'벤토나이트' 란?

[과천거사]

고추의 탄저병에 약발이 든다는 제타비료의 주성분이 벤토나이트 (점토 광물)입니다.

그래서 벤토나이트 광물의 특성에 대해 자료를 찾아봤습니다. (요 광물질은 도자기용 흙에도 일부 포함되는 것으로 알고 있습니다.  

벤토나이트란?

화학성분은 (AI, Mg)2Si4O10(OH)2 ·4H2O로 점토 광물의 일종이다. 괴상(傀狀) ·토상(土狀)을 이룬다. 굳기 1~1.5, ㅣ중 2~2.5, 굴절률 1.48~1.6이다. 수분을 흡수하여 원래 부피의 7~10배로 팽윤하는 성질이 있으며, 이온 교환성이 높다. 함수량 150%에서 점착력이 생기고 약 500%의 함수량에서 점착력을 잃으며, 내부 마찰저항이 작은 점 등 특수한 성질을 가진 점토이다. 백색,회색,담홍색인 것이 많고, 때로 청색,녹색을 띠며 광택이 없다. 알루미늄이 풍부한 광물이나 암석의 변질로 인하여 생기며 점토가 함유된다.

1)국내산 벤토나이트는 제3기의 육성층군에서 마이오세기에 야기된 화산활동의 결과로 파생된 현무암 내지 암산암질 화산쇄설성 퇴적암의 속성변질 산물로서, 그 광화 양상과 정도는 기본적으로 원함의 조성과 암상에 규제되는 부존 및 산출 양상을 보인다. 이는 벤토나이트에서 비유동성 성향의 희유 및 희토류 원소 함유도 대비(Zr/TiO2 대비 Nb/Y)에 의거하여 추정한 기원암의 해석 결과에 의해서도 입증된다. 또한 여기서 산출되는 벤토나이트들이 대부분 Ca-형을 이루는 것은 비알칼리 계열의 화산쇄설성 원암조건에 의해서 원천적으로 Na이 결여된 암석화학적 환경에 기인한 것으로 해석된다.

2)주요 벤토나이트 광상들은 대부분 염기성 화산활동이 우세했던 퇴적분지 남부에 분포하고, 상대적으로 규질 성향의 화산활동에 의한 화산쇄설성 퇴적층이 많이 분포하는 북동부에는 벤토나이트보다는 제올라이트 광상이 주로 부존되는 특징을 보인다. 벤토나이트의 광화작용은 일부 열수기원에 의한 2차적 변질대를 제외하고는 전적으로 원암의 암상적 경계를 따라 이루어지는 경향이 뚜렷하고, 구릉상의 지표 상에서는 일부 고령토 광물로 풍화변질된 산출양상을 보이기도 한다. 화산쇄설성 퇴적암류들의 벤토나이트로의 생성과정에서 SiO2 및 알칼리 원소들, 특히 Na의 용탈 양상이 현저하다.

3)국내산 벤토나이트의 광물조성은 그 내용과 정도에 있어서 기본적으로 원암의 암상과 및 화학조성에 규제되고, 흔히 휼란다이트-클리놉틸로라이트 계열의 제올라이트와 단백석 같은 규산광물류가 주요 불순물로 수반되는 특징을 보인다. 보다 규질 성향의 기원암(유문암질 내지 석영안산암질)으로부터 유래된 벤토나이트에서 규산광물과 클리놉틸로라이트상의 제올라이트가 불순물로서 흔히 관찰된다.

