2.3.3 Глини групи каолініту

Найпоширеніші глини цієї групи безпосередньо каолініт та галлуазит.

Назва каолініту походить від китайського слова “ каулинг ”, що означає “ високий горб “, на якому багато віків тому добували цей мінерал білого кольору. Галуазит названий на честь вченого Галлуа, який вперше описав цей мінерал. До глин цієї групи ще належать: диккит, аноксит, ендоліт, накрит.

Глини цієї групи мають структуру 1:1, тобто кристалічна гратка складається із одного тетраедричного та одного октаедричного шарів сполучення таким чином, що вершини тетраедрів прилягають до вершин октаедрів. В прошарку, який є загальним і для тетраедрів і для октаедрів 2/3 іонів зв’язані із кремнієм тетраедрів і алюмінієм октаедрів. Гідроксиди у цих позиціях заміщені киснем. Атоми кисню та гідроксиди цих шарів знаходяться один проти одного. Вони зв’язані між собою міцним водневим зв’язком. Це запобігає диспергуванню глини та збільшенню гратки. Ізоморфні заміщення для глин цієї групи є нехарактерними в обох прошарках, а тому елементарний шар кристалічної гратки є електронейтральним. Достатньо міцний зв’язок між сусідніми шарами обумовлений водневими зв’язками, які утворюються між поверхневими гідроксидами октаедричного і киснем тетраедричного шарів. Внутрішні поверхні елементарних прошарків через це не взаємодіють із водою. Активність бокових граней кристалів глин каолінітової групи при відсутності заміщень також є низькою. Тому основною активною поверхнею у каолініту є крайові ділянки кристалів у місцях розриву зв’язків Si – O – Si та OH – Al – OH . Таким чином, каолініти можна уявляти, як добре впорядковану систему із кристалів, з’єднаних між собою міцним водневим зв’язком. Адсорбція катіонів на гранях майже відсутня.

2.3.4 Глини групи палигорскіту

До глин цієї групи належать сепіоліт, аттакульгит і палигорскіт. Палигорскіт знайдений в 1862 році і його частинки (сепіоліта і аттакульгита) за структурою і формою корінним чином відрізняються від тих мінералів, які розглядалися раніше. Елементарні частинки палигорскіту складаються із пучків вузьких пластинок, які під час енергійного механічного перемішування із водою поділяються на окремі вузькі пластинки. Структурна формула палигоскіту не встановлена. Мінерали цієї групи мають куле-стрічкову структуру, а елементи кристалічної гратки наповнені зв’язаною водою. В структурі глинистих мінералів цієї групи дуже мало заміщень, а тому поверхневий шар має дуже слабкий заряд. Кремнійкисневі тетраедри з’єднані в стрічку через вершини або грані з утворенням плоских стрічок і ланцюжків. Стрічки з’єднуються одна з одною основами тетраедрів так, що вершини їх у кожній спареній наступній стрічці спрямовані у протилежні сторони. Власне через це кристали глин палигорскітової групи мають витягнуту форму. В площині, перпендикулярній до подовженої осі, стрічки через одну з’єднані атомами магнію в октаедричній координації. Октаедричний прошарок доповнений групами ОН, які розташовані у центральній частині октаедрів, а також біля вільних країв. Внаслідок приєднання до цих гідроксидів водню утворюється вода, що міцно зв’язана із боковими стінками каналів, які чергуються із октаедричними шарами. В палигорскітах частина кремнію тетраедрів і магнію октаедрів заміщена алюмінієм. Ці заміщення компенсуються гідратованими катіонами К ⁺, Ca ²⁺, Mg ²⁺. В межах ланцюжкових і стрічкових елементів зв’язок у палигорскіту і сепіоліту ковалентний, а між ланцюжками і стрічками іонний, який реалізується катіонами. Це положення і визначає міцність кристалів у процесі фізико-хімічної взаємодії глин із дисперсійним середовищем бурових промивальних рідин, тобто ці глини дуже погано диспергуються. Канали, у яких міститься вода, є найбільш активними елементами структури, крім цієї внутрішньої поверхні, активними у палигорскітів є поверхні, обумовлені розривом кисневих містків на ребрах і вершинах кристалів. Заряд розірваних зв’язків компенсується протоном, зміщуючи кисень у гідроксид. Ось чому ребра кристалів не мають чітко вираженого заряду.

Таким чином властивості суспензій із глин групи палигорскіту мало залежать від електростатичної взаємодії між частинками. Це дає змогу застосовувати палигорскітові глини для приготування мінералізованих суспензій. В даному випадку палигорскітова глина чудовий змулений компонент у мінералізованій воді. Крім цього на такі суспензії мало впливає температура, що дає змогу рекомендувати палигорскітові глини при бурінні глибоких свердловин.