Was ist Bentonit?

Versuch einer Bentonit-Definition auf Basis des Montmorillonit-Gehaltes

Bentonit ist die Bezeichnung für einen Ton mit hohem Quellvermögen, der vor etwa 12 bis 14 Millionen Jahren durch die Umwandlung vulkanischer Aschen entstanden ist. Er ist aus den  Begleitmineralien Quarz, Glimmer, Feldspat oder auch Kalk zusammengesetzt, enthält aber als Hauptbestandteil das Tonmineral Montmorillonit. Dieses Tonmineral ist maßgebend für die technologischen Eigenschaften des Bentonits.

Der Montmorillonit gehört als Magnesium reiches Schichtsilikat zur Tonmineral-Gruppe der Smektite.

Auf Grund ihrer charakteristischen petrophysikalischen Eigenschaften wie Thixotropie, Quellfähigkeit, Ionenaustauschkapazität und Adsorptionsfähigkeit sind Smektite für eine industrielle Nutzung mit breiten Einsatzfeldern geeignet.

In Abhängigkeit von ihrer Einsatzform, natürlich, aktiviert oder anderweitig aufbereitetet, finden Smektite in der Bau- und Gießereiindustrie, im Umweltschutz, in der Lebensmittelindustrie, im Garten- und Landschaftsbau, in der Landwirtschaft und in anderen Industriezweigen ihre Anwendung.

Smektite sind quellfähige Dreischicht-Tonminerale (siehe Abb.) mit hoher

Ionenaustauschkapazität. In den Zwischenschichten und auf den Oberflächen der

Tonminerale können anorganische und organische Kationen sowie Flüssigkeiten

eingelagert werden. Wegen der geringen Schichtladung kommt es zu einer Aufweitung der Schichtabstände, was wiederum zu einer mehrfachen Volumenvergrößerung führt.

Abb. : Montmorillonitstruktur (Dreischicht-Tonmineral) nach HENNING (1988)

Die Smektit-Gruppe umfasst neben dem Magnesium betonten, oktaedrisch geladenen Montmorillonit desweiteren den Aluminium reichen Beidelit mit vorwiegend tetraedrischer Ladung und den Eisen reichen Nontronit. Die Smektite reiner Bentonit-Lagerstätten sind meist Montmorillonite.

Daneben gibt es noch Übergangs-Minerale mit intermediären Smektit-Eigenschaften, die aufgrund ihrer heterogenen Schichtfolge zwischen denen von Illiten und Montmorilloniten angesiedelt sind. Illit, ebenfalls ein Dreischichttonmineral, zeichnet sich wegen seiner hohen Schichtladung durch einen starken Zusammenhalt der Silikatschichten aus, der eine Adsorption austauschbarer Ionen nur an den Randzonen und Bruchstellen der Schichtgitter zuläßt. Daraus resultieren bei diesen Wechsellagerungsmineralen die wesentlich geringere Wasseraufnahmefähigkeit, das reduziertes Quellvolumen und die schwache Adsorptionsfähigkeit im Vergleich zum reinen Montmorillonit.

Der Smektit- (Montmorillonit-) Mindestgehalt des Bentonits

Welcher Smektit- (Montmorillonit-) Gehalt wird für einen Bentonit gefordert?

Es ist grundsätzlich anerkannt, dass der Smektit-(Montmorillonit) Gehalt das wertgebende Kriterium für die Eigenschaften eines Bentonits darstellt. Eine allgemein verbindliche Mindestgehaltsangabe existiert noch nicht und so hilft in Abhängigkeit vom Einsatzbereich die Orientierung an Einzeldefintionen:

• “The term bentonite is now well established for any clay which is composed dominatly of smectite clay mineral and whose physical properties are dedicated to this clay mineral.” Die Bezeichnung Bentonit ist gebräuchlich für jeden Ton dessen Zusammensetzung von einem smektitischen Tonmineral dominiert wird und dessen physikalische Eigenschaften für dieses Tonmineral charateristisch sind. (Grim, R.E., Güven, N., 1978)

Eine dominierende Tonkomponente unterstellt einen Anteil von > 50%, da dieses Mineral die Eigenschaften des Tons ansonsten nicht maßgeblich beeinflussen kann.

