カルシウムベントナイトは、イオン交換プロセスによってナトリウムベントナイトに変換（ナトリウム精製またはナトリウム活性化と呼ばれる）され、ナトリウムベントナイトの多くの特性を示すようになる。一般的に行われている方法では、炭酸ナトリウムなどの可溶性ナトリウム塩を湿ったベントナイトに5～10%添加し、よく混ぜ、イオン交換が起こり、水によって交換されたカルシウムが除去されるまで時間を置く。^{[ 19 ] [ 20 ]}ナトリウム精製されたカルシウムベントナイト（またはナトリウム活性化ベントナイト）の粘度や懸濁液の液量損失などの特性は、天然のナトリウムベントナイトの特性と完全に同等ではない可能性がある。^{[ 10 ]}例えば、残留炭酸カルシウム（交換された陽イオンが十分に除去されない場合に形成される）は、ジオシンセティックライナーにおけるベントナイトの性能低下につながる可能性がある。^{[ 21 ]}

イライトは、カリベントナイト（Kベントナイトまたはカリウムベントナイトとも呼ばれる岩石）の主要な粘土成分です。Kベントナイトという用語は火山層序学およびテフロクロノロジーに限定されており、風化した粘土岩石のみに関連しています。粘土鉱物であるイライトは、カリウムに富むフィロケイ酸塩であり、 K ⁺に富む地下水と接触したスメクチック粘土の変質によって形成されます。イオン。^{[ 9 ]}イライトは高電荷TOT粘土鉱物であり、負に帯電したシートが多数のカリウム陽イオンによって比較的強く結合しているため、膨潤性粘土ではなくなり、工業用途は少ない。^{[ 22 ]}高度に水和したNa ^{+とは対照的に}「膨張剤」または「増量剤」として作用するイオン、水和度の低いK ⁺イオンはNa ⁺と交換する際に「崩壊剤」として振る舞う。2つのTOT層の間に存在する層間空間でアクセス可能なイオン。脱水K ⁺イオンは、 TOT層の基底面表面に存在する6つの結合したシリカ四面体によって形成される、面と面を接する2つの六角形の空洞の間に優先的に配置される（基本TOT層を示す対応する図を参照）。脱水されているため、これらのK ^{+イオンは}イオンは、六角形の空洞内に存在する周囲の酸素原子と内圏結合を形成すると言われることがある。これは、K+イオンとK ⁺イオンの間に水分子が存在しないことを意味する。イオンとシリカ四面体（T）に結合した酸素原子。

ベントナイトは、掘削泥水に使用され、切削工具（ドリルビット）の潤滑と冷却、切削屑の除去、掘削孔壁の安定化、噴出防止（坑井内の十分な静水圧を維持することによって）に役立ちます。ベントナイトはまた、泥ケーキの形成を助ける性質により、掘削流体の侵入を抑制します。^{[ 11 ]}ベントナイトは、トンネル掘削機の土圧バランス式およびスラリーシールド式において重要な役割を果たします。

掘削および地盤工学業界におけるベントナイトの有用性の多くは、その独自のレオロジー特性に由来する。水に懸濁された比較的少量のベントナイトは、粘性のあるせん断減粘性物質を形成する。多くの場合、ベントナイト懸濁液はチキソトロピー性を示すが^{[ 24 ]}、まれにレオペクティック挙動を示す例も報告されている^{[ 25 ]} 。十分な高濃度（懸濁液 1リットルあたり約60グラムのベントナイト、約6重量%）では、ベントナイト懸濁液はゲル（移動させるのに必要な最小降伏強度を持つ流体）の特性を帯び始める^{[ 24 ] 。}

ベントナイトは鉄鋼鋳造所で鋳物砂結合剤として広く使用されています。ナトリウムベントナイトは、乾式鋳型を使用する大型鋳造に最も一般的に使用され、カルシウムベントナイトは、「グリーン」または湿式鋳型を使用する小型鋳造によく使用されます。ベントナイトは、製鉄業界で使用される鉄鉱石（タコナイト）ペレットの製造における結合剤としても使用されます。^{[ 11 ]}ベントナイトは、少量で市販および自家製の粘土体やセラミック釉薬の成分として使用されます。粘土体の可塑性を大幅に向上させ、釉薬の沈降を減少させるため、ほとんどの用途で両方とも扱いやすくなります。^{[ 26 ] [ 27 ]}

