Bentonit

Bentonit aus Wyoming

Bentonit, benannt nach der Benton-Formation in den Fort-Benton-Tonen von Montana[1] (USA),[2] ist ein Gestein aus verschiedenen Tonmineralien mit dem Hauptbestandteil Montmorillonit (60 % bis 80 %). Dieses zeichnet sich durch starke Wasseraufnahme- und Quellfähigkeit aus.

Weitere Begleitmineralien sind Quarz, Glimmer, Feldspat, Pyrit oder auch Calcit.

Bentonit entsteht durch Verwitterung aus vulkanischer Asche.

Eigenschaften

Die innere Oberfläche eines Gramms Bentonit beträgt 400 bis 600 m² (bei gewöhnlichem Ton sind es 2 m²).[3] Es bildet besonders als Pflanzensubstrat geeignete Ton-Humus-Komplexe; Bentonit ist daher eine geeignete Zugabe zu Kompost.

Bei der Handhabung gilt jedoch zu beachten das der Staub alveolengängigen Quarzfeinstaub enthält; längeres oder starkes Einatmen von Quarzfeinstaub kann Lungenfibrose verursachen, gemeinhin als Silikose bezeichnet.[4]

Wird Bentonit in Wasser eingerührt, entwickelt sich ein Nichtnewtonsches Fluid mit thixotropen Eigenschaften. Es verhält sich wie eine Flüssigkeit, solange es geschüttelt oder umgerührt wird, verändert sich aber in Ruhe zu einem festen Gebilde. Aufgrund dieser Eigenschaft werden Bentonit-Wasser-Gemische unter anderem im Tiefbau als Stützflüssigkeit bei der Erstellung von Schlitzwänden verwendet. Ebenso eignet es sich zum Abstützen von unverrohrten Bohrpfählen oder für den Schildvortrieb im Tunnelbau sowie bei der grabenlosen Verlegung von Ver- und Entsorgungsleitungen im Spülbohrverfahren.

Vorkommen

Bentonitlagerstätten gibt es dort, wo (nicht nur) vulkanische Asche durch hydrothermale Aktivitäten und Säuren verändert wurde. Eines der größten europäischen Vorkommen befindet sich auf der griechischen Insel Milos.[5] Dort kommen Bentonit, Quarz und Perlit in abbauwürdigen Mengen vor. Auch damit verbundene Goldvorkommen sind festgestellt worden.

In Deutschland finden sich abbauwürdige Vorkommen in Niederbayern (Mainburg, Landshut und südlich Landau an der Isar) und im östlichen Oberbayern sowie bei Thannhausen und im Herborner Ortsteil Schönbach. Laut Baier stehen diese Vorkommen im Zusammenhang mit dem Ries-Ereignis und wurden aus impaktbedingten Gläsern gebildet;[6][7] laut Unger hingegen sind die Bentonite in Ostbayern durch Vulkanismus in der Pannonischen Tiefebene entstanden.[8]

Der Abbau von Bentonit betrug im Jahr 2020 weltweit ungefähr 18,2 Millionen Tonnen, die global vorhandenen Reserven werden als extrem groß eingeschätzt.[9] Die Abbaumengen verteilten sich dabei wie folgt:

Land2019[10]2020[9]
(in Tonnen)
Brasilien Brasilien610.000217.000
China Volksrepublik Volksrepublik China2.000.0002.500.000
Deutschland Deutschland395.000360.000
Griechenland Griechenland1.300.0001.300.000
Indien Indien1.700.0003.500.000
Iran Iran360.000425.000
Mexiko Mexiko250.00025.000
Spanien Spanien160.000221.000
Turkei Türkei1.300.0001.500.000
Ukraine Ukraine180.000180.000
Vereinigte Staaten Vereinigte Staaten4.490.0004.240.000
Andere Länder3.150.0003.480.000
Gesamt (gerundet)16.300.00018.200.000

