Размеры и форма глинистых частиц

Размеры частиц природных глин значительно меньше 0,01 мм. Более крупные зерна, которые могут присутствовать в них, – посторонняя примесь. Наибольшее влияние на свойства глинистых растворов оказывает коллоидная фракция с размером частиц менее 1 мкм. Чем меньше размеры частиц, тем больше их качественное влияние на свойства глинистых растворов. В бентонитовых глинах содержание коллоидных фракций значительно больше, чем в каолиновых и может достигать 40 %. Средний эффективный диаметр частиц бентонита 0,02-1 мкм, каолина 0,1-1 мкм.

Коллоидальные свойства глинистых растворов определяются не только размерами частиц, но и их формой. Чаще всего частицы глины имеют вид плоских или лентовидных чешуйчатых пластинок, реже – продолговатую (игольчатую) форму. Благодаря такой форме частицы имеют большую суммарную поверхность, на которой развивается свободная поверхностная энергия. Удельная поверхность глинистых минералов колеблется от 800-900 м²/г у монтмориллонита до 10-20 м²/г у каолинита.

Требования к качеству материалов для приготовления глинистых растворов

Глины используются в комовом или порошковом виде. Размеры комков не должны превышать 150-200 мм. Глинопорошки готовят на специальных заводах механическим или физико-хими­ческим способами. Механический способ заключается в измельчении исходной глины до заданной тонкости помола по схеме дробление – сушка – помол. Качество порошков определяется главным образом качеством исходного сырья. Как правило, глинопорошки готовят из высококачественных бентонитовых глин.

Физико-химические способы получения глинопорошков пока имеют подчиненное значение. Они более трудоемки, но позволяют получать порошки из менее качественных глин. Одна из схем получения глинопорошка: приготовление суспензии из исходного сырья – выведение из нее неактивной части – удаление жидкой фазы.

Глинопорошки для повышения их качества модифицируются путем введения при помоле веществ, улучшающих их свойства: кальцинированной соды, алюминатов, полиакрилатов и др. Тонкость помола глинопорошков должна быть такой, чтобы остаток на сите № 0071 был не более 10 %. Для сохранения качества глинопорошки расфасовываются на заводе в плотные бумажные мешки.

Возможны три варианта применения порошкообразных глин: как коллоидной добавки к промывочному раствору, содержащему неглинистую твердую фазу; как добавки к глинистому раствору, приготовленному из местных низкокачественных глин, для увеличения в нем коллоидной фракции; как единственной твердой фазы раствора, если в районе работ близко нет пригодных глин, а доставка их затруднена.

Глины характеризуются выходом раствора Q_р – количеством кубических метров раствора заданной условной вязкости, получаемого из 1 т массы. Чаще в качестве эталонной условной вязкости глинистого раствора принимают величину 25 с. Тогда

,

где _р  плотность раствора при условной вязкости 25 с, кг/м³.

Выход раствора колеблется от 2-3 м³/т из каолиновых комовых глин и до 19 м³/т из высококачественных модифицированных глинопорошков.

Качество (пригодность) глин для приготовления растворов оценивается несколькими методами. Простейшим является оценка путем приготовления и исследования раствора из пробы глины. Для этого готовят несколько образцов раствора одинаковой вязкости и измеряют остальные параметры. Дополнительно оценивается возможность регулирования свойств приготовленных растворов. При этом основное внимание уделяется возможности получения главных, определяющих для данных условий параметров раствора.

И.Н. Резниченко предложил оценивать глины по содержанию в них активного коллоидного комплекса

,

где В – величина адсорбции метиленовой сини исследуемой глины, см³/г; 59 – эталонная величина адсорбции метиленовой сини коллоидных частиц наиболее качественного саригюхского бентонита в дистиллированной воде, см³.

Величина К для бентонитовых глин должна быть более 0,6. Для глин прочих типов К < 0,3. Между содержанием глины С и значением К установлена зависимость:

где G_к – объемное содержание коллоидного глинистого компонента, %.

Считается, что получение качественного раствора возможно при соблюдении следующих соотношений между коллоидной составляющей К и общим содержанием твердой фазы С: К  0,4; 2,3  С  5,0;

,

где плотности соответственно глинистого раствора и воды, на которой он приготовлен.

Качество глин с учетом характера основных деформаций, происходящих в глинистом растворе, оценивается следующим образом. По соотношению быстрых эластических , медленных эластических и пластических (при t = 1000 с) деформаций все глины делятся на шесть типов:

 нулевой < < ;

 первый > > ;

 второй > > ;

 третий > > ;

 четвертый > > ;

 пятый > > .

Устойчивые растворы относятся к нулевому, третьему и четвертому структурно-механическим типам.

Требования к качеству воды обусловлены составом глинистого раствора и условиями его применения. Возможно использование морской воды и пластовых вод – рапы с общей минерализацией более 3 %. В то же время для приготовления пресных качественных глинистых растворов целесообразно использовать воду с общей жесткостью до (3-4)^10-3 моль/л. При большей жесткости воду необходимо предварительно смягчить.