Bentonit

Umwandlungsprodukt vulkanischen Ursprunges (Bild 1), dessen Name nach einem Fundort bei Ford Benton im Staate Wyoming in den USA vergeben wurde. In Deutschland liegen bedeutende Vorkommen in Bayern, wo sie im Tagebau abgebaut werden (Bilder 2 und 3).

Dieses als Formstoffbinder verwendete Produkt besteht zu mehr als 75 Masse-% aus dem Dreischichtmineral Montmorillonit. Jedes einzelne Schichtpaket entsteht aus der Kombination einer Oktaederschicht mit zwei Tetraederschichten (Bild 4). Die Vielzahl der Tonminerale dieser Gruppe ergibt sich aus der Möglichkeit, dass in derartigen Dreischichtmineralen das Si4+-Ion der Tetraederschicht durch Al3+-Ionen bzw. das Al3+-Ion der Oktaederschicht durch Mg2+, also durch Ionen niedriger Wertigkeit ersetzt werden. Dadurch entstehen in den Schichtpaketen negative Überschussladungen, die durch den Einbau von Kationen (z. B. Na+, K+) ladungsmäßig ausgeglichen werden. Diese Fähigkeit ist die Grundlage für die technisch bedeutsamen Eigenschaften dieser Tonminerale, wie beispielsweise die Quellung, Thixotropie und das Ionenaustauschvermögen.

Innerhalb der Gruppe der Dreischichttonminerale haben die Montmorillonite (Smektite) eine große Bedeutung. Durch die freien Bindekräfte innerhalb der Schichtpakete können Wassermoleküle eingelagert werden, die zu einer Aufweitung in Richtung der c-Achse führen (innerkristalline Quellung) (Bild 5). Durch den Einbau unterschiedlich geladener Ionen in die oktaedrische Koordination wird die Elektroneutralität des Gesamtgitters gestört. Zum Ausgleich der Ladungsdifferenzen werden Ionen an das Gitter bzw. zwischen einzelne Schichten angelagert. Diese „austauschbaren“ Ionen beeinflussen in starkem Maße das praktische Verhalten (Aktivierung) im Hinblick auf den Einsatz der Bentonite in der Gießereiindustrie.

Auf Grund der Schichtstruktur sind Montmorillonitkristalle plättchenförmig aufgebaut. Die Dicke dieser Kristallitblättchen liegt bei einem Nanometer, d h. einem millionstel Millimeter. Der Durchmesser der Plättchen kann zwischen 100 und 800 nm schwanken. Bemerkenswert sind die geringe Dicke, die Biegsamkeit und die große Oberfläche der Montmorillonitkristalle (Bild 6).

Es sind prinzipiell zwei Arten von Bentoniten verfügbar. Natürliche Natriumbentonite, welche eine durch die Mineralbildung vorgegebene Na-Ionenbelegung der Tonoberfläche besitzen (größere Vorkommen in USA, Nordafrika, Russland) und Kalziumbentonite, die meist in Europa in natürlichen Lagerstätten vorkommen. Derartige Ca-Bentonite können aufgrund der hohen Ionenaustauschfähigkeit durch Natriumsalze (Na2CO3) chemisch aktiviert werden (s. Aktivbentonit). So aktivierte Bentonite besitzen neben besserem Quellvermögen (s. Quellung) auch eine höhere thermische Beständigkeit; sie hat einen bedeutenden Einfluss auf das Umlaufverhalten und die Wirtschaftlichkeit der Bentonite. Derzeit kommen im europäischen Raum folgende Bentonite zum Einsatz: Amerikanischer Bentonit (Wyoming-Bentonit), Griechischer Bentonit, Sardischer Bentonit und Bayrischer (Süddeutscher) Bentonit.

Weiterführende Stichworte:

Aktivbentonit, Hartbentonit, Totgebrannter Bentonit

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