ベントナイトのイオン表面は、砂粒に粘着性のあるコーティングを作るのに役立つ特性を持っています。細かく粉砕したベントナイト粘土を少量、硬い砂に加えて湿らせると、粘土が砂の粒子を結合して、砂型鋳造で型を作るのに使われるグリーンサンドと呼ばれる成形可能な集合体になります。^{[ 28 ]}一部の河川デルタでは、まさにこのような粘土シルトと砂の混合物が自然に堆積し、古代の金属加工技術に不可欠だった優れた鋳型砂の天然源となっています。ベントナイトのイオン表面を改質する現代の化学プロセスは、この粘着性を大幅に強化し、溶融金属の温度に耐える非常に粘土状でありながら強力な鋳型砂混合物をもたらします。

ベントナイト粘土が海岸に堆積することで、場所によって砂の可塑性に違いが生じ、砂の城作りに適した砂が生まれます。シリカと貝殻の粒だけで構成された砂浜の砂は、ベントナイト粘土で覆われた粒に比べて成形しにくいのです。そのため、砂の城作りに適した海岸とそうでない海岸があるのです。

ベントナイトの自己粘着性により、粘土を型に高圧で突き固めたり押し固めたりすることで、モデルロケットのノズルなどの硬くて耐火性のある形状を作り出すことができます。^{[ 29 ]}

ベントナイトは、さまざまな鉱物油、植物油、動物油の脱色に使用されます。また、ワイン、酒類、サイダー、ビール、ミード、酢の清澄化にも使用されます。^{[ 11 ]}

ベントナイトは、水溶液から比較的多くのタンパク質分子を吸着する 性質を持っています。そのため、ベントナイトはワイン醸造の工程で特に有用であり、白ワインから過剰なタンパク質を除去するために使用されます。ベントナイトがこのように使用されなければ、多くの、あるいはほとんどの白ワインは、これらのタンパク質が変性するため、高温にさらされると望ましくない凝集性の濁りや曇りを生じます。また、赤ワインと白ワインの両方の清澄化を促進するという副次的な用途もあります。^{[ 30 ]}

ベントナイトは、水溶液（汚染廃水）からクロム(VI)イオンを除去するための効果的な低コスト吸着剤としても考えられています。 ^{[ 31 ]}

ベントナイトは、ペットの排泄物を吸収する猫砂などのさまざまなペットケア用品に使用されています。また、油やグリースを吸収するためにも使用されます。 ^{[ 11 ]}

ベントナイトは、農薬、肥料、難燃剤の不活性担体として使用されます。有効成分が均一に分散され、農薬や肥料が植物上に保持されるようにするのに役立ちます。^{[ 11 ]}

ベントナイトは、接着剤、化粧品、塗料、ゴム、一部のグリース、石鹸など、さまざまな製品の充填剤として使用されています。また、これらの製品では安定剤や増量剤としても機能します。^{[ 11 ]}

水と接触すると膨潤する性質を持つナトリウムベントナイトは、自己密封性で低透水性のバリアを提供するため、シーラントとして有用です。埋立地の底に敷いて浸出液の移動を防ぐため、地下水の金属汚染物質を封じ込めるため、使用済み核燃料の地下処分システムの密封などに使用されます。^{[ 32 ]}同様の用途としては、スラリー壁の作成、地下壁の防水、その他の不透水性バリアの形成（例えば、井戸の環状部を密封したり、古い井戸を塞いだり）などがあります。

ベントナイトは、前述の目的のために合成材料の間に「挟み込む」ことで、ジオシンセティック粘土ライナー（GCL）を作成することもできます。この技術により、輸送と設置がより容易になり、必要なベントナイトの量を大幅に削減できます。また、新しく植えられた木の根の成長を制限するために、その周囲にバリアを形成するためにも使用されます。これは、近くの歩道、駐車場、遊び場など、またはパイプ、排水システム、下水道などの周囲の地下インフラへの損傷を防ぐためです。農家は、貯水池を密閉したり、運河のライニングにベントナイトを使用します。^{[ 33 ]}