Verwendung

Bautechnik

Bentonit findet eine wichtige Anwendung in der Bautechnik, unter anderem bei Bauwerksabdichtungen und im Deichbau. Aufgrund ihrer Farbe werden solche Abdichtungen auch als Braune Wanne bezeichnet. Bentonit dient als Gleitmittel beim Vortrieb von Tunneln und Rohren sowie beim Einvibrieren von Schmalwänden. Bei der Gewinnung von Wärme aus Erdwärme durch die Verwendung von Wärmepumpen werden die Kollektorrohre der Erdwärmesonden oft mit Bentonit ummantelt, weil dieser das Wasser bindet und die Entstehung von Hohlräumen beim Gefrieren verhindert. Bentonit ist ein mineralisches Dichtungsmittel mit vielfältigen Einsatzmöglichkeiten[11] wie die Immobilisierung von Schadstoffen und Einkapselung von Altlasten.

Bergbau- und Bohrtechnik

In Bohrspülungen bei Bohrungen und in Stützflüssigkeiten bei ungestützten Schlitzwänden.

Lebensmittelzusatz

In der Getränkeindustrie (bei der Weinherstellung und bei der Herstellung von Fruchtsäften) sowie bei Kakaobutter wird Bentonit als Schönungsmittel (das heißt als Klär- und Fällmittel) eingesetzt (im Endprodukt nicht mehr vorhanden). In Lebensmitteln wird er als Trennmittel zugesetzt. Er ist auch als Lebensmittelzusatzstoff unter der Bezeichnung E 558 bekannt. Seit dem 31. Mai 2013 ist E 558 in der EU nicht mehr zugelassen, da es „nach Aussagen von Lebensmittelherstellern nicht mehr verwendet“ wird.[12]

Gartenteiche und Aquarien

Das Tonmineral Montmorillonit wird in Aquarien und Gartenteichen eingesetzt, besonders für Koi. Das Mineral wird als gemahlenes und getrocknetes Lehm-ähnliches Pulver in den Teich gestreut. Während das Pulver im Teich zu Boden sinkt, nimmt es Schwermetalle, Giftstoffe und sonstige Schwebstoffe auf und bindet diese. Der Schlamm kann von Zeit zu Zeit abgesaugt werden.

Kosmetik

Bentonit, als natürliches Tonmineralgemisch, ist Grundstoff vieler Kosmetika, da er durch seine starke Quell- und Wasseraufnahmefähigkeit in Emulsionen eine stabilisierende Wirkung übernimmt. Die INCI-Bezeichnung ist Bentonite.

Keramik

In der Keramik wird Bentonit in geringen Anteilen (bis ca. 5 %) als Zuschlag verwendet, um ansonsten sehr mageren Massen bildsame Eigenschaften („Plastizität“) zu verleihen.

Sonstige Anwendungen

Weitere Einsatzmöglichkeiten sind durch die Verwendung als Adsorptionsmittel gegeben, als da sind:

  • Öl- und Getränkeraffinierung
  • Gießereiadditive
  • Papieradditive und Spezialitäten
  • Gartenbau, zur Verbesserung von sandigen Böden
  • Hoch- und Tiefbau
  • Waschmitteladditive
  • Abwasserbehandlung
  • Pharmazie und Diagnostik / Elektronik und Logistik
  • Lacke und Farben
  • Plastik-Additive
  • Nanotechnologie – Oberflächenbeschichtungen
  • Katzenstreu
  • Trocknungsmittel, z. B. als Trockenbeutel in Verpackungen

Bei einigen dieser Anwendungen wird mit quartären Ammoniumverbindungen behandelter Bentonit verwendet. Weiterhin wird Bentonit als künstliche Barriere bei der Endlagerung von radioaktiven Abfällen eingesetzt[13].

