Параметры, характеризующие качество и свойство глин.

1. Объемная концентрация глины – К_Г

На основе уравнения баланса масс:

m_к = m_исх + Σm_доб

m_р = m_в + m_г

V_р × r _р = V_р × (1 – К_г) × r _в + V_р × К_г × r _г

 

m_{раствора} m_в m_г

 

r _р = отсюда

2. Выход раствора – В_р (м³ из 1 т. глины)

;

 

= 1т

, м³

Выход раствора определяется следующим образом:

1) берутся 3 сосуда с водой по 400 см³ нагретой до 70⁰C;

2) берутся 3 навески глины: 25-30 г, 35-40 г, 50-60г;

3) готовится раствор, используя миксер «Воронеж», перемешивая 5 ¸ 15 минут;

4) измеряем φ₆₀₀ на приборе ВСН-3 и заносим результаты в таблицу:

Q, г	φ600, град
	…
	…
	…

5) Строим график

φ₆₀₀

град

 

 

 

 

 

Q_, г

 

6) рассчитываем эффективную вязкость μ_Э:

7) строим график:

m_э

МПа×с

 

m_э=20

 

Q_, г

Q_ст

Q_ст – это та масса навески, при которой мы получаем m_э = 20 МПа×с

8) берем навеску Q_ст

Q_ст (стандартная масса навески порошка бентонита) для получения 400 см³ раствора, нагреваем до 70⁰С;

9) измеряем условную вязкость, которая должна быть равна 25 с;

10) измеряем плотность раствора (ρ_ст при Q_ст);

11) определяем выход раствора В_р

12) определяем марку глинопорошка.

 

3. Способность глины к гидратации.

Это способность присоединять (адсорбировать) частичками глины дипольные молекулы воды. Способность к гидратации зависит от вида глин и их характеристик.

Na⁺ - глины, образуются в морском бассейне;

Ca⁺⁺ - глины, образуются в пресноводном бассейне.

 

Катион	Na^+	Ca^++
Валентность
Размер иона, Å	0,98	1,06

 

1 Å = 1 × 10^-10 м

Способность взаимодействовать зависит от валентности и размера ионов.

Чем выше валентность или заряд иона и меньше поперечный размер этой частицы иона, тем труднее он отделяется от глинистой частицы и труднее идет гидратация. Поэтому Na⁺ глины более интенсивно гидратируют, отделяя свои частицы от общего объема и замещая их молекулами воды.

 

Са⁺² Са⁺²

Н₂О

 

Са⁺² Са⁺²

 

Ca²⁺-глины менее интенсивно взаимодействуют с молекулами воды, и такие глины в меньшей степени гидратируют

 

Na⁺ Na⁺

Н₂О

 

Na⁺ Na⁺

Na⁺-глины гидратируют более сильно, образуя мощный гидратный слой вокруг глинистых частиц.

 

Na^+

 

 

Для Na⁺-глин идет интенсивное отделение чешуек глины от общего объема, которые замещаются молекулами воды – идет эффективная гидратация.

4. Влияние минерализации – содержание хлоридов натрия (NaCl)

 

а) до ввода NaCl

Na⁺ Н⁺ Na⁺ + ОН^- = NaОН

 

ОН^- Н₂О «Н⁺ + ОН^-

 

Na⁺ Н⁺ Na⁺ + ОН^- = NaОН

 

ОН^- Н₂О «Н⁺ + ОН^-

 

 

Na⁺ Н⁺ Na⁺ + ОН^- = NaОН

 

гидратная оболочка

рН > 7 – щелочная среда

Характерно состояние, при котором глинистая частица меняет Обменные катионы Na⁺, которые замещаются H⁺. Образуется щелочная среда рН>7, при которой глина хорошо гидратируется.

б) после ввода NaCl:

Н⁺ + Cl^- = HCl

Н⁺ Na⁺ NaCl «Na⁺ + Cl^-

ОН^-

 

Н⁺ + Cl^- = HCl

Н⁺ Na⁺

ОН^-

 

ОН^-

Н⁺ + Cl^- = HCl

Н⁺ Na⁺

рН < 7 – кислая среда

После ввода в раствор NaCl катионы Н⁺ вытесняют с поверхности глинистых частиц Na⁺, за пределами адсорбционного и диффузного слоев концентрация Н⁺ возрастает, образуется кислая среда (рН<7), которая способствует уменьшению гидратации глинистых частиц. Качество раствора ухудшается.

В кислой среде взаимодействие частиц глины и воды уменьшается.

Для получения глинистого раствора высокого качества должно быть pH = 8 ¸ 9.

5. Схема кристаллической решетки глин

Глины имеют слоистое строение. Среди этих слоёв выделяют:

 

(ОН)

 

Обменные катионы

(О)

(О)

Al⁺³; Li⁺² Са⁺²; Mg⁺²; K⁺; Na⁺; NH₄⁺

 

 

(ОН)

(ОН)

(О)

 

Рис.47. Схема кристаллической решетки глин.

6. Обменная ёмкость глин

Это количество г-ион. (молей) обменных катионов, которое содержится в одном кг сухой глины.

Причинами катионного обмена глин являются следующие факторы:

1) Внутрикристаллическое замещение, связанное с катионным обменом (замещение атомов Al и Li обменными катионами);

2) Нарушение связей на краях глинистых частиц;

+

 

-

3) Наличие катионов водорода и анионов гидроксила (ОН^-) внутри кристаллической решетки или в межслоевом пространстве.

Монтмориллонит имеет обменную емкость 0,8 ÷ 1,6 г-ион на 1кг сухой глины;

Гидрослюды имеют обменную емкость 0,1÷ 0,4 г-ион на 1кг сухой глины;

Палыгорскит имеет обменную емкость 0,2 ÷ 0,3 г-ион на 1кг сухой глины;

Каолинит имеет обменную емкость 0,03 ÷ 0,15 г-ион на 1кг сухой глины.

 

7.

Катионы аммония NH^+способны модифицировать поверхность глин, преобразуя их в органические глины, хорошо взаимодействующие с углеводородными жидкостями.

Способность к модификации

NH₄⁺ NH₄

 

 

NH₄⁺ NH₄

 

 

NH₄

NH₄⁺

 

 

При насыщении поверхности глинистых частиц NH⁺-катионами образуется органофильная глина или олеоглина, или аммонийная глина, которая применяется для получения РУО - растворов на углеводородной основе.