Upptäckten och användningen av leror går tillbaka till 30, 000 år sedan, gör leror till ett av de äldsta materialen som används i samhället. Leror är naturligt förekommande material som först användes för att tillverka keramik och som nu används rikligt vid tillverkning av varor, inklusive keramik, kosmetika och byggmaterial. Leror spelar också en viktig roll i "terroiren, "egenskaperna som ett vin utvecklar baserat på var druvorna odlas.

Lera har unika egenskaper som är användbara i industrier från tillverkning till konstruktion. Men dessa egenskaper kan också utgöra en utmaning för att hantera gruvavfall.

Leror och lermineraler är små partiklar med en unik plattliknande struktur mindre än två mikron i storlek (som jämförelse, den genomsnittliga tjockleken på ett hårstrå är cirka 70 mikron). Den lilla storleken på lermineralerna och deras distinkta struktur ger dem unika egenskaper, och olika typer av lermineraler kan uppvisa olika egenskaper.

Egenskaper hos leror

Det finns fyra huvudgrupper av lermineral:kaolinit, illit, vermikulit och smektit.

Smectitleror till exempel, har den största förmågan att svälla, ofta utökas flera gånger sin ursprungliga volym. Bentonitlera, en smectit, kan svälla upp till 18 gånger sin initiala volym genom att ta vatten i sitt mellanskikt, avståndet mellan två lager av lera. Denna egenskap gör den användbar som spillabsorbent, men innebär också att det är mycket svårt att ta bort vatten från lera i avvattningsprocesser, som i fallet med gruvavfallshantering.

I kontrast, kaolin, eller porslinslera, sväller inte och har låg permeabilitet, vilket gör det att föredra för att producera porslin eller förbättra tryckbarheten på papper.

Leror utvecklar också plasticitet när de är våta, ger dem förmågan att sträcka sig utan att gå sönder eller rivas – en kritisk egenskap för keramikskulptur. Torknings- och bränningsprocesserna gör att vattenmolekylerna flyr mellan lerplattorna, och irreversibelt förändra lerornas kemiska struktur, förvandla biten till en hård och långvarig keramikbit.

Lera och vin

Vingårdsägare använder sin kunskap om lerhalten i jorden för att hjälpa dem att fatta beslut om plantering och bevattning så att de kan förbättra kvaliteten på vinet de producerar. Jordsammansättningen i vingårdar påverkar dräneringsnivåerna och upptaget av mineraler och näringsämnen för rötterna. Sandjordar är bra för dränering, och leror, som har en negativ nettoladdning, hjälpa till att behålla positivt laddade näringsämnen inklusive kalcium, magnesium och kalium.

Leror håller också vatten ganska bra, vilket kan vara till hjälp i torrt klimat för att hålla jorden svalare och blötare. Vissa vinstockar ger de bästa resultaten i en viss jordtyp. Till exempel, lerjordar tenderar att producera djärva och muskulösa röda viner som sangiovese och merlot och vita viner som chardonnay.

Lera i gruvavfallet

Även om leror kan vara värdefulla material i vissa industriella processer, de kan också orsaka problem i gruvavfallshanteringen. Till exempel, oljesandsavfall – framställt från ytbrytning av oljesand – består av en blandning av vatten, sand, små partiklar, leror och restbitumen.

Dessa avfall lagras i dammar, där den tyngre sanden lägger sig snabbt till botten och de fina partiklarna och lerorna förblir suspenderade. Den vattenälskande naturen hos leror gör att mycket vatten fastnar i avfallet, vilket gör konsolidering och efterföljande återvinning mycket utmanande.

Från och med 2018, det finns mer än 1,2 biljoner liter vätskeavfall som samlats i dessa dammar i Alberta.

Detta problem med vätskeavfall är inte exklusivt för oljesand, eftersom alla former av gruvdrift, som koppar, kaliumklorid och diamant — producerar avfall. När den globala produktionen av mineraler och metaller fortsätter att öka, likaså produktionen av avfall.

Metoder för lermätning kommer att bli allt viktigare för att övervaka och optimera avfallshanteringsstrategier.

Behandlingsmetoder

Många avfallsbehandlingslösningar modifierar lerans egenskaper för att påskynda avvattning och konsolidering, och så att förstå de leror som finns är avgörande för att alla behandlingsmetoder ska fungera.

Leror kan karakteriseras baserat på partikelstorlek, mineral typ, ytarea, katjonbyteskapacitet, plasticitet och flödesbeteende. I en laboratoriemiljö som använts i oljesandsindustrin i decennier, metylenblått färgämne kan hjälpa till att bestämma några av dessa viktiga egenskaper.

Northern Alberta Institute of Technology och dess partners utvecklar en automatiserad leranalysator baserad på metylenblåttindexmetoden som skulle göra det möjligt för lermätning i fält. Detta skulle optimera behandlingsprocesser, vilket innebär kostnadsbesparingar och snabbare återvinning av avfallsdammar.

Från att hjälpa till att skapa återvinningsbart avfall till att producera en flaska kvalitetsvin, framsteg inom lermätning kan ge många ekonomiska och miljömässiga fördelar.

Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.