Siehe auch

Literatur

  • Decher, Andreas; Friedrich, Günther (1991) Bentonite der Cabo de Gata. Die Geowissenschaften; 9, 10; 305–316; doi:10.2312/geowissenschaften.1991.9.305.
  • R.E. Grim, N. Güven: Bentonites – geology, mineralogy and uses. Developments in Sedimentology. In: Elsevier. Amsterdam 24. ISSN 0922-3444

Weblinks

Einzelnachweise

  1. Thomas A. Drean: Wyoming State Geological Survey. (PDF) Abgerufen am 4. Dezember 2019 (englisch).
  2. Mindat – Bentonite und Typlokalität Fort Benton shales, Wyoming, USA
  3. Alwin Seifert: Gärtnern – Ackern ohne Gift.
  4. SICHERHEITSDATENBLATT Bentonit 57. Abgerufen am 1. März 2024.
  5. Milos: Wo Griechenland noch steinreich ist. Die Welt, 18. April 2015.
  6. Johannes Baier: Die Auswurfprodukte des Ries-Impakts, Deutschland (= Documenta Naturae. Bd. 162). München 2007; ISBN 978-3-86544-162-1.
  7. Johannes Baier: Zur Herkunft und Bedeutung der Ries-Auswurfprodukte für den Impakt-Mechanismus. In: Jahresberichte und Mitteilungen des Oberrheinischen Geologischen Vereins. Bd. 91, 2009, S. 9–29, doi:10.1127/jmogv/91/2009/9.
  8. Erläuterungen zu Geologische Karte von Bayern. 4. neubearbeitete Auflage, Herausgeber und Verlag: Bayerisches Geologisches Landesamt, München 1996. Dort das Kapitel 4.4.4, Unterpunkt Bentonite der Ostmolasse, von Heinz Josef Unger.
  9. a b Clays. U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries 2022: Bentonite.
  10. Clays. U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries 2021: Bentonite.
  11. Bentonit
  12. EU-Verordnung Nr. 380/2012 der Kommission vom 3. Mai 2012 hinsichtlich der für aluminiumhaltige Lebensmittelzusatzstoffe geltenden Verwendungsbedingungen und -mengen (PDF)
  13. Interview mit Janne Mokka, Interviewführung: SEBASTIAN BALZTER: ATOM-PIONIER FINNLAND: „Unser Endlager ist bald fertig“. In: Frankfurter Allgemeine Zeitung. 14. Juni 2020 (Finnland baut das erste Atommüll-Endlager der Welt. Die Anwohner sind zufrieden damit, sogar die Kosten haben die Finnen im Griff. Ein Gespräch mit Janne Mokka, Chef der Betreibergesellschaft.).

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Flagge des Irans. Die dreifarbige Flagge wurde 1906 eingeführt, aber nach der Islamischen Revolution von 1979 wurden die Arabische Wörter 'Allahu akbar' ('Gott ist groß'), in der Kufischen Schrift vom Koran geschrieben und 22-mal wiederholt, in den roten und grünen Streifen eingefügt, so daß sie an den zentralen weißen Streifen grenzen.
Volcanic Tuff of Green River Formation in Wyoming.jpg
Autor/Urheber: James St. John (https://www.flickr.com/people/jsjgeology/), Lizenz: CC BY 2.0
Volcanic tuff (bentonite) (ash-fall tuff) (Split Fish Layer, Fossil Butte Member, Green River Formation, Lower Eocene; Promised Lands Quarry, Hams Fork Plateau, southwestern Wyoming, USA. 67 mm across along the base. Volcanic tuff interbed in succession of fossiliferous lacustrine marlstones, Split Fish Layer, Fossil Butte Member, Green River Formation, Lower Eocene, ~49 to 51 Ma.

Locality: wall of Promised Lands Quarry (SE1/4 sec. 22, T22N, R17W), Hams Fork Plateau, ~13.5 to 14 km northwest of the town of Kemmerer, southwestern Wyoming, USA.

This is a volcanic tuff, also known as a bentonite. It formed during an ash fall event following an explosive volcanic eruption. The tuff is probably a magnesian rhyolite or dacite. Tuff beds such as this occur as interbeds in the famous fossil fish-bearing beds of the Green River Formation in southwestern Wyoming. The source volcano for this particular volcanic tuff is undetermined, but published research has shown that it likely derived from the Absaroka Volcanic Field (= modern-day Yellowstone National Park area and adjacent Absaroka Mountains of northwestern Wyoming) or the Challis Volcanic Field of central Idaho.