|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| Montmorillonite (Smectite) | |
|
Montmorillonite (Smectite)
ดร. คชินท์ สายอินทวงศ์
ชื่อของ Montmorillonite นี้ดัดแปลงมาจาก Montmorillan เป็นภาษาฝรั่งเศสเป็นแร่ดินที่พบเป็นตัวแรก bentonite เป็นดินที่เปลี่ยนแปลงมาจากกลุ่ม Montmorillonite มันสามารถที่จะบวมได้ถ้าสัมผัสกับน้ำ ชื่อของ Bentonite มาจากชื่อสถานที่ Fort Benton (รัฐ Wyoming U.S.A.) ซึ่งเป็นแหล่งที่มีวัตถุดิบชนิดนี้อยู่มาก ส่วน Smectite เป็นชื่อเรียกอีกชื่อหนึ่งของ Montmorillonite
รูปภาพแสดงโครงสร้างแบบT:O:T ของ แร่ Montmorillonite
โครงสร้างของ Clay mineral
โครงสร้างของ Montmorillonite (trioctaheral) ประกอบด้วย 2 tetrahedral sheet กับ octahedral sheet อยู่ตรงกลาง T-O-T ซึ่งก็เป็นโครงสร้างพื้นฐาน ของ pyrophyllite ด้วย แร่ในกลุ่มของ montmorillonite บางตัวนั้นมีซิลิกาถูกแทนที่ด้วยอลูมิน่าใน Tetrahedral และ Al ถูกแทนที่ด้วย Mg และ Fe2+ ใน octahedral ในกลุ่มนี้แรงยึดกันระหวางผลึกแร่นั้นค่อนข้างอ่อน เป็นเพียงแรงแวนเดอร์วาว์ล (Van der waals force) เท่านั้น มันจึงสามารถจับน้ำเข้าไปได้ง่าย ซึ่งปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการบวม “Swells out” ซึ่งปริมาตรจะขยายจากเดิมถึง 6 เท่า
ส่วนประกอบทางเคมี
รูปภาพแสดงแร่ Monmorillonite
X2 Y44 O10 (OH)2
X - Trivalent aluminium cation และ Mg2+ ซึ่งสามารถแทนที่ได้ด้วย mono หรือ divalent cation ที่ octahedral sheet เพื่อปรับให้ ion ที่สูญเสียไปเข้าสู่สมดุลเดิม
Y – Tetravalent silicon และ Al3+ ซึ่งสามารถแทนด้วย mono หรือ divalent cation เพื่อปรับให้ประจุสมดุล โดยทฤษฎีแล้ว ส่วนประกอบทางเคมีมีดังนี้
SiO2 66.7%, Al2O3 28.3%, H2O 3%
การเกิดและลักษณะเฉพาะของแหล่งที่เกิด
ส่วนใหญ่ของ Montmorillonite นั้นเปลี่ยนแปลงมาจาก volcanic rock หรือ Volcanoclaotites (หรือ pyroclastic rock และ volcanic breccias) ดังนี้คือ Rhyolites, trachytes, dacites, andesites, bassolte และ liporites
แหล่งที่พบมาก (Location of the main deposit)
แหล่งสำคัญที่พบ แหล่ง Deposit ในยุโรปได้แก่ อังกฤษ ฝรั่งเศส เยอรมนี ฮังการี อิตาลี เชค และสโลวัค รัสเซีย (คาซัคสถาน) กรีซ และยูโกสลาเวีย
ใน U.S.A. มี Gretaceous deposit ที่ Wyoming ซึ่งเป็น Bentonite ที่รู้จักกันดีส่วนแหล่งอื่นๆ ก็มีที่ Arizona, Oklahoma, Texas และ Nevada นอกจากนี้ก็มีที่คานาดา และ Mexico
แหล่งอื่นๆ ที่สำคัญก็มีที่ อาฟริกาใต้ อินเดีย อาร์เจนตินา ญี่ปุ่น
