Bentonit

Ein Gestein, kein einzelnes Mineral

Der Unterschied klingt spitzfindig. Trotzdem ist er wichtig. Zu einem Mineral gehören eine definierte chemische Formel und ein fester Kristallbau. Ein Gestein dagegen ist ein Gemenge aus mehreren Mineralen, und in diese Kategorie gehört Bentonit.

Den Hauptanteil stellen Smektite. Das ist eine Gruppe quellfähiger Tonminerale, deren bekanntestes Mitglied Montmorillonit heisst, benannt nach dem französischen Fundort Montmorillon. Je nach Lagerstätte macht Montmorillonit zwischen etwa der Hälfte und über neunzig Prozent der Masse aus.

Der Rest sind Begleitminerale, typisch Quarz, Feldspat, Cristobalit, Glimmer, Kaolinit, Calcit, Gips und Pyrit. Über die technische Eignung einer Lagerstätte entscheiden gerade diese Beimengungen mit.

Wie Bentonit entsteht

Zu Beginn steht ein Vulkanausbruch. Feine Asche wird in die Luft geschleudert. Sie sinkt über weite Flächen ab. Fällt sie in ein flaches Meer oder in einen See, bildet sie dort eine Aschelage im Sediment.

Vulkanasche besteht zu grossen Teilen aus vulkanischem Glas. Glas ist thermodynamisch nicht stabil. Bei Kontakt mit Wasser wandelt es sich langsam um, ein Vorgang, den die Geologie Devitrifikation nennt. Aus dem Glas entstehen dabei neue, kristalline Tonminerale.

Welche Minerale entstehen, hängt vom Chemismus des umgebenden Wassers ab. Unter alkalireichen, leicht basischen Bedingungen bilden sich bevorzugt Smektite, saure Bedingungen führen eher zu Kaolinit. Deshalb liegen viele grosse Bentonitlagerstätten in ehemaligen Meeresbecken.

Das Ergebnis ist eine Schicht zwischen normalen Sedimentgesteinen. Oft ist sie nur wenige Dezimeter mächtig und fällt im Aufschluss durch ihre helle Farbe und ihre seifige Beschaffenheit auf. Bei Regen wird sie rasch zu einem zähen, rutschigen Brei.

Jede Aschelage stammt von einem einzelnen Ausbruch, weshalb Bentonitlagen der Geologie als datierbare Leithorizonte dienen.

Schichtstruktur und Quellvermögen

Montmorillonit ist ein Zweischicht-zu-Eins-Silikat, kurz 2:1-Schichtsilikat. Aus drei Lagen besteht ein einzelnes Schichtpaket: aussen zwei Lagen aus Silizium-Sauerstoff-Tetraedern, dazwischen eine Lage aus Aluminium-Sauerstoff-Oktaedern.

Ein solches Paket ist rund einen Nanometer dick. Das ist ein Millionstel Millimeter. In diesem Bauplan sitzt der Schlüssel zu allen weiteren Eigenschaften.

In diesem Gitter werden einzelne Bauplätze durch andere Elemente besetzt: Aluminium ersetzt Silizium, Magnesium oder Eisen ersetzen Aluminium. Fachleute nennen das isomorphen Ersatz. Weil die Ersatzatome weniger positive Ladung mitbringen, bleibt das Schichtpaket insgesamt negativ geladen.

Diese Restladung muss ausgeglichen werden. Den Ausgleich übernehmen positiv geladene Teilchen, sogenannte Kationen, die sich zwischen den Schichtpaketen anlagern. Dabei handelt es sich meist um Natrium-, Calcium- oder Magnesium-Ionen.

Kommt Wasser dazu, umgeben sich diese Kationen mit einer Wasserhülle. Die Schichtpakete werden dadurch auseinandergedrückt. Zunächst geschieht das in klar abgegrenzten Stufen. Jede Stufe entspricht der Dicke einer Wasserlage und ist im Röntgendiagramm als Änderung des Schichtabstands messbar.