• „Bentonit ist ein kolloidaler Ton, der überwiegend aus Smektitmineralen (meist Montmorillonit) besteht, mit speziellen Eigenschaften wie Quellfähigkeit und Wasseradsorption.“ (European Bentonite Association, “EUBA”, 2009)

Zwar formuliert die EUBA keinen konkreten Mindestgehalt, gleichzeitig impliziert aber die Formulierung „überwiegend“ die Mehrzahl, in der Hauptsache, in erster Linie, mehr als die Hälfte, somit einen Gehalt von > 50 %.

• Die  FEFANA (EU Association of feed additives and premixtures operators, Brussels, 2010), die EU-Gesellschaft für Hersteller von Futterzusätzen und Vormischungen, berät z.Zt. über einer Definition für Bentonit, als Futterzusatz E558, die einen Mindestgehalt von > 60% Montmorillonit festschreibt. (www.fefana.org)

• „Bentonite sind Tone mit merklichem bis hohem Gehalt an Smectit, der die Eigenschaften (hohe Quellbarkeit, gutes Wasserbindevermögen, hohe Plastizität) maßgebend bestimmt.(…).Da technisch wichtige Bentonite einen Montmorillonit-Gehalt von 60-80% erfordern, müssen die Tone in den meisten Lagerstätten selektiv abgebaut werden.“  (Lagaly, Fahn, 1983)

• „Bentonit bezeichnet Gesteine (und daraus erzeugte Industrieprodukte), welche neben

anderen Tonmineralen, Quarz, Feldspat, Glimmer, vulkanischem Glas, kolloidaler

Kieselsäure zu etwa 60 – 90 % aus Smektitmineralen (meist Montmorillonit)

bestehen.“  (Pohl, 1992)

• Bentonit ist ein natürlicher Lehm mit einem hohen Anteil an Montmorillonit. (...) Der Montmorillonitgehalt beträgt mindestens 80 % (RICHTLINIE 2001/30/EG DER KOMMISSION über Reinheitskriterien von Lebensmittelzusatzstoffen)

Resümierend kann festgestellt werden, dass anhand aller ausgewerteten Quellen eine Mindestanforderung von > 50% Smektit an den Bentonit gestellt wird. Die überwiegende Anzahl der Definitionen setzt die Grenze für einen Bentonit jedoch bei mindestens 60% fest. Für den Einsatz als Lebensmittelzusatzstoff werden sogar 80 % Montmorillonit gefordert. Gleichzeitig wird vorausgesetzt, dass der Smektit überwiegend aus dem Tonmineral Montmorillonit gebildet wird.

Wechsellagerungsminerale können die Forderung nach einem überwiegenden Smektit-Gehalt meistens nicht erfüllen. Bei ihrer Auswahl ist daher ein besonderes Augenmerk auf Anteil und Art der Tonmineral-Komponenten zu legen, die die Smectit-Gruppe bilden. Montmorillonitreichen Ausprägungen ist der Verzug vor Illit betonten  Übergangs-Mineralen zu geben.

Tone, mit einem Smektit- ( Montmorillonit-) Gehalt < 50% entsprechen nicht den Anforderungen an einen Bentonit und sollten der sicheren Unterscheidung wegen nicht als Bentonit, sondern als „bentonithaltiger Ton“ bezeichnet werden.

Quellenhinweise:

European Bentonite Association, “EUBA”, Position Paper, 09/2009, www.ima-europe.eu

Grim, Ralph.E., Güven, Necip (1978), Bentonites : Geology, Mineralogy, Properties and Uses, Elsevier Science Ltd (Gebundene Ausgabe - Juli 1978), Chapter 1, S. 1

Henning O. (1988): Naturwissenschaftliches Grundwissen für Ingenieure des Bauwesens –

Chemie im Bau. – 5. Auflage, VEB Verlag für Bauwesen, Berlin. Abb. 3.7.

Lagaly G., Fahn R. (1983) Ton- und Tonminerale. In: Ullmann’s Encyklopädie der technischen Chemie. 4. Aufl., Bd. 23, S. 311-326.

Pohl W. (1992): W. & W. E. Petrascheck‘s Lagerstättenlehre – Eine Einführung in die

Wissenschaft von den mineralischen Bodenschätzen. – 4. Auflage, Stuttgart, S. 249 – 251

RICHTLINIE 2001/30/EG DER KOMMISSION

vom 2. Mai 2001zur Änderung der Richtlinie 96/77/EG zur Festlegung spezifischer Reinheitskriterien für andere Lebensmittelzusatzstoffe als Farbstoffe und Süßungsmittel