Über das Sedimentvolumen und die Quellung von Bentonit

Zusammenfassung

Die hohen Sedimentvolumina (SV) hochquellfähiger Bentonite von rund 50 cm³/g entsprechen nicht einem Gleichgewichtszustand. Sie sind lurch eine Verzögerung der Sedimentation infolge der Ausbildung eines Kartenhausgerüstes aus den Bentonitplättchen bewirkt. Nach Ausbildung des Kartenhauses kommt die Brownsche Bewegung der, Bentonitteilchen zur Ruhe.

Das SV ist außer von der Art der austauschfähigen Kationen auch von der Konzentration der im Wasser gelösten Salze abhängig.

Zur Klärung dieses Einflusses wurden Li-, Na-, K-, Mg-, Ca- und Ba-Bentonit in Lösungen der Chloride der gleichen Kationen untersucht.

Beim Li-Bentonit nahm der T-Went bereits beim Trocknen bei 110⁰ auf 55 mval/100 g ab. Er wurde darum nach Trocknen auf nur 70° untersucht.

Das SV der Erdalkalibentonite ist von der Konzentration der Salzlösung nahezu unabhängig. Das SV der Alkalibentonite wächst mit sinkender Konzentration der Salzlösung und überholt bei verdünnten Lösungen das SV der Erdalkalibentonite.

Das SV ist um so höher, in je dünnere Plättchen die BentonitkristaIle im Verlauf der innerkristallinen Quellung lurch die diffuse Doppelschicht der dissoziierten austauscnfähigen Kationen zerteilt werden, und wächst darum bei den Alkalibentoniten mit der Ausdehnung der diffusen Doppelschicht mit sinkender Konzentration der Salzlosung.

Zur Ausbildung eines beständigen SV kann es aber nur kommen, wenn die sedimentierenden Plättchen an den Berührungsstellen zum Kartenhaus verklebt werden. Hierfür spielt die aus einer geordneten Verteilung der Kationen zwischen den Silikatoberflächen folgende elektrostatische Anziehung eine wichtige Rolle. Diese Anziehungskräfte nehmen mit wachsender Ausdehnung der diffusen Doppelschicht ab.

In reinem Wasser unterbleibt darum die Ausbildung des Kartenhauses. Die sedimentierenden Teilchen gleiten aneinander vorbei und setzen sich dicht am Boden des Gefäßes ab.

Die Anziehungskräfte wirken zugleich der Zerteilung der Kristalle im Verlauf der innerkristallinen Quellung entgegen. Diese Zerteilung wächst bei den Alkalibentoniten in der Reihenfolge K < Na < Li.

Bei den Erdalkalibentoniten überwiegen die Anziehungskräfte den Einfluß der diffusen Doppelschicht so stark, daß der Schichtabstand auch in dest. H₂O nicht nennenswert größer ist als in konzentrierten Salzlösungen.

Bei geringen Graden der innerkristallinen Quellung (in konzentrierten Salzlösungen und bei der Quellung in Wasserdampf) scheint bei allen Bentoniten an Stelle der diffusen Doppelschicht die Hyderatation der Kationen einen deutlichen Einfluß auf die Aufweitung des Schichtabstandes und die Menge des innerkristallin eingelagerten Wassers auszuüben. Hier gilt im wesentlichen die Reihenfolge Mg > Ca > Li > Ba > Na > K für die Quellung bzw. für das SV.

Neben der Hydratation der Kationen dürften für die Bindung des innerkristallin aufgenommenen Wassers auch die Hydratation der Silikatoberflächen und Wasserstoffbrücken zwischen den H₂O-Molekülen eine Rolle spielen.