Bei genügend Wasser geht die Aufweitung in eine zweite Form über, und die Schichten entfernen sich kontinuierlich voneinander. Aus dem trockenen Pulver wird ein Gel, das ein Vielfaches seines Ausgangsvolumens einnimmt.

Die Kationenaustauschkapazität

Die Kationen in der Zwischenschicht sind nicht fest eingebaut, sondern lassen sich gegen andere Kationen aus der umgebenden Lösung tauschen. Wie viel Ladung ein Material auf diese Weise aufnehmen kann, beschreibt die Kationenaustauschkapazität. Kurz: KAK.

In Milliäquivalenten je hundert Gramm Trockensubstanz wird sie gemessen, abgekürzt meq/100 g. Der Wert ist eine rein physikalisch-chemische Kenngrösse. Er beschreibt eine Materialeigenschaft, nicht eine Wirkung.

In der Praxis wird die KAK meist über den Methylenblau-Test bestimmt. Dabei wird dem Material schrittweise ein Farbstoff zugegeben, bis die Aufnahme gesättigt ist. Giessereien nutzen denselben Test. Damit überwachen sie den Gehalt an aktivem Ton im Formsand.

Wie stark sich der Wert verschieben lässt, zeigt eine Untersuchung an einem calciumreichen Bentonit aus Montenegro. Nach einer Behandlung mit fünf Gewichtsprozent Soda stieg die Kationenaustauschkapazität von 74,6 auf 89,5 meq/100 g.¹

Die gleiche Arbeit dokumentiert die übrigen Kennwerte derselben Probe, an denen sichtbar wird, wie eng Struktur und technische Eignung zusammenhängen.

Kennwert	vor Behandlung	nach Behandlung
Kationenaustauschkapazität	74,6 meq/100 g	89,5 meq/100 g
Freies Quellvolumen	7 cm³	20 cm³
Spezifische Oberfläche	27,4 m² je Gramm	45,8 m² je Gramm
Plastizitätsindex	79,6 Prozent	193,4 Prozent

Messwerte eines calciumreichen Bentonits aus der Lagerstätte Bijelo Polje, Montenegro, vor und nach Behandlung mit fünf Gewichtsprozent Natriumcarbonat.¹

Ein Detail verdient Beachtung. Aus einer Gasadsorptionsmessung stammt die angegebene Oberfläche. Sie erfasst nur die äussere Oberfläche der Teilchen, weil das Messgas nicht zwischen die Schichtpakete gelangt. Um ein Vielfaches grösser ist die innere Oberfläche zwischen den Schichten. Mit anderen Verfahren wird sie bestimmt.

Diese Unterscheidung ist nicht akademisch. An acht handelsüblichen Bentoniten für die Weinbehandlung fand eine Untersuchung genau hier den Unterschied. Mit grösserer innerer Oberfläche stieg die Leistung, mit grösserer äusserer Oberfläche sank sie.²

Natrium- und Calciumbentonit

Der Handel unterscheidet zwei Grundtypen. Sie unterscheiden sich nur darin, welches Kation in der Zwischenschicht überwiegt, doch die Folgen für das Verhalten sind gross.

Natriumbentonit quillt stark. Ein einwertiges Natrium-Ion bindet Wasser so, dass die Schichtpakete weit auseinandergehen. Natürliche Natriumbentonite sind selten. In Wyoming, Montana und South Dakota liegen die bekanntesten Vorkommen.

Calciumbentonit quillt deutlich weniger. Als zweiwertiges Ion hält Calcium zwei benachbarte Schichtpakete gleichzeitig fest und wirkt wie eine Klammer. Calciumbentonite sind weltweit häufig. Vorkommen liegen unter anderem in Bayern, Griechenland, Italien und der Türkei.

Weil der Natriumtyp knapp ist, wird der Calciumtyp umgestellt, indem man Soda, also Natriumcarbonat, in den feuchten Rohton mischt. Das Calcium fällt als schwer lösliches Carbonat aus. Natrium rückt in die Zwischenschicht nach. Das Verfahren heisst Natriumaktivierung. Seit den 1930er-Jahren wird es industriell betrieben.