ผังของแหล่ง montmorillonite นั้น จะทำเป็นเหมืองเปิดเรียก openwork ซึ่งจะสามารถเคลื่อนย้ายวัตถุดิบได้สะดวก และใช้วิธีแบบเก่าดั้งเดิมได้ แต่ปัญหาที่พบก็มีนั่นคือ แหล่งของแร่นี้ที่ผิวหน้าค่อนข้างมีคุณสมบัติเรื่องความเหนียวสูง ซึ่งลำบากในการปฏิบัติงาน
การวิเคราะห์แร่ montmorillonite
การวิเคราะห์แร่จะใช้ X-ray diffraction ซึ่งก็มีปัญหาอยู่บ้างที่อนุภาคของแร่กลุ่มนี้ละเอียดมาก ทำให้การอ่านค่าผิดไปได้บ้าง สำหรับการวิเคราะห์ด้วย DTA นั้นจะแสดง curve ที่เป็น endothermic ที่ประมาณ 180°C และที่ช่วงระหว่าง 450°C และ650°C ที่ peak แรกนั้นจะเป็นการสลายตัวออกของน้ำที่ interlayer และที่ peak ที่สองเป็น dehydrate น้ำในโครงสร้างซึ่งค่า Thermogravimetric analysis (TGA) ก็ให้ผลสอดคล้องกับค่า DTA
ส่วนเรื่องการขยายตัวเนื่องจากความร้อน (Dilatation) นั้น เริ่มมีการหดตัวที่ 18°C จนถึง 573°C จะมีการขยายตัวใหม่ถ้าในวัตถุดิบนั้นมี quartz อยู่จนถึง 900°C ก็เริ่มมีการหดตัวอีกครั้งซึ่งก็เป็นการ sintering นั่นเอง
โดยปกติแล้วแหล่งของ montmorillonite จะประกอบด้วยอนุภาคที่เป็นคอลลอยด์มีคุณสมบัติ light plasticity ผลิตภัณฑ์ที่มีส่วนประกอบของแร่ตัวนี้อยู่จะมีลักษณะดังนี้
มีการขยายตัวหลังจากขึ้นรูปที่ความดันสูง
มีค่าความแข็งแรงของ green และdry tile สูง
มี %การหดตัวหลังอบแห้งสูง
มีขนาดที่ค่อนข้างแปรผันสูง ที่อุณหภูมิ 1020°C ซึ่งมีช่วงการหดตัวตั้งแต่ 5-8% ซึ่งสัมพันธ์กับค่า % ความพรุนตัวที่มีค่าอยู่ที่ 11-16%
การใช้งานในอุตสาหกรรมเซรามิก
การใช้งานของแร่กลุ่ม Montmorillonite นั้นส่วนใหญ่จะใช้เป็นตัว plasticizer โดยการใช้งานนั้นไม่ควรเติมเข้าไปมาก เนื่องจากแร่นี้มีขนาดของอนุภาคที่ละเอียดมาก รวมทั้งโครงสร้างแบบ T-O-T จะทำให้เกิดการ Swell out อย่างมาก ซึ่งส่งผลต่อคุณสมบัติการไหลตัวของ slip Montmorillonite เมื่อเกิดการรวมตัวกับน้ำ (Hydration)แล้ว น้ำก็จะเข้าไปแทรกอยู่ระหว่างชั้นของ T-O-T layer ทำให้เกิดการบวมได้ ทำให้การไหลตัวของน้ำกับเคลือบหนืดขึ้นมาก
ประโยชน์ของตัว Plasticizer ก็คือจะช่วยเพิ่มค่าความแข็งแรงของผลิตภัณฑ์ดิบ (Green strength) และความแข็งแรงหลังอบ (Dry strength) ทำให้เราสามารถหยิบจับชิ้นงานเพื่อทำการตกแต่งผลิตภัณฑ์ก่อนการเผาเคลือบได้ โดยเฉพาะในอุตสาหกรรมกระเบื้องแบบเผาครั้งเดียว (single firing) นี้มีการตกแต่งลวดลาย และมีวิธีการเคลือบที่หลากหลาย จึงจำเป็นต้องมีค่าความแข็งแรงก่อนเผาที่ดีเพียงพอ
สำหรับแร่ montmorillonite อื่นๆ ที่ใช้ประโยชน์ในงานอื่นๆ นั้น ก็เป็นตัว clearify ในกระบวนการ clearification ของเครื่องดื่มที่มี alcohol เช่น ไวน์ เบียร์ เหล้า ซึ่งกระบวนการนี้จะเติม montmorillonite ลงไป ในส่วนผสมของเครื่องดื่มเพื่อให้ไปจับตัว (coagulate) กับ impurities ต่างๆ แล้วแยกออกโดยใช้ filter press
|
|
|
|
|
|
|
