Hoạt hóa bentonite là quá trình xử lý hóa học (xử lý bằng axit hoặc kiềm) hoặc vật lý (xử lý nhiệt) để làm tăng tính chất của bentonite: độ trƣơng nở, khả năng trao đổi ion, hấp phụ,.. Quá trình hoạt hóa làm thay đổi các ion bù trừ điện tích giữa các lớp (thƣờng là từ các ion kim loại kiềm thổ, phổ biến là Ca2+
đƣợc thay thế bằng H+ hoặc Na+), làm sạch bề mặt của bentonite và loại bỏ các hợp chất hữu cơ đã bị hấp phụ.
* Hoạt hóa bằng kiềm [11]
Na-bentonite có đặc tính trƣơng nở, tính xúc biến, lƣu biến, khả năng trao đổi ion tốt hơn so với Ca-bentonite nên có thể sử dụng tốt hơn trong nhiều lĩnh vực: làm khuôn đúc, phụ gia trong sơn, mực in,... Vì thế trong nhiều trƣờng hợp ngƣời ta phải thực hiện quá trình chuyển hoá Ca-bentonite về dạng Na-bentonite.
Quá trình xử lý bentonite - Ca để chuyển về dạng bentonite - Na có thể bằng phƣơng pháp ƣớt (xử lý với các dung dịch muối natri: cacbonat, clorua, nitrat...) hoặc khô (trộn trực tiếp muối natri cacbonat rồi đem sấy trong các lò quay).
Quá trình hoạt hóa bằng kiềm cũng dẫn tới hòa tan các oxit lƣỡng tính, tạo trên bề mặt sét những lỗ trống và các trung tâm hoạt động.
* Hoạt hoá bằng axit [6,21,32]
Quá trình làm sạch cơ học, ngay cả khi dùng thủy xiclon về cơ bản chỉ loại bỏ đƣợc các tạp chất hạt thô lẫn với hỗn hợp sét smectite, nhƣ thạch anh, feldspar, mica, v.v.. Muốn làm sạch smectite phải thực hiện quá trình xử lý bằng axit [6,21,26,27,32]. Quá trình hoạt hóa bằng axit đƣợc thực hiện bằng các axit loãng, trƣớc hết là các axit vô cơ nhƣ H2SO4, HCl, H3PO4 [26,27]. Ngƣời ta cũng có thể dùng các axit hữu cơ nhƣ: axit axetic, axit oxalic..[21,26,27].
Các tác giả [26] đã nghiên cứu các thông số của quá trình hoạt hóa bentonite bằng axit. Để có thể thu đƣợc sét smectite làm chất tẩy trắng, quá trình xử lý với axit phải đƣợc thực hiện trong nhiều giờ, thƣờng phải đun nóng hỗn hợp sét và axit trong khoảng 1- 15 giờ. Sau đó ngƣời ta thực hiện quá trình lọc rửa để tách dung dịch các muối hòa tan khỏi pha rắn. Các điều kiện thực hiện quá trình hoạt hóa phụ thuộc vào quặng đầu và đƣợc nghiên cứu bởi nhiều tác giả [6,21,26,27]. Hiệu quả quá trình hoạt hóa axit phụ thuộc vào tỷ lệ axit/bentonite, thời gian và nhiệt độ xử lý. Nói chung hỗn hợp sét ban đầu có hàm lƣợng nƣớc 25- 50% trọng lƣợng (tốt nhất là trong khoảng 28-48%) đƣợc trộn đều với axit (nồng độ 20-100% trọng lƣợng) theo một tỷ lệ (khoảng 10-60% trọng lƣợng) sao cho hỗn hợp có độ đặc quánh thích hợp đủ khả năng định hình. Hỗn hợp đƣợc giữ một vài ngày ở nhiệt độ 15-70oC rồi đƣa vào quá trình rửa và lọc.
Theo các tác giả [21] trong quá trình hoạt hóa bằng axit thì trƣớc hết các ion kim loại kiềm và kiềm thổ giữa các lớp sét đƣợc thay bằng H+. Sau đó là các ion nhôm và sắt đƣợc tách khỏi khu vực biên. Kết quả nghiên cứu quá trình hoạt hóa axit cho thấy, sau 30
ngày giữ hỗn hợp hoạt hóa tại nhiệt độ phòng, hàm lƣợng nhôm trong bentonite - Ca ban đầu giảm từ 9,5% xuống 7,6%, còn hàm lƣợng sắt giảm từ 3,2% xuống 1,8%; bề mặt riêng của bentonite tăng gấp 3 lần, từ 70 m2/g lên tới 210 m2/g. Quá trình hoạt hóa axit cũng làm giảm kích thƣớc hạt và tạo ra kích thƣớc hạt đồng đều hơn.
Ngoài ra, bentonite còn có thể đƣợc hoạt hóa bằng nhiệt [26,27]. Phƣơng pháp này đƣợc sử dụng trong trƣờng hợp khoáng bentonite đã hấp phụ các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi.
Nhƣ vậy nhờ quá trình hoạt hóa bằng axit, sét smectite đƣợc làm sạch triệt để khỏi các tạp chất phi sét, ngoài ra nhiều đặc tính nhƣ bề mặt riêng, độ nhớt huyền phù, dung lƣợng trao đổi ion, độ trƣơng nở, vv… tăng rõ rệt. Để tinh quặng bentonite đáp ứng yêu cầu làm nguyên liệu điều chế sét hữu cơ, phƣơng pháp hoạt hóa bằng axit là phù hợp và chúng tôi lựa chọn nghiên cứu trong phần thực nghiệm.