4)벤토나이트 광화작용, 즉 벤토나이트의 광석광물인 스멕타이트의 생성은 기본적으로 호산유리 성분의 속성변질에 의해서 시발되고, 이 가수분해 및 변질반응은 스멕타이트의 정출을 동반하는 용해반응 형식(incongruent dissolution)으로 이루어진다. 이 생성반응은 원암의 화학적 조성, 특히 Si/Al 함유비에 주로 의존되는 성향을 보이기 때문에, 그 값이 낮은 현무암질 조성의 원암이 벤토나이트로 보다 쉽게 변질되는 양상을 나타낸다. 이에 비해서 상대적으로 보다 규질인 원암에서의 스멕타이트의 생성은 변질반응 초기에는 이루어지지만, 이 반응과정에서 해리되는 규산 성분의 농집현상과 pH의 증가로 인해서 스멕타이트의 생성은 이루어지지 않고 제올라이트의 생성반응으로 전이되는 것으로 해석된다. 그러나 여기서 규산광물의 침전이 이루어지거나 해리된 규산성분이 외부로 유출되면 스멕타이트 생성반응이 지속되어 벤토나이트가 형성될 수 있을 것이다. 영일 지역의 눌대리응회암층이나 함탄층에서 소규모 광체를 이루며 산출되는 벤토나이트들은 이 같은 생성기작에 의해서 생성된 것으로 해석된다.

벤토나이트를 구성하는 스멕타이트의 주된 교환성 양이온의 조성에 따라 (1) Na-형 벤토나이트와  (2) Ca형 벤토나이트로 구분된다. Na-형 벤토나이트는 수화되면 상대적으로 Ca-형 벤토나이트 보다 상대적으로 훨씬 높은 분산(dispersion) 성향 및 팽윤도 그리고 우수한 소성(plasticity) 및 유변성을 나타낸다. 미국의 소위 '와이오밍(Wyoming) 벤토나이트'로 대표되는 천연산 Na-형 벤토나이트는 전세계적으로 드물게 산출된다. 이에 비해서 Ca-형 벤토나이트는 보다 흔히 산출되고 식용유를 비롯한 각종 기름들의 표백 및 정제에 유용한 뛰어난 표면활성을 나타낸다. 이와 같은 성향을 갖는 Ca-형 벤토나이트와 그 대체광물인 애타풀자이트(attapulgite)같은 광물들을 모두 일컬어 영국계 국가들에서는 소위 'fuller's earth'라는 명칭으로 통용되기도 한다. Ca-형벤토나이트의 팽윤성 및 소성 등의 향상시키기 위해서 소다회(soda ash)나 Na2 CO3로 인위적으로 양이온 치환시킨 벤토나이트 제품, 즉 Na-치환형 벤토나이트가 천연산 Na-형 벤토나이트의 대체품으로 흔히 사용된다. 또한 유기이온으로 특수 처리된 벤토나이트 (대게 Na-형 벤토나이트로부터 제조됨)가 소위 '유기 벤토나이트(organic bentonite 도는 organoclays)'라는 명칭으로 주로 고급의 용도로 유통되고 있다.

벤토나이트를 구성하는 주성분 광물인 스멕타이트는 규산염 광물의 골격구조인 사면체와 팔면체 구조단위들이 2:1로 결합되어 층상구조(layer structure)를 이루는 점토광물이다. 사면체 구조단위들 간의 층간 결합은 매우 약해서 양이온과 H2O는 물론 유기 이온이나 분자들도 쉽게 개재될 수 있는 층상 구조적 특징을 지닌다. 이와 같은 구조적 및 층간 화학적 특징들은 스멕타이트 특유의 층상 격자상의 팽창성과 물리화학적 특성을 유발시키는 것으로 알려져 있다. 스멕타이트군 점토광물은 팔면체 구조단위 내의 양이온 자리의 채워짐과 층간 양이온 조성의 차이에 따라 소위 'diocatahedral type'인 몬모릴로나이트(montmorillonite), 베이델라이트(beidellite), 및 논트로나이트(nontronite)와 소위 'triocatahedral type'인 새포나이트(saponite) 및 헥토라이트(hectorite)로 구분된다. 벤토나이트는 주로 Fe이 약간 함유된 몬모릴로나이트-베이델라이트 계열의 스멕타이트로 구성되는 것으로 알려져 있다.

