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MONTMORILLONIT

Das bestimmende Mineral Montmorillonit ist ein Aluminiumhydrosilikat, das zur Gruppe der Phyllosilikate (Blätterstruktur-Silikate) gehört. Montmorillonit ist der Hauptvertreter in der Gruppe der Dreischichtsilikate, die auch als Smektite bezeichnet werden. In der Praxis werden Bentonit, Smektit und Montmorillonit als Synonyme für quellfähige Mehrschichtsilikate gebraucht. Bentonit kann desweiteren Begleitmineralien wie Quarz, Feldspat, Glimmer enthalten. Bentonitlagerstätten findet man in der ganzen Welt. Allerdings sind aufgrund der unterschiedlichen Genesen die mineralogischen Zusammensetzungen und damit auch die technische Verwertbarkeit sehr unterschiedlich. Generell unterscheidet man zwischen primären und sekundären Lagerstätten. Primäre Lagerstätten sind durch die örtliche Verwitterung vulkanischer Gesteine entstanden (z.B. im Westerwald). Bei sekundären Lagerstätten (z.B. in Bayern) erfolgte zunächst ein Transport vulkanischer Aschen z.B. durch Wind, Ablagerung und anschließender Verwitterung.

Betrachtet man den Gitteraufbau von Tonen stellt man fest, dass die kleinsten Bausteine Siliziumdioxid-Tetraeder sind, bei denen ein Siliziumatom von vier tetraedrisch angeordneten Sauerstoffatomen umgeben ist, und Aluminiumoxid-Oktaeder mit einem zentralen Aluminiumatom und sechs oktaedrisch angeordneten Sauerstoffatomen. Durch Verknüpfung und Anreihung der Bausteine bilden sich ebene Elementarschichten (Lamellen) mit unterschiedlichem Aufbau aus. Je nachdem, aus wieviel Schichtlagen eine Elementarschicht aufgebaut ist, unterscheidet man in Zwei-, Drei- und Vier-Schicht-Mineralien.

Das bedeutenste Zweischichtmineral stellt der Kaolinit dar. Seine Elementarschicht ist aus einer SiO2 -Tetraederschicht und einer Al2O3 -Oktaederschicht aufgebaut. Bei Dreischichtmineralen besteht die Elementarschicht aus zwei äußeren Tetraederschichten und einer inneren Oktaederschicht. Zu dieser Gruppe gehört der quellfähige Montmorillonit bzw. Bentonit.

Der Quellvorgang wir dadurch bewirkt, dass Wasser zwischen die Elementarschichten eindringt und ihren Abstand verändern kann. Man unterscheidet zwischen "innerkristalliner Quellung", d.h. der Weitung des Abstandes der Elementarschichten durch Eintritt von überschüssigem Wasser, und der "osmotischen Quellung", die durch Konzentrationsunterschiede zwischen "Innenlösung" und "Außenlösung zustande kommt. Erfolgt die Quellung eines Montmorillonits innerhalb eines begrenzten Volumens (z.B. in einer Dichtungsschicht), wird ein Quelldruck aufgebaut, der ja nach Dichte mehrere bar erreichen kann. Der Quelldruck verhindert maßgeblich weiteres Durchdringen von Wasser.

 

Montmorillonitkristall nach FAHN (1964)


Ein Montmorillonitkristall ist aus etwa 15 bis 20 Elementarschichten aufgebaut. Zwischen diesen Schichten befinden sich neben dem Kristallwasser austauschfähige Kationen, die die negativen Überschußladungen des Gitters kompensieren. Diese sind nicht besonders fest gebunden und können durch andere Kationen oder aber auch durch positiv geladene organische Moleküle ersetzt werden. Bentonit bzw. Montmorillonit hat eine besondere Fähigkeit zum Ionenaustausch und zur Anlagerung von positiv geladenen Teilchen. Weil Adsorptionsvorgänge Oberflächenreaktionen sind, ist das geforderte Adsorptionsvermögen wesentlich von der spezifischen Oberfläche des Tonminerals abhängig. Die spezifische Oberfläche von Montmorillonit kann bis zu 800 qm/g betragen.

 

Bindung von Radionukleiden

Montmorillonit ist in Form von Bentonit auch für die Bindung von Radionukleiden (z.B. Cäsium) geeignet.

Erdstollen mit hochradioaktiven Abfällen (z.B abgebrannte Brennelemente und Abwässer aus der Wiederaufarbeitung) werden mit Bentonit als Schutzbarriere verfüllt. Als Zugabe in der Tierfütterung kann Bentonit die radioaktive Belastung von Fleisch und Milch deutlich herabsetzen.

Struktur Montmorillonit

nach HENNING (1988)


Nach TREPTE (2006)

 



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