De ontdekking en het gebruik van klei gaat terug tot 30, 000 jaar geleden, waardoor klei een van de oudste materialen is die in de samenleving worden gebruikt. Klei zijn van nature voorkomende materialen die voor het eerst werden gebruikt om aardewerk te maken en nu overvloedig worden gebruikt bij de vervaardiging van goederen, inclusief keramiek, cosmetica en bouwmaterialen. Klei speelt ook een belangrijke rol in het "terroir, " de kenmerken die een wijn ontwikkelt op basis van waar de druiven worden verbouwd.

Klei heeft unieke eigenschappen die nuttig zijn in industrieën variërend van productie tot constructie. Maar deze eigenschappen kunnen ook een uitdaging vormen bij het beheer van mijnafval.

Kleien en kleimineralen zijn kleine deeltjes met een unieke plaatachtige structuur van minder dan twee micron groot (ter vergelijking:de gemiddelde dikte van een streng mensenhaar is ongeveer 70 micron). De kleine omvang van kleimineralen en hun aparte structuur geven ze unieke eigenschappen, en verschillende soorten kleimineralen kunnen verschillende kenmerken vertonen.

Eigenschappen van klei

Er zijn vier hoofdgroepen kleimineralen:kaoliniet, analfabeet, vermiculiet en smectiet.

Smectiet kleien bijvoorbeeld, hebben het grootste vermogen om te zwellen, vaak meerdere malen groter dan hun oorspronkelijke volume. Bentoniet klei, een smectiet, kan tot 18 keer het oorspronkelijke volume opzwellen door water in de tussenlaag te brengen, de afstand tussen twee lagen klei. Deze eigenschap maakt het bruikbaar als morsabsorberend middel, maar betekent ook dat het heel moeilijk is om water uit klei te verwijderen bij ontwateringsprocessen, zoals in het geval van mijnafvalbeheer.

In tegenstelling tot, kaolien, of porseleinaarde, zwelt niet op en heeft een lage doorlaatbaarheid, waardoor het de voorkeur verdient voor het produceren van porselein of het verbeteren van de bedrukbaarheid van papier.

Kleien ontwikkelen ook plasticiteit als ze nat zijn, waardoor ze de mogelijkheid hebben om uit te rekken zonder te breken of te scheuren - een cruciale eigenschap voor het beeldhouwen van aardewerk. Door het droog- en bakproces ontsnappen de watermoleculen tussen de kleiplaten, en onomkeerbare verandering van de chemische structuur van de klei, het stuk in een hard en duurzaam aardewerkstuk veranderen.

Klei en wijn

Wijngaardeigenaren gebruiken hun kennis van het kleigehalte in de bodem om hen te helpen bij het nemen van beslissingen over aanplant en irrigatie, zodat ze de kwaliteit van de wijn die ze produceren kunnen verbeteren. De bodemsamenstelling in wijngaarden beïnvloedt de drainage en de opname van mineralen en voedingsstoffen voor de wortels. Zandgronden zijn geweldig voor drainage, en klei, die een netto negatieve lading hebben, helpen positief geladen voedingsstoffen vast te houden, waaronder calcium, magnesium en kalium.

Klei houdt ook heel goed water vast, die in droge klimaten nuttig kan zijn om de grond koeler en natter te houden. Bepaalde wijnstokrassen geven de beste resultaten in een bepaalde grondsoort. Bijvoorbeeld, kleigronden hebben de neiging om gewaagde en gespierde rode wijnen te produceren zoals sangiovese en merlot en witte wijnen zoals chardonnay.

Klei in mijnafval

Hoewel klei waardevolle materialen kan zijn in bepaalde industriële processen, ze kunnen ook problemen veroorzaken bij het beheer van mijnafval. Bijvoorbeeld, oliezandresiduen - geproduceerd uit de oppervlaktewinning van oliezanden - bestaan ​​uit een mengsel van water, zand, fijne deeltjes, klei en restbitumen.

Deze residuen worden opgeslagen in vijvers, waar het zwaardere zand snel naar de bodem zakt en de fijne deeltjes en klei blijven zweven. De waterminnende aard van klei betekent dat er veel water vastzit in de residuen, waardoor consolidatie en daaropvolgende terugwinning zeer uitdagend zijn.

Vanaf 2018, er is meer dan 1,2 biljoen liter vloeibaar afval verzameld in deze vijvers in Alberta.

Dit probleem met vloeibare residuen is niet exclusief voor oliezanden, aangezien alle vormen van mijnbouw, zoals koper, potas en diamant produceren residuen. Aangezien de wereldwijde productie van mineralen en metalen blijft stijgen, dat geldt ook voor de productie van residuen.

Methoden voor het meten van klei zullen steeds belangrijker worden om strategieën voor het beheer van residuen te monitoren en te optimaliseren.

Behandelmethoden

Veel oplossingen voor de behandeling van residuen wijzigen de eigenschappen van klei om de ontwatering en consolidatie te versnellen, en dus is het van cruciaal belang om de aanwezige klei te begrijpen om alle behandelmethoden te laten werken.

Kleisoorten kunnen worden gekarakteriseerd op basis van deeltjesgrootte, mineraal type, oppervlakte, Kationuitwisselingscapaciteit, plasticiteit en stromingsgedrag. In een laboratorium dat al tientallen jaren wordt gebruikt in de oliezandindustrie, methyleenblauw kleurstof kan helpen bij het bepalen van enkele van deze belangrijke eigenschappen.

Het Northern Alberta Institute of Technology en zijn partners ontwikkelen een geautomatiseerde kleianalysator op basis van de methyleenblauwindexmethode die het mogelijk zou maken om in het veld klei te meten. Dit zou de behandelingsprocessen optimaliseren, wat zich vertaalt in kostenbesparingen en snellere terugwinning van de residubekkens.

Van het helpen creëren van terugwinbare residuen tot het produceren van een fles kwaliteitswijn, vooruitgang in het meten van klei kan veel economische en ecologische voordelen opleveren.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.