Merkmal	Natriumbentonit	Calciumbentonit
Vorherrschendes Kation	Natrium, einwertig	Calcium, zweiwertig
Quellvermögen	hoch	gering bis mässig
Verhalten in Wasser	bildet ein zähes Gel	bleibt körnig, setzt sich ab
Natürliche Verbreitung	selten	häufig
Typische Einsatzfelder	Bohrspülung, Dichtungsbahnen, klumpendes Katzenstreu	Bleicherde, Tierfutter, Trägerstoffe

Salz im Wasser verändert das Bild noch einmal. In einem Versuch mit magnesium- und calciumreichem Bentonit sank die Quellrate mit steigender Kochsalzkonzentration von 43,7 auf 37,1 Prozent.³ Für Anwendungen im Salzwasser ist das eine zentrale Grösse.

Woher der Name stammt

Nach der verbreiteten Erklärung geht der Name auf Fort Benton in Wyoming zurück. Das stimmt so nicht. Die Geschichte ist etwas verschlungener.

Der Geologe Wilbur C. Knight beschrieb 1897 eine seifige Tonlage bei Rock River in Wyoming. Zunächst nannte er sie Taylorit, nach der Taylor Ranch in der Nähe der ersten Grube. Für ein anderes Mineral war der Name jedoch bereits vergeben.

Deshalb taufte Knight das Material 1898 um. Er wählte Bentonit, weil er die Tonlage der damals so genannten Benton-Schiefer-Formation zuordnete. Seit 1862 trug diese Formation ihren Namen nach Fort Benton, das nicht in Wyoming liegt, sondern in Montana.

Vor Knight war das Material schlicht als Mineralseife bekannt.

Steckbrief

Art des Materials	Sedimentgestein, Tongestein
Hauptbestandteil	Montmorillonit aus der Smektit-Gruppe
Begleitminerale	Quarz, Feldspat, Cristobalit, Glimmer, Kaolinit, Calcit, Gips, Pyrit
Ausgangsmaterial	Vulkanasche, überwiegend vulkanisches Glas
Kristallbau	2:1-Schichtsilikat mit austauschbaren Zwischenschicht-Kationen
Typen im Handel	Natriumbentonit, Calciumbentonit, natriumaktivierter Bentonit, säureaktivierter Bentonit
Kennzeichnende Eigenschaften	Quellvermögen, Kationenaustauschkapazität, Thixotropie, Plastizität
Wichtige Fördergebiete	USA, Griechenland, Türkei, Italien, Deutschland, Indien, China, Mexiko
Namensgeber	Benton-Schiefer-Formation, benannt nach Fort Benton, Montana
Erstbeschreibung	1898 durch Wilbur C. Knight

Abbau und Aufbereitung

Bentonit wird fast ausschliesslich im Tagebau gewonnen: Zunächst wird die Deckschicht abgetragen, dann die Bentonitlage abgebaggert. Anschliessend wird die Grube wieder verfüllt.

Der Rohton enthält je nach Lagerstätte dreissig Prozent Wasser und mehr, weshalb die Aufbereitung überall einem ähnlichen Ablauf folgt.

• Homogenisieren: Material aus mehreren Abbaustellen wird auf Halde gemischt, um Schwankungen auszugleichen.
• Aktivieren: Für den Natriumtyp wird Soda eingemischt, für Bleicherde wird stattdessen mit Säure behandelt.
• Trocknen: Drehrohr- oder Stromtrockner senken den Wassergehalt auf wenige Prozent.
• Mahlen und Klassieren: Mühlen und Sichter stellen die gewünschte Korngrösse ein, vom Feinstmehl bis zum Granulat.
• Prüfen: Quellvolumen, Methylenblau-Wert, Fliessgrenze und Filtratverlust werden laufend kontrolliert.

Die Säureaktivierung verändert das Material stärker als die Sodabehandlung. Mit verdünnter Schwefel- oder Salzsäure werden Aluminium, Magnesium und Eisen aus der mittleren Schicht gelöst. Zurück bleibt ein Gerüst mit deutlich vergrösserter Oberfläche. Der Name dafür lautet Bleicherde.