 

벤토나이트의 특성, 용도 및 품질요건

가. 특성
벤토나이트는 극히 미세한 입자로 된 점토로서 주구성광물은 몬모릴로나이트이다. 몬모릴로나이트는 규산염광물[(Mg, Ca)O, Al2O3, 5SiO2, nH2O]로서 치환성염기의 화학성분(Ca, K, Na, Mg)에 따라 성질이 변화된다.

-팽윤성 벤토나이트: 치환성 양이온 중 Na가 대부분(Na-벤토나이트)
                               물을 흡수하는 경우 건조시 체적의 5~20배 정도 팽창

-비팽윤성 벤토나이트: 치환성 양이온중 Ca가 대부분(Ca-벤토나이트)
                                  물을 흡수하는경우 약간 팽창하거나 거의 팽윤성이 없음

※ 산성백토 및 비 팽윤성 벤토나이트를 산에 처리하면 함유되어 있던 Al, Mg, Fe등이 용출되면서 원래의 결정구조를 유지한 채 활성화된다. 이를 활성백토라 한다. 단 팽윤성 벤토나이트는 활성화되지 않는다. 활성화시 SiO2 :Al2O3 의 비가 높아지며 흡착력, 탈색도, 탈산, 탈유황 능력이 높아진다.

화학적 정보

SiO 2	Al2O3	Fe2O3	MgO	CaO	Na2O	K2O	ig-loss
60`70	15~20	1`5	3~5	1~3	1~5	0.1~1.0	10~15

 벤토나이트의 물리적 성질

내용/구분	벤토나이트
조성비 (SiO2 /Al2O3)	4.46~7.67
표준조성비	4~6
알칼리금속, 알칼리토류금속	비교적 많다.
양이온 치환능력(C.E.C)	60~100mesh /100gr
1gr분말 시료의 흡착수	3~20gr
현탁액의 수소이온농도	7.5~8.5
100mesh 분말 1gr을 100ml의 수중에 넣었을 때 응고용적	8~80ml
수중에 넣었을 때 응고용적 1N-NaCl 25ml에 분말을 넣고 75ml의 물을 넣었을 때 응고용적	50ml
치환성양이온(exchangeable cation)의 종류	Na, Ca이 대부분
팽윤도(물울 흡수하여 팽창하는 성질)	팽윤성벤토나이트(Na-벤토나이트는 건조시의 1~15배)
지방감, 가역성
흡착력
간단한 판별법	붕괴후 재팽창

나. 용도 및 품질요건

[용도]
ㅁ주물사의 점결재: 점성과 지방감을 이용, 주물사의 결합력 증진, 성형성
ㅁ농업용 : 농약희석제(증량보조제), 토질개량제, 사료, 살충제
ㅁ시추용 이수제 : 점성, gel특성, 이벽 형성성 이용 공벽붕괴방지, 공내마찰완화
ㅁ점결재 : 연탄용 점결재, 철분광 소결시 점결제, 페인트점력 증진제
ㅁ방사능폐기물처리 : 이온교환성 이용(방사능원소 제거)
ㅁ요업 : 도자기, 내화물 첨가제(건조강도 증진), 유약활성제
ㅁ제지 : 첨가제, 잉크분산제
ㅁ촉매, 필터제 : 정유과정의 촉매운반제, 폐유정제, 윤활유재생제, 중합촉진제, 채소류 세척제

[제품별 특성]

항   목	제품명
	주물용	토목용	농약용	농업/비료
수분(%)	8~12	8~12	5~8	8~12
가비중(g/cm2)	0.75~0.90	0.75~0.90	0.65~0.80	0.75~0.9
P.H	9~11	9~11	8~11	8~11
입도(%)	250mesh min 75	200mesh min 75	250mesh min 98	200mesh min 75
평윤도(cc/2g)	8~24		min 6	5~8
압축강도(kg/㎤)	0.6~0.7
몬트함유량 (meq/100g)	80	80	70	70
마쉬점도(sec)		30~40

벤토나이트(Bentonite)의 응용분야

1. 사료첨가제
   벤토나이트가 사료의 첨가제로 사용되는 이유는 크게 두 가지 측면으로 나누어 생각할 수 있다. 그 첫째는 물리적 효과의 측면인데 이는 펠렛 사료생산 시 벤토나이트가 사료입자 상호간으 점결력을 증가시켜 펠렛의 형성에 도움을 주며, 혼합된 사료에 유동성을 증가시켜 펠렛 생산시 펠렛이 쉽게 생산망을 통과되어 프레스의 효율을 높여 준다. 그리고 혼합 사료의 저장시설로부터 흐름을 용이하게 하여준다.

듈째로 벤토나이트가 사료의 첨가물로 사용되는 주 목적은 생리적 효과의 측면인데, 벤토나이트는 가축의 장 내용물의부피를 효과적으로 증가시킬 수 있도록 수분을 흡수하여 자체부피의 몇 배되는 양으로 불어나 위장관내 영양소의 체류시간을 연장시킴으로 효소에 의한 소화 시간을 개선시켜 영양소 소화를 촉진시켜 준다. 또한 벤토나이트는 섬유질은 보존하고 가용성탄산화물을 다량 함유하여 산과다증의 대사상태를 만들어 가축의 생산성 저하와 대사장애를 유발하기 쉬운 종류의 사료형태에서 수소이온농도조절을 하여 과산증 예방제 역할을 한다. 높은 표면적은 기존사료에 포함되어 있거나 소화과정에서 생성된 암모늄 또는 황함유 유해물질 및 독소와 방사성물질과 같은 대사저해물질을 부착하여 감소시킴으로 장 내에서 발생하는 화학적 부담을 들어준다. 벤토나이트 표면에 세균독소가 결합되고 박층사이로 수분을 흡수하여 설사증세를 경감시키고 가축의 건강상태를 개선하여 준다. 그리고 체내 미생물작용을 촉진시켜주고, 소화물을 희석 연화시켜 주며, 스트레스를 감소 시켜준다. 또한 벤토나이트를 사료에 첨가함으로서 가축 체내작용이외에도 가축 사육장에서 또는 축분 제거시에 발생하는 유해가스를 효과적으로 감소시켜 대기 및 토양의 오염을 현저하게 감소시켜 준다.

2. 제지용

   제지산업에서 벤토나이트이 이용은 주로 백상지나 신문용지 생산 시 보류제의 첨가제로 사용되는데, 이때 사용되는 벤토나이트는 몸모릴로의 함량이 높아야하며, 이물질인 사질의 함량이 미소하여야하고, 백색도, 팽윤성과 점성이 좋아야하고 또한 이온교환능력이 높아야 양질의 보류용 벤토나이트로 사용되어 질 수 있다. 제지 보류제로 벤토나이트를 사용하는 목적은 펄프의 끈적끈적함을 완화시키며, 합성보류 촉매제의 보다나은 작용과 하이버, fines와 fillers의 보류율 증가, 폐수정화 효과상승, 염색염료의 흡수력 증대 및 표백제에 도움을 주는 목적으로 이용되고 있다.

3. 토지 개량제

벤토나이트는 알루미늄 실리케이트의 광물이며 층간구조의 팽윤특성을 갖고 있다. 따라서 밴토나이트가 다량으로 국내산업에 활용되는 분야산업은 농약산업에서 농약의 분산제 역할로 사용되고 있다. 이는 분말 농약 생산 시 벤토나이트가 농약을 carrier역할을 하는데 사용되며, 탄산소다를 치환하지 않은 천연 Ca-벤토나이트 또는 저급의 천연 Na-벤토나이트를 사용한다.

(자료) (주)동신 홈피

[과천거사]

일부 텃밭농가에서 고추 탄저병에 효과를 보인다는 제타 비료의 주성분이 벤토나이트 점토광물입니다.
도자기, 내화물에도 첨가되기도 하고, 농약/농업용 (희석제, 토지개량제, 살충제) 으로도 사용되는 광물이네요.

[풀바다]

벤토나이트가 여러방면에 유용하게 쓰이는군요.. ~~!

[베쏘]

감사 합니다.