10. Гидратация и диспергирование глин.
Гидратация и диспергирование глин.
Отдельные элементарные чешуйки глины собраны в пакеты, напоминающие пачку листов писчей бумаги или колоду игральных карт. Множество таких беспорядочно расположенных пакетов образуют массу природной глины. Между чешуйками глины в пакете действуют силы притяжения, препятствующие самопроизвольному распаду пакета на отдельные элементарные кристаллики. Поэтому для диспергирования глины в воде при приготовлении глинистого пора необходимо затрачивать механическую энергию.
Гидратация глин.
В воздушно-сухом состоянии глины содержат небольшое количество воды, молекулы которой располагаются в пакетах между чешуйками. В водной среде происходит гидратация глины, то есть проникновение молекул воды в промежутки между чешуйками и образование новых слоев молекул, воды на гранях глинистых частиц. В результате этого процесса увеличиваются расстояния между чешуйками в пакетах, объем каждого пакета и объем всей массы глины. Происходит набухание глины.
Способность к гидратации и набуханию зависит от минералогического состава глины и вида адсорбированных катионов. В наиболее сильной степени гидратируют бентонитовые глины и в наименьшей - каолинитовые. Кальциевые бентониты гидратируют слабее натриевых.
При гидратации и набухании ослабевают силы взаимодействия между соседними чешуйками глины в пакетах.
Диспергирование глины.
Взаимодействие кристалликов глины зависит от строения кристаллической решетки и вида катионов, адсорбированных глиной. Чешуйки монтмориллонита обращены друг к другу слоями кремний-кислородных тетраэдров. Взаимодействие кислородных атомов соседних частиц относительно слабо и не создает серьезных препятствий для механического разделения пакета на отдельные чешуйки.
У каолинитовых глин слой кремний-кислородных тетраэдров одной чешуйки обращен к слою алюминий-кислородных октаэдров соседней чешуйки. Поскольку алюминий-кислородный слой содержит гидроксильные группы, между чешуйками возникают довольно прочные типа (0-Н), которые существенно затрудняют механическое разделение пакетов на элементарные кристаллики.
Трехслйоная кристаллическая, решетка гидрослюдистых глин сходна с кристаллической решеткой монтмориллонита. Однако в гидрослюдах присутствуют остаточные катионы калия, которые располагаются на внешних плоскостях кристалликов. Эти остаточные катионы служат своеобразными мостиками, связывающими соседние чешуйки. Благодаря наличию калиевых мостиков механическое разделение пакетов гидрослюдистых глин на элементарные чешуйки требует более высоких энергий по сравнению с монтмориллонитовыми глинами.
Разделению пакетов на элементарные чешуйки препятствуют рванные глиной катионы, располагающиеся на гранях кристалликов, то есть в промежутках между соседними чешуйками. Двухвалентные катионы прочнее связывают соседние чешуйки глины чем одновалентные катионы. Поэтому у натриевых глин разделение пакетов на отдельные элементарные частицы при механическом происходит легче, чем у кальциевых глин.
Способность глин к гидратации и дезинтеграции при механическом воздействии имеет большое практическое значение. Чем легче диспергируется глина, тем меньше ее нужно для получения
единицы объема в глинистого раствора определенной вязкости, или, иными словами, тем больший объем глинистого раствора можно получить из одного и того же весового количества глины. Наибольший объем глинистого раствора можно приготовить из 1т натриевого бентонита и наименьший - из каолинитовой глины.
При разбуривании глинистых пород, содержащих монтмориллонитовые глины, выбуренная порода легко гидратирует и диспергируется при движении обломков вверх по затрубному пространству. Глинистые частицы, которые оказались при этом измельченными до коллоидных размеров, становятся частью активной твердой фазы глинистого раствора. Повышение концентрации активной твердой фазы приводит к загустеванию глинистого раствора.