Technische Anwendungen im Überblick

In technische Verfahren geht der weitaus grösste Teil der Fördermenge, und fast immer wird dabei eine der drei Kerneigenschaften genutzt. Das sind das Quellvermögen, die Bindekraft im feuchten Zustand und die Anlagerung geladener Teilchen an die Oberfläche.

Bohrspülung

Bei einer Bohrung wird eine Flüssigkeit im Kreis gepumpt. Sie trägt das Bohrklein nach oben, kühlt das Werkzeug und hält den Druck im Bohrloch. Bentonit macht diese Spülung thixotrop. In Bewegung fliesst sie. Im Stillstand wird sie steif. Dabei sinkt das Bohrklein nicht ab.

An der Bohrlochwand bildet sich zugleich ein dünner Filterkuchen, der verhindert, dass zu viel Wasser ins Gestein abfliesst. Wie gut das gelingt, hängt stark vom Wasser ab. In einer Versuchsreihe mit zwei Gewichtsprozent Calciumchlorid stieg der Filtratverlust eines Natriumbentonits auf 265 Milliliter. Eine mit Lithium belegte Probe blieb bei 141 Millilitern.⁵

Giesserei-Formsand

Bei einem Sandguss wird die Form aus Quarzsand aufgebaut, und damit der Sand hält, braucht er ein Bindemittel. Bentonit übernimmt diese Rolle. Verarbeitet wird es feucht, im sogenannten Grünsand.

Ohne zu zerfallen, muss die Form dem flüssigen Metall standhalten. Gefragt sind hohe Bindekraft, Gasdurchlässigkeit und Temperaturbeständigkeit, und genau diese Eigenschaften prüfte die bereits erwähnte Untersuchung an aktiviertem Calciumbentonit. Ihr Schluss: Das behandelte Material erfüllt die Anforderungen für Eisen- und Nichteisenlegierungen.¹

Katzenstreu und Deponieabdichtung

Aus granuliertem Natriumbentonit besteht klumpendes Katzenstreu meist. Trifft Flüssigkeit auf das Granulat, quillt es. Dabei verbackt es zu einem festen Klumpen, der sich herausnehmen lässt, ohne die ganze Schüttung zu wechseln.

Nach demselben Prinzip funktioniert eine ganz andere Bauweise: Bentonitmatten, fachlich geosynthetische Tondichtungsbahnen, bestehen aus einer dünnen Bentonitschicht zwischen zwei Vliesen. Bei Wasserkontakt quillt das Bentonit und verschliesst die Poren, sodass solche Bahnen Deponien, Kanäle und Rückhaltebecken abdichten.

Auf demselben Gedanken beruhen Konzepte für geologische Tiefenlager, in denen verdichtetes Bentonit als Verfüllmaterial rund um die Behälter vorgesehen ist. Es soll zufliessendes Wasser aufnehmen und den Hohlraum quellend schliessen.

Wein- und Saftschönung

Weisswein enthält gelöste Traubenproteine. Bei Wärme lagern sie sich zusammen und trüben die Flasche ein. Die Fachsprache nennt das Eiweisstrübung. Um sie zu vermeiden, werden die Proteine vor der Abfüllung entfernt.

Bentonit ist dafür seit über hundert Jahren das meistgenutzte Mittel.⁶ In der Ladung liegt der Grund. Bei niedrigem pH-Wert des Weins tragen die fraglichen Proteine eine positive Ladung. Die Bentonitplättchen sind negativ geladen. So lagern sich die Proteine an. Abgetrennt werden sie mit dem absinkenden Trub.

Der Vorgang ist allerdings nicht wählerisch. Nach der Untersuchung an acht Handelsprodukten entfernten alle geprüften Bentonite auch einen Teil der phenolischen Verbindungen. Flüchtige Aromastoffe gingen deutlich zurück, besonders Ester, während Natrium und Calcium im Wein messbar zunahmen.²

Die Übersichtsarbeit aus dem Jahr 2025 benennt dieselben Nachteile. Genannt werden die unspezifische Anlagerung erwünschter Stoffe, Weinverluste, die Umweltbelastung durch den anfallenden Trub sowie Fragen des Arbeitsschutzes.⁶ Deshalb wird intensiv an Alternativen geforscht.

