Гидратация глин

Способность глин к гидратации (присоединению воды), набуханию и диспергированию (дезинтеграции) определяется их минералогическим составом.

Чем легче диспергируется и сильнее гидратируется глина, тем больший объем глинистого раствора с определенной вязкостью можно получить из одной и той же массы глины.

Глины, которые легко поглощают воду, называются гидрофильными глинами, которые не поглощают воду – гидрофобными. Как рассматривалось выше, глины, применяющиеся с пресноводными системами буровых растворов, состоят из гидрирующихся слоев кремния и оксида алюминия, расположение которых несколько отличается у различных глинистых минералов. Частица глины может состоять из одного слоя или бесчисленного числа слоев, расположенных друг над другом подобно колоде карт, удерживающихся вместе остаточными силами. Находясь во взвешенном состоянии в воде, глины обнаруживают различную способность к разбуханию, что определяется их происхождением, а также химической и коллоидной природой других химических элементов.

Находясь в пресной воде, слои глины адсорбируют воду и разбухают до такой степени, когда силы, удерживающие их вместе, ослабевают так, что отдельные слои глины могут отделяться друг от друга. Расслоение частиц глины называется дисперсией. Такое увеличение числа частиц глины с увеличением суммарной площади их поверхности приводит к загустеванию суспензии.

На рисунке 3.9 представлена структура бентонита, состоящая из трех слоев: слой оксида алюминия, находящийся между двумя слоями кварца. Глинистая пластинка имеет отрицательный заряд и окружена облаком катионов. Если эти катионы являются преимущественно натриевыми, то глина называется монтмориллонитом натрия, если катионы кальциевые, то – монтмориллонит кальция.

Рисунок 3.9 – Вода гидратации в монтмориллоните кальция и натрия

Толщина адсорбционной пленки воды определяется типом и количеством катионов. Плоскостная вода составляет основную часть общего количества воды, удерживаемой глинистым коллоидом. Двухвалентные катионы кальция и магния увеличивают силу притяжения между пластинками, тем самым уменьшая количество воды, которое может адсорбироваться. Моновалентные катионы натрия, обуславливают меньшую силу притяжения и позволяют большему количеству воды адсорбироваться между пластинами.

При гидратации и диспергировании глины в воде частицы, на которые она распадается, приобретают определенное строение, называемое мицеллой.

Мицелла – это наименьшее количество глинистого вещества, способного самостоятельному существованию (рисунок 3.10).

Рисунок 3.10 – Схема образования двойного электрического слоя вокруг глинистой частицы

Часть мицеллы, включающая в себя ядро с двумя слоями неподвижных ионов, называется гранулой. Вокруг гранулы располагается третий слой также положительно заряженных ионов, но имеющих очень слабую связь с ядром.

Слой подвижных ионов называется диффузным.

Слой отрицательно заряженных ионов и слои положительно заряженных ионов образуют двойной электрический слой (ДЭС).

Между диффузным и неподвижным слоями катионов существует динамическое равновесие: одни катионы переходят из неподвижного слоя в диффузный, другие – возвращаются из диффузного в неподвижный.

Дата добавления: 2015-07-10