3.1.4 Палыгорскит

За рубежом – аттапульгит (населенный пункт Аттапульгус, штат Джорджия, где в 1935 г. впервые были отобраны для исследований пробы этой глины).

Как отмечалось ранее, кристаллическую решетку палыгорскита тоже можно считать трехслойной. Однако кремнекислородные тетраэдры в наружных слоях расположены необычно: в слое чередуются тетраэдры, обращенные вершинами внутрь к среднему октаэдрическому слою, и наружу.

Благодаря такому расположению структурных элементов кристаллы палыгорскита имеют не пластинчатую, а игольчатую форму.

Когда палыгорскит помещают в воду, он не набухает, как бентонит, и его приходится диспергировать энергичным перемешиванием.

Обменная емкость палыгорскита невысока 20·10^-3…30·10^-3 моль / 100 г, что обусловлено достаточно прочной связью ионов с элементами структуры.

Главной особенностью палыгорскита («солт-джел» – солоноватая глина) является способность диспергироваться и образовывать структурированные суспензии в соленасыщенной воде. При этом получение устойчивых структурированных суспензий достигается благодаря неупорядоченности структуры, которая образуется путем механического зацепления друг с другом игольчатых частиц.

Удельная поверхность палыгорскита составляет 800…1000м²/г.

3.1.5 Глина

Глина - это связная несцементированная осадочная порода, состоящая из глинистых минералов. Масса природной глины держится в куске (комке) за счет сил сцепления (притяжения), действующих между элементарными пакетами глины.

Между элементарными пакетами монтмориллонита связь слабая, поскольку базальные поверхности покрыты атомами кислорода и между ними действуют лишь ванн-дер-ваальсовы силы; пакеты гидрослюды фиксируются между собой катионами К⁺, входящими в межпакетное пространство, а пакеты каолинита связаны между собой довольно прочной водородной связью типа О – Н.

3.1.6 Глинопорошки

С целью ускорения приготовления глинистых растворов преимущественно используют глины в виде порошков.

Глинопорошок представляет собой высушенную и измельченную глину с добавками или без добавок химических реагентов.

Глинопорошки готовят из бентонитовых (ПБ), палыгорскитовых (ПП) и каолинит - гидрослюдистых (ПКГ) глин.

Для повышения качества глинопорошков и, тем самым, для повышения выхода глинистого раствора, на ряде заводов во время помола глины в нее добавляют различные химические реагенты (Na₂CО₃, М-14ВВ, метас и др.).

Такие глинопорошки называют модифицированными (ПБМ, ППМ). Выход глинистого раствора из них в 1,5-2 раза выше, чем из природной глины.

Например, добавка Na₂CО₃ способствует переводу Са-бентонита в натриевую форму, которая лучше набухает, сильнее гидратируется и легче диспергируется.

По техническим условиям ОСТ 39-202-86 глинопорошки в зависимости от минералогического состава глинистого сырья, выхода из них глинистого раствора с определенной вязкостью и наличия модифицирующих добавок подразделяются на следующие типы и марки (табл. 3.1).

В марках глинопорошков первые две группы обозначают следующее: ПБ - порошок бентонитовый, ПП - порошок палыгорскитовый, ПКГ - поро­шок каолинит-гидрослюдистый. Буква М в обозначении марок глинопорош­ков указывает на то, что они являются модифицированными, т.е. содержат химические реагенты, введенные в них при помоле. Последние буквы (А, Б, В, Г, Д и Н) в обозначении марок делят глинопорошки на группы по величине выхода из них глинистого раствора.

Бентонитовый глинопорошок содержит 70 % и более минерала монтмориллонита и, как правило, получает название по наименованию месторождения глин, из которых он изготавливается. Его кристаллическая решетка - трехслойная, которая обладает подвижностью, то есть способностью растягиваться и сжиматься за счет связываемых прослоев воды. Частицы бентонитовой глины имеют чешуйчатое строение, однако в пределах элементарных образований имеют кристаллическую структуру. Средние линейные размеры чешуек находятся в пределах 0,01-0,1 мкм и в 10-100 раз превышают их толщину. Удельная поверхность бентонита высока и составляет 450-900 м³/г. Способность к набуханию обратима, хотя во времени процесс набухания может растягиваться на 2-4 недели. При этом увеличение объема может быть 20-кратным.

Таблица 3.1 - Виды и марки глинопорошков по ОСТ 39-202-86

Минералогический тип глинопорошка	Марка глинопорошка	Выход глинистого раствора Q, м3/т	Влажность глинопо-рошка, %	Основной породообразующий минерал
Бентонитовый	ПББ	16	6- 10	монтмориллонит
	ПБВ	12
	ПБГ	8
	ПБД	5
	ПБН	<5
	ПБМА	20
	ПБМБ	16
	ПБМВ	12
	ПБМГ	8
Палыгорскитовый	ППГ	8	16-25	палыгорскит
	ППД	5
	ППН	<5
	ППМВ	12
	ППМГ	8
Каолинит- гидрослюдистый	ПКГД	4	3-8	минералы группы каолинита, гидрослюды (иллита) или обеих групп
	ПКГН	<4

Бентонитовые глинопорошки, содержащие в объемном комплексе преимущественно катионы Nа⁺, обладают высокой обменной емкостью (до 1,5 моль/кг) и формируют суспензии с требуемыми структурно-реологическими свойствами при низкой концентрации твердой фазы.

Повышение качества глинопорошков, прежде всего получаемых из глин с кальциевым обменным комплексом, осуществляется путем обработки глин различными реагентами. Модифицированный глинопорошок (МГ) представляет собой бентонит, обрабатываемый кальцинированной содой (до 3-5%) и метасом или М-14ВВ (0,2-0,5%) на стадии помола. Возможно улучшение свойств раствора за счет обработки реагентами на стадии приготовления в условиях буровой. В результате модифицирования глинопорошка выход раствора может составить 17-23 м³/т.

Модифицированные бентонитовые глинопорошки предназначены для приготовления пресных буровых растворов. Наибольший эффект от их применения проявляется в растворах с низким содержанием твердой фазы. В зависимости от сортности расход глинопорошков в неутяжеленных растворах колеблется от 3,54 до 10%, в утяжеленных - от 2 до 8%. Показатель концентрации водородных ионов должен быть в пределах 8-10.

Не модифицированные бентонитовые глинопорошки применяются для приготовления всех типов буровых растворов на водной основе. Расходные показатели материала зависят от конкретной рецептуры системы и могут колебаться от 5,6 до 20% (мас. к объему).

Палыгорскитовые глинопорошки применяются как структурообразователи в соленасыщенных системах вследствие одинаковой способности минерала к набуханию как в пресной, так и в минерализованной (по NаCl) до насыщения средах. Расходные показатели в соленасыщенных системах на 20-30% ниже, чем бентонитов.

Каолинит-гидрослюдистые глинопорошки применяются при необходимости получения растворов с большой плотностью без добавок утяжелителя. Могут применяться как структурообразователи в соленасыщенных растворах ввиду повышенной электролитной устойчивости суспензии.

Модифицированные солями аммония или катионоактивными ПАВ монтмориллонитовые бентониты и полыгорскиты применяются в качестве структурообразователя инвертных эмульсий и известково-битумных растворов. Расходные показатели материалов - от 0,5 до 6%.