In der EU ist Bentonit für diesen Zweck ausdrücklich vorgesehen. Anhang I der Delegierten Verordnung (EU) 2019/934 führt es unter den zugelassenen önologischen Behandlungsstoffen zur Klärung von Traubenmost und Wein. Bei Fruchtsäften wird nach demselben Prinzip gearbeitet.

Speiseölraffination

Rohe Pflanzenöle sind farbig und enthalten Begleitstoffe. In der Bleichstufe der Raffination wird säureaktivierter Bentonit zugegeben, meist bei erhöhter Temperatur. Farbstoffe wie Chlorophyll und Carotinoide lagern sich an die Oberfläche der Bleicherde an. Mit ihr werden sie abfiltriert.

In einer Übersichtsarbeit von 2025 sind die Grenzen dieses Verfahrens zusammengefasst. Genannt werden lange Filtrationszeiten und Ölverluste. Hinzu kommen die Entsorgung säurehaltiger Rückstände und die Bildung freier Fettsäuren. Die Anlagerung folgt dabei den Modellen von Freundlich und Langmuir, also einer mehrschichtigen Belegung ungleichmässiger Oberflächen.⁷

Tierfutter und Kosmetik

In der Tierernährung ist Bentonit in der EU als technologischer Zusatzstoff zugelassen. Die zuständige Behörde bewertete 2025 die Verlängerung dieser Zulassung. Betroffen sind unter anderem die Funktionsgruppen Bindemittel und Trennmittel für alle Tierarten.⁴ Diese Zulassung betrifft ausschliesslich Futtermittel für Tiere.

In der Kosmetik erscheint Bentonit in der Zutatenliste. Die Bezeichnung lautet dort Bentonite. Dort dient es als Verdickungsmittel und Suspendierhilfe, und in Masken und Pasten sorgt es für die streichfähige Konsistenz. Pigmente hält es gleichmässig verteilt.

Verwandte Materialien

Bentonit wird häufig mit anderen porösen Mineralien in einen Topf geworfen. Dabei sind die Unterschiede erheblich. Sie betreffen den Aufbau ebenso wie die Herkunft.

• Zeolith: ein Gerüstsilikat mit starrem Kanalsystem. Es quillt nicht, sondern besitzt fest definierte Hohlräume mit gleichbleibendem Durchmesser.
• Kieselgur: ein Sedimentgestein aus den Schalen fossiler Kieselalgen. Es besteht aus amorpher Kieselsäure und hat weder Schichtstruktur noch Kationenaustausch.
• Aktivkohle: ein kohlenstoffbasiertes Material aus verkohlten Pflanzenresten. Ihre Oberfläche ist unpolar, während die von Bentonit geladen ist.
• Kaolinit: ebenfalls ein Tonmineral, aber mit 1:1-Schichtaufbau. Ihm fehlt die Zwischenschicht, weshalb er kaum quillt. Er dient als Porzellanrohstoff.

Was die Forschung untersucht

Ein wiederkehrendes Thema ist die Vorhersagbarkeit. Weil jede Lagerstätte anders zusammengesetzt ist, lassen sich Ergebnisse schlecht übertragen. Die Arbeit an den acht Weinbentoniten fand denn auch einen Zusammenhang mit mehreren Kenngrössen gleichzeitig. Genannt werden das Verhältnis von Natrium zu Calcium, die Kationenaustauschkapazität, das Quellvermögen, das Zeta-Potenzial und die innere Oberfläche.²

Häufige Fragen

Ist Bentonit ein Mineral?

Nein, Bentonit ist ein Gestein. Aus mehreren Mineralen besteht es, überwiegend aus Smektiten. Das mengenmässig wichtigste davon ist Montmorillonit. Hinzu kommen Begleitminerale wie Quarz, Feldspat, Glimmer und Calcit, deren Anteil von Lagerstätte zu Lagerstätte schwankt.

Warum quillt Bentonit in Wasser?