高純度カルシウムベントナイトは、重質石油留分の分解触媒として使用するために酸処理される。^{[ 11 ]}

ベントナイトは膨張性下剤として処方されており、多くの皮膚科用製剤の基剤としても使用されています。^{[ 34 ]} 粒状ベントナイトは戦場の創傷被覆材としての使用が研究されています。^{[ 35 ]}ベントナイトはさまざまな適応症でオンラインや小売店でも販売されています。^{[ 36 ]}

ベントクアタムは、ウルシオール（ツタウルシやウルシオークなどの植物に含まれる油）への曝露から身を守るためのベントネートベースの外用薬です。^{[ 37 ]}

ベントナイトは吸着特性により乾燥剤としても使用できます。ベントナイト乾燥剤は、医薬品、栄養補助食品、診断製品を湿気による劣化から保護し、保存期間を延長するために効果的に使用されてきました。一般的な包装環境では、ベントナイト乾燥剤はシリカゲル乾燥剤よりも高い吸水能力を発揮します。ベントナイトは食品や医薬品との接触に関してFDAの基準を満たしています。 ^{[ 38 ]}

タイ北東部の農家によるベントナイト粘土を用いた粘土技術の適用は、土壌劣化を劇的に改善し、収量と生産物価格の上昇により、より大きな経済的利益をもたらしました。国際水管理研究所とパートナーが2002年から2003年にかけて実施した研究では、この地域の劣化した土壌への地元産ベントナイト粘土の適用に焦点が当てられました。これらの適用は、構造化された圃場試験で実施されました。ベントナイト粘土の適用は、雨水灌漑条件下で栽培された飼料用ソルガムの収量を効果的に向上させました。 ^{[ 39 ] [ 40 ]}

ベントナイトの使用は、農家が作物に対して受け取る価格にも影響を与えた。生産コストは高くなるが、生産量の増加と食品の品質向上により、粘土を使用する農家は、粘土を使用しない農家と比較して、より多くのより良い食品を栽培するために投資する余裕ができた。^{[ 41 ] [ 42 ]}

ベントナイトスラリー壁（ダイアフラム壁とも呼ばれる ^{[ 43 ]} ）は建設工事で使用され、スラリー壁はベントナイトと水の濃厚なコロイド混合物で満たされた溝です。^{[ 44 ]} 周囲の土壌の水圧によって崩壊する溝は、スラリーが水圧を均衡させるため崩壊しません。コンクリートと鉄筋用の型枠は、スラリーで満たされた溝に組み立てられ、型枠にコンクリートが流し込まれます。密度が高い液状のコンクリートは、密度が低いベントナイトスラリーを押し出し、後者が溝から溢れ出します。この押し出されたベントナイトスラリーは、リサイクルユニットに送られ、建設現場の別の場所にある新しい溝で再利用されます。

さらに、コロイドは比較的水を通さないため、スラリー壁は地下水の浸透を防ぐことができ、産業廃棄物などの有毒物質で汚染された地下水のさらなる拡散を防ぐのに役立ちます。^{[ 44 ]}

可塑性とは、粘土が加工でき、成形力が取り除かれた後もひび割れずに形状を維持できる性質のことです。可塑性の低い粘土は、短粘土または非可塑性粘土として知られています。粘土に少量のベントナイトを加えると、可塑性が向上し、いくつかの成形技術による成形が容易になります。しかし、ベントナイトには通常、混合物の焼成色に影響を与える鉱物が含まれており、^{[ 26 ]}また、その膨潤性により、乾燥時に混合物が著しく収縮し、ひび割れが生じる可能性があります。^{[ 45 ]}

陶磁器釉薬にはベントナイトが含まれていることが多い。ベントナイトは釉薬の沈降を遅らせたり防いだりするために添加される。また、多孔質の素焼き陶器への釉薬の塗布の均一性を向上させることもできる。素焼き陶器が一定量の釉薬水を吸収すると、ベントナイトが効果的に細孔を塞ぎ、それ以上の水の吸収を阻害し、より均一な厚さの被膜を形成する。^{[ 27 ]}

ベントナイトは、産業分野や緊急時対応において、化学物質吸収剤および容器の密封剤として使用されている。