Параметры, характеризующие качество и свойство глин.

1. Объемная концентрация глины – К_Г

На основе уравнения баланса масс:

m_к = m_исх + Σm_доб

m_р = m_в + m_г

V_р  _р = V_р  (1 – К_г)  _в + V_р  К_г  _г

m_{раствора} m_в m_г

_р = отсюда

2. Выход раствора – В_р (м³ из 1 т. глины)

;

= 1т

, м³

Выход раствора определяется следующим образом:

1. берутся 3 сосуда с водой по 400 см³ нагретой до 70⁰C;

2. берутся 3 навески глины: 25-30 г, 35-40 г, 50-60г;

3. готовится раствор, используя миксер «Воронеж», перемешивая 5  15 минут;

4. измеряем φ₆₀₀ на приборе ВСН-3 и заносим результаты в таблицу:

   Q, г	φ600, град
   25	…
   35	…
   50	…

5. Строим график

φ₆₀₀

град

Q_, г

6. рассчитываем эффективную вязкость μ_Э:

7. строим график:

 _э

МПас

_э=20

Q_, г

Q_ст

Q_ст – это та масса навески, при которой мы получаем _э = 20 МПас

8. берем навеску Q_ст

Q_ст (стандартная масса навески порошка бентонита) для получения 400 см³ раствора, нагреваем до 70⁰С;

9. измеряем условную вязкость, которая должна быть равна 25 с;

10. измеряем плотность раствора (ρ_ст при Q_ст);

11. определяем выход раствора В_р

12. определяем марку глинопорошка.

3. Способность глины к гидратации.

Это способность присоединять (адсорбировать) частичками глины дипольные молекулы воды. Способность к гидратации зависит от вида глин и их характеристик.

Na⁺ - глины, образуются в морском бассейне;

Ca⁺⁺ - глины, образуются в пресноводном бассейне.

Катион	Na+	Ca++
Валентность	1	2
Размер иона, Å	0,98	1,06

1 Å = 1  10^-10 м

Способность взаимодействовать зависит от валентности и размера ионов.

Чем выше валентность или заряд иона и меньше поперечный размер этой частицы иона, тем труднее он отделяется от глинистой частицы и труднее идет гидратация. Поэтому Na⁺ глины более интенсивно гидратируют, отделяя свои частицы от общего объема и замещая их молекулами воды.

С а⁺² Са⁺²

Н₂О

Са⁺² Са⁺²

Ca²⁺-глины менее интенсивно взаимодействуют с молекулами воды, и такие глины в меньшей степени гидратируют

Na⁺ Na⁺

Н₂О

Na⁺ Na⁺

Na⁺-глины гидратируют более сильно, образуя мощный гидратный слой вокруг глинистых частиц.

Na⁺

Для Na⁺-глин идет интенсивное отделение чешуек глины от общего объема, которые замещаются молекулами воды – идет эффективная гидратация.

4. Влияние минерализации – содержание хлоридов натрия (NaCl)

а) до ввода NaCl

Na⁺ Н⁺ Na⁺ + ОН^- = NaОН

ОН^- Н₂О  Н⁺ + ОН^-

Na⁺ Н⁺ Na⁺ + ОН^- = NaОН

ОН^- Н₂О  Н⁺ + ОН^-

Na⁺ Н⁺ Na⁺ + ОН^- = NaОН

гидратная оболочка

рН  7 – щелочная среда

Характерно состояние, при котором глинистая частица меняет Обменные катионы Na⁺, которые замещаются H⁺. Образуется щелочная среда рН>7, при которой глина хорошо гидратируется.

б) после ввода NaCl:

Н⁺ + Cl^- = HCl

Н⁺ Na⁺ NaCl  Na⁺ + Cl^-

ОН^-

Н⁺ + Cl^- = HCl

Н⁺ Na⁺

ОН^-

ОН^-

Н⁺ + Cl^- = HCl

Н⁺ Na⁺

рН  7 – кислая среда

После ввода в раствор NaCl катионы Н⁺ вытесняют с поверхности глинистых частиц Na⁺, за пределами адсорбционного и диффузного слоев концентрация Н⁺ возрастает, образуется кислая среда (рН7), которая способствует уменьшению гидратации глинистых частиц. Качество раствора ухудшается.

В кислой среде взаимодействие частиц глины и воды уменьшается.

Для получения глинистого раствора высокого качества должно быть pH = 8  9.

5. Схема кристаллической решетки глин

Глины имеют слоистое строение. Среди этих слоёв выделяют:

(ОН)

Обменные катионы

(О)

(О)

Al⁺³; Li⁺² Са⁺²; Mg⁺²; K⁺; Na⁺; NH₄⁺

(ОН)

(ОН)

(О)

Рис.47. Схема кристаллической решетки глин.

6. Обменная ёмкость глин

Это количество г-ион. (молей) обменных катионов, которое содержится в одном кг сухой глины.

Причинами катионного обмена глин являются следующие факторы:

1. Внутрикристаллическое замещение, связанное с катионным обменом (замещение атомов Al и Li обменными катионами);

2. Нарушение связей на краях глинистых частиц;

+

-

3) Наличие катионов водорода и анионов гидроксила (ОН^-) внутри кристаллической решетки или в межслоевом пространстве.

Монтмориллонит имеет обменную емкость 0,8 ÷ 1,6 г-ион на 1кг сухой глины;

Гидрослюды имеют обменную емкость 0,1÷ 0,4 г-ион на 1кг сухой глины;

Палыгорскит имеет обменную емкость 0,2 ÷ 0,3 г-ион на 1кг сухой глины;

Каолинит имеет обменную емкость 0,03 ÷ 0,15 г-ион на 1кг сухой глины.

7. С

   Катионы аммония NH⁺ способны модифицировать поверхность глин, преобразуя их в органические глины, хорошо взаимодействующие с углеводородными жидкостями.

   пособность к модификации

NH₄⁺ NH₄

NH₄⁺ NH₄

NH₄

NH₄⁺

При насыщении поверхности глинистых частиц NH⁺-катионами образуется органофильная глина или олеоглина, или аммонийная глина, которая применяется для получения РУО - растворов на углеводородной основе.