Weil zwischen den Silikatschichten austauschbare Kationen sitzen. Diese umgeben sich im Wasser mit einer Hülle aus Wassermolekülen und drücken dadurch die Schichten auseinander. Zunächst geschieht das stufenweise, um jeweils eine Wasserlage. Bei viel Wasser geht die Aufweitung in eine kontinuierliche Form über.

Was bedeutet Kationenaustauschkapazität?

Sie gibt an, wie viel austauschbare positive Ladung ein Material tragen kann, angegeben in Milliäquivalenten je hundert Gramm. In einer Untersuchung an montenegrinischem Bentonit stieg der Wert durch Sodabehandlung von 74,6 auf 89,5 meq/100 g.¹

Wofür wird Bentonit bei der Weinherstellung eingesetzt?

Zur Entfernung gelöster Traubenproteine, die später eine Trübung bilden würden. Anhang I der Delegierten Verordnung (EU) 2019/934 führt Bentonit als zugelassenen Behandlungsstoff zur Klärung. Nach der Übersichtsarbeit von 2025 ist es das seit über hundert Jahren meistgenutzte Mittel für diesen Zweck.⁶

Woher kommt der Name Bentonit?

Von der Benton-Schiefer-Formation, der Wilbur C. Knight 1898 den Ton bei Rock River in Wyoming zuordnete. Seit 1862 trägt diese Formation ihren Namen nach Fort Benton in Montana. Knight hatte das Material ein Jahr zuvor Taylorit genannt. Dieser Name war bereits vergeben.

Was ist Bleicherde?

Mit Säure behandelter Bentonit. Verdünnte Säure löst Aluminium, Magnesium und Eisen aus der mittleren Schicht heraus und vergrössert die Oberfläche. Bleicherde wird in der Raffination von Speiseölen eingesetzt, um Farbstoffe und Begleitstoffe abzutrennen.⁷

Quellen

1. Radulović D., Stojanović J., Marković M., Todorović D., Jovanović V., Terzić A.: Alkali Activation of Natural Calcium Bentonite for Foundry Applications: Structural, Physicochemical, and Technological Characterization. Materials 2026; 19(13): 2822. DOI: 10.3390/ma19132822 · PMID: 42451902
2. Lukić I., Horvat I., Delač Salopek D., Begović T., Djerdj I. et al.: Bentonite-Clarified White Wine: Linking Clay Physico-Chemical Properties to Protein Removal Efficiency and Wine Matrix Alterations. Molecules 2025; 30(20): 4117. DOI: 10.3390/molecules30204117 · PMID: 41157134
3. Li H., Lu Y., Zhang H.: Swelling deformation and model calculation of Mg/Ca-bentonite under the influence of salt solution. PLOS ONE 2025; 20(5): e0323021. DOI: 10.1371/journal.pone.0323021 · PMID: 40338988
4. EFSA Panel on Additives and Products or Substances used in Animal Feed (FEEDAP), Villa R. E., Azimonti G., Bonos E. et al.: Assessment of the feed additive consisting of bentonite (1m558i) for all animal species for the renewal of its authorisation. EFSA Journal 2025; 23(7): e9553. DOI: 10.2903/j.efsa.2025.9553 · PMID: 40708710
5. Xie T., Tang M., Zheng H., Jiang X., Yang C.: Hydration- and Spacing-Governed Filtration Behavior of Cation-Exchanged Bentonites in Ca-Rich Brines. Materials 2026; 19(8): 1565. DOI: 10.3390/ma19081565 · PMID: 42073731
6. Lagori M., Vincenzi S., Marangon M., Cattaneo L., Paissoni M. A. et al.: A Comprehensive Literature Review on the Role of Bentonite in White Wine Protein Stabilization. Foods 2025; 14(23): 3994. DOI: 10.3390/foods14233994 · PMID: 41375932
7. Abedi E., Akhavan H. R., Hashemi S. M. B., Oliyaei N., Sourghali M. et al.: Comparison Between Emerging and Conventional Methods for Edible Oils Bleaching. Food Science & Nutrition 2025; 13(11): e71121. DOI: 10.1002/fsn3.71121 · PMID: 41179359