3.2 Вплив мінерального складу глин і типу обмінних катіонів на гідратацію, диспергування і бубнявіння глинистих мінералів

Склад кат іонообмінного комплексу вказує на умови осадонакопичення глин. Якщо у обмінному комплексі іонів K ⁺ і Na ⁺ більше, то глина морського походження. Вона має високі колоїдно-хімічні властивості. Важливою особливістю глин є їх здатність до зв’язування великої кількості води внаслідок фізико-хімічної взаємодії із нею. Ця взаємодія відбувається через процеси гідратації, диспергування і бубнявіння. Не вникаючи у глибину фізико-хімічної взаємодії, вищенаведені процеси у першому наближенні можна описати наступним чином. Відомо, що в сухому стані глина володіє достатньою міцністю, яка перевищує міцність інших гірських порід. Під час тривалого контакту із водою неглинистих гірських порід їх міцність майже не змінюється, тоді як глина із твердого тіла трансформується в інший фізичний стан – напіврідинну пластичну масу з мізерною міцністю у порівнянні із початковою. Спочатку вода проникає під дією поверхневих сил між агрегатами і первинними глинистими частинками, формуючи гідратні шари (гідратація), які розсувають первинні елементи з подальшим їх руйнуванням на дрібніші елементи (диспергування). Ці дрібні елементи продовжують адсорбувати на свої поверхні мономолекулярні шари води і кристалічна гратка починає розширюватися, що є першопричиною збільшення первинного об’єму глини (бубнявіння). Для монтморилоніту кристалічна гратка розсувається у напрямку до товщини елементарної частинки з віддалі 9.95 Å до 20-20Å (1Å = 10 ^–10 м). Всі ці процеси в значній мірі залежать від мінерального складу глин і природи обмінних катіонів. В таблиці приведений хімічний склад глинистих мінералів.

Таблиця 3.1. – Хімічний склад основних глинистих мінералів

Назва груп глинистих мінералів	Вміст сполук
	SiO 2	Al 2O 3	Fe 2O3	CaO	MgO	K 2O	Na 2O
Група монтморилоніту	53,2	18,1	2,8	1,16	2,03	0,81	1,7
Група гідрослюд	52,3	25,8	4,04	0,5	2,09	6,05	032
Група каолініту	45,2	39,83	0,46	0,19	0,08	0,08	0,02
Група палигорскіту	50,65	11,97	7,45	0,14	7,75	0,561

Слід зазначити, що наведений хімічний склад глин є орієнтовним і для кожного покладу він змінюється, але загальна тенденція залишається без змін. Таким чином на підставі цієї таблиці і попередньої можна стверджувати, що найбільш схильні до взаємодії із водою монтморилонітові глини, у яких переважає у обмінному комплексі Na⁺.

Адсорбція обмінних катіонів у глин групи монтморилоніту спостерігається на основних базальних поверхнях із достатньою для цього площею.

Активність монтморилоніту у воді пояснюється тим, що контактуючи із водою, вони мають відразу некомпенсований заряд із-за внутрішнього структурного заміщення кремнію на алюміній, магній або іон нижчої валентності, а некомпенсовані заряди урівноважуються адсорбованими іонами. Поступове диспергування веде до зменшення розміру глинистих частинок і порушення кристалічної гратки, що збільшує некомпенсованість зарядів, а це в свою чергу веде до зростання обмінної ємності. Глини із високою обмінною ємкістю краще диспергуються і утворюють в’язкі суспензії при малих концентраціях, особливо, якщо у обмінному комплексі переважає катіон Na⁺. Каолініт поводить себе однаково чи натрієвого типу, чи кальцієвого.

Каолініт адсорбує іони із дисперсійного середовища тільки ребрами і вершинами, що і пояснює його низьку активність. Палигорскіт має активну поверхню всередині цеолітоподібних каналів, що свідчить про його солестійкість, оскільки іони солей дуже важко проникають у ці канали і не можуть таким чином вплинути на властивості палигорскітових суспензій.

Таким чином технологічні властивості глинистих розчинів визначаються наступними факторами:

- ступенем дисперсності;

- гідратаційною активністю глини;

- величиною зарядів глинистих частинок;

- обмінною ємкістю глин.