7. Глина – активная твердая фаза глинистых растворов.

8. Минералогический и химический состав глин.

Глина - активная твёрдая фаза глинистых растворов

Глины - это, в большинстве случаев полиминеральные обло­мочные осадочные горные породы, обладающие рядом характерных свойств и признаков, отличающих их от других осадочных пород. Глины могут размокать в воде и приобретать пластичность во влажном состоянии, При высыхании, и особенно при обжиге, гли­на сохраняет приданную во влажном состоянии форму и приобре­тает довольно высокую прочность, В природных условиях глины отличаются очень высокой пористостью и практической непроница­емостью.

Минералогический состав глин

Главнейший составными частями глин, придающими им особые свойства, являются глинистые минералы и тонкодисперсный об­ломочный материал размером частиц менее 10мкм. второсте­пенными компонентами являются примеси окиси кремния, карбо­натов кальция и магния, окислов железа и органические остатки.

Глинистые минералы.

Глинистые минералы - это тонкокристаллические слоистые силикаты, состоящие из частиц размером менее I мкм. На осно­вании различий в составе, строении кристаллической решётки и свойствах глинистые минералы слоистого типа объединяют в че­тыре основные группы, получившие название по ведущему ми­нералу:

• группа монтмориллонита,

• группа гидрослюды,

• группа каолинита,

• группа хлората.

К глинистым минералам относятся также минералы палыгорскит и сепиолит. По своему строению эти минералы занимают про­межуточное положение между слоистыми и цепочечными силикатами.

Классификация глин по минералогическому составу.

В природе встречается много разновидностей глин, отличающихся составом и свойствами. Поскольку свойства глин зависят, главным образом, от свойств преобладающих в них глинистых минералов, принято называть глины по названию такого минерала. Различают глины: монтмориллонитные, гидрослюдистые, каолинитовые, палыгорскитовые и т.п.

Чаще в природе встречаются глины, в состав которых входят два или несколько глинистых минералов, принадлежащих к различным группам. Такие глины называют полиминеральными.

Среди специалистов по бурению скважин монтмориллонитовые глины принято называть бентонитовыми или просто бентонитом.

Химический состав глин.

Глинистые минералы по химическому составу представляют собой водные алюмосиликаты. Суммарное содержание SiO₂,AL₂O₃ и H₂O в глинах доставляет 75-90%. Остальное приходится на долю других элементов периодической системы, среди которых в глинах явно преобладают натрий, калий, кальций, магний и железо.

9. Особенности строения и свойства важнейших глинистых минералов.

Особенности строения и свойства важнейших глинистых минералов.

Из известных глинистых минералов наибольший интерес для специалиста по буровым растворам представляет монтмориллонит и палыгорскит и, в меньшей степени, гидрослюды.

Строение кристаллической решетки монтмориллонита

Кристаллическая решетка монтмориллонита состоит из двух наружных слоев кремний-кислородных тетраэдров и среднего слоя алюминий-кислородных октаэдров.

Структурная формула монтмориллонита, отражающая его строение, представлена на рис.2.

Важнейшей особенностью кристаллической решетки монтморил­лонита является замещение некоторой части атомов алюминия в среднем слое атомами магния. В результате такого замещения кристаллическая решетка теряет часть положительного заряда и становится заряженной отрицательно. Когда миллионы лет назад такие отрицательно заряженные частицы попадали в воду рек, озер, морей и океанов, на поверхности частиц немедленно осаждались катионы, присутствовавшие в пресной или морокой воде. Катионы полностью нейтрализовали отрицательный заряд частиц монтмориллонита и сделали глину электрически нейтральной.

Если накопление глины происходило в морских бассейнах, в воде которых много хлористого натрия, то на глинистых час­тицах осаждались преимущественно катионы натрия и других щелочных металлов. Такие монтмориллониты называются натриевыми.

При накоплении глины в пресноводных бассейнах на частицах осаждались преимущественно катионы щелочноземельных металлов: кальция, магния и др. Таив монтмориллониты называются кальци­евыми.

Соответственно глины с преобладанием в составе натриево­го монтмориллонита называются натриевыми бентонитами, в глины о преобладанием кальциевого монтмориллоните - кальциевыми бен­тонитами,

Частица монтмориллонита состоит из повторяющихся много­кратно элементов, и поэтому ее можно рассматривать как природ­ный алюмосиликатный полимер. Химическую формулу монтмориллони­та в несколько идеализированной форме можно записать таким образом

Кристаллы монтмориллонита ограничены с двух сторон граня­ми. Высота элементарного кристалла (расстояние между гранями) очень мала и измеряется ангстремами (1 ангстрем =10^-10м = 100 пикнометров или 1/10000 микрона). В двух других направлениях кристаллики монтмориллонита не име­ют правильных граней, поскольку в этих направлениях кристалли­ческая решетка механически обломана. Длина и ширина кристаллов монтмориллонита не насколько порядков больше их высоты, но и эти размеры, как правило, не превышают 1 микрона (10^-6м). Та­ким образом, кристаллики монтмориллонита имеют анизодиаметрическую форму тонких плоских чешуек.

На обломанных краях кристалликов монтмориллонита оказываются ненасыщенные положительные и отрицательные валентные связи, под влиянием которых чешуйки глины могут притягивать и адсорбировать из растворов как положительные, так и отрицательные ионы.

Особенности строения кристаллической решетки других важнейших глинистых минералов.

Кристаллические решетки других глинистых минералов состоят, в основном, ив тех же структурных элементов: кремний-кислородных тетраэдров и алюминий-кислородных октаэдров. Кристаллическая решетка гидрослюд, подобно решетке монтмориллонита, состоит из двух наружных кремний-кислородных слоев и среднего алюминий-кислородного слоя. Существенной особенностью кристаллической решетки гидрослюд является наличие остаточных ионов калия на плоских гранях кристалликов и меньший по сравнению с монтмориллонитом отрицательный заряд решетки, обусловленный изоморфными замещениями атомов в наружных кремний-кислородных слоях.

Кристаллическая решетка каолинита состоит из двух слоев: кремний-кислородных тетраэдров и слоя алюминий-кислород октаэдров. Ее электрический заряд обусловлен, главным образом ,ненасыщенными валентными связями на краях частиц. Кристаллическую решетку палыгорскита можно тоже считать трехслойной. Однако кремний-киолородные тетраэдры в наружных слоях расположены необычно.

В слое чередуются тетраэдры, обращенные вершинами внутрь, у среднему слою, и наружу. Благодаря такому расположению структурных элементов, внутри кристаллической решетки остаются каналы, в которых могут находиться адсорбированные катионы и молекулы гидратационной воды. Отрицательный заряд частиц палыгорскита обусловлен изоморфными замещениями внутри кристаллической решётки

Форма кристалликов палыгорскита не чешуйчатая, как у большинства других глинистых минералов, а игольчатая.