Физико-химические методы регулирования

Физико-химические методы регулирования свойств промы­вочных жидкостей применяются чаще в комбинации с химиче­ской обработкой. Так, разбавление дисперсной системы может потребовать ее стабилизации добавкой соответствующих ре­агентов. Для повышения эффективности и снижения энергоем­кости процесса диспергации в дисперсную систему могут вво­диться поверхностно-активные вещества. Введение утяжелите­лей возможно при наличии определенных исходных свойств рас­твора. Нередко эти свойства получаются химической обработ­кой. Последняя может потребоваться и после утяжеления.

Аэрация промывочных жидкостей проводится преимущест­венно с добавками поверхностно-активных веществ, что способ­ствует лучшей диспергации воздуха, стабилизирует дисперсную систему. Комбинированные методы регулирования свойств про­мывочных жидкостей более эффективны, расширяют пределы изменения регулируемого параметра, сохраняя прочие свойства промывочной жидкости и повышая при этом стабильность дис­персной системы в целом. Это не значит, что следует всегда стремиться к комбинированной обработке промывочных жидко­стей. Если есть возможность обойтись одним видом регулиро­вания свойств, ее нужно использовать.

Глава V

МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ПРОМЫВОЧНЫХ ЖИДКОСТЕЙ

ГЛИНЫ

Природа глин, их структура и химический состав

Глины — главная, наиболее активная часть глинистых рас­творов, поэтому свойства последних во многом определяются свойствами исходных глин.

Глины — широко распространенные осадочные горные поро­ды, представляющие собой смесь различных минералов, глав­ным образом глинистых. Наиболее важными свойствами глин являются набухаемость, пластичность, гидрофильность, ионный обмен и способность диспергироваться в воде на мельчайшие частички.

Глины образуются в процессах химического выветривания за счет разложения магматических и других пород. Глинистые минералы отличаются тонкодисперсностью. Существует ряд глинистых минералов, которые классифицируются либо по хи­мическому составу, либо по особенности кристаллического строения. К основным породообразующим минералам глинистых пород, используемых для растворов, относятся минералы групп монтмориллонита, гидрослюд, палыгорскита и каолинита.

Очень редко глина имеет мономинеральный состав. Как пра­вило, она содержит несколько глинистых минералов. В таком случае глина получает название по наименованию преобладаю­щего минерала. Исключение составляют бентонитовые глины, основной минерал которых — монтмориллонит.

В химическом отношении глины представляют собой гидратированные алюмосиликаты. Химический состав основных глини­стых минералов выглядит следующим образом:

монтмориллонит (OH)₄•Al₄Si₈0₂₀•nH₂0;

иллит (гидрослюда) (OH)₄K_y(Al₄•Fe₄•Mg₆) (Si_8yAl_y)O₂₀ • nН₂О;

палыгорскит (OH)₂•Si₈•Mg₅•O₁₈•4H₂O;

каолин (OH)₈Si₄Al₄O₁₀•nH₂0.

В глинах, кроме того, содержатся в различных количествах окислы железа (например, Fe₂O₃), щелочных металлов (Na₂O; К2О), щелочноземельных металлов (CaO; MgO). Окислы ме­таллов связаны с глинистыми минералами различно. Часть их может входить в состав глинистых минералов, замещая окислы алюминия, часть же их связана с глинистым веществом слабее и представляет собой обменные основания.

Один из определяющих признаков глинистых минералов — отношение SiO₂:R₂O₃ (где R —A1 или Fe). Это отношение ко­леблется от двух для минералов каолиновой группы до четы­рех и более для минералов монтмориллонитовой группы.

Кристаллические решетки глинистых минералов состоят в основном из двух структурных единиц — глинозема и гидрата кремнезема. Глинозем представляет собой два плотно упако­ванных слоя атомов кислорода или гидроокислов, между кото­рыми в октаэдрической сетке расположены атомы алюминия, находящиеся на одинаковом расстоянии от соседних шести ато­мов кислорода или гидроксилов (рис. 33). Как уже отмечалось, атомы алюминия могут замещаться атомами железа или маг­ния, что приводит к изменению свойств минерала.

Гидрат кремнезема построен из кремнекислородных тетраэд­ров, расположенных в форме бесконечно повторяющейся гекса­гональной сетки (рис. 34). В тетраэдре атом кремния удален от четырех атомов кислорода или гидроксилов на одинаковое рас­стояние.

Например, решетка кристаллов монтмориллонита и гидро­слюд—трехслойна, а решетка каолинита состоит из двух сло­ев. Трехслойные решетки монтмориллонита связываются в пач­ки прослоем воды, количество которой может увеличиваться и уменьшаться, в связи с чем толщина трехслойной пачки с про­слоем воды не остается постоянной. Таким образом, решетка монтмориллонита обладает подвижностью и способностью рас­тягиваться и сжиматься. У гидрослюд часть атомов кремния замещена атомами алюминия, а освобождающаяся валентность используется на присоединение атомов калия, что укрепляет связь с соседними пачками и делает кристаллы более прочными.

Отсутствие одного из двух слоев Si—О у каолина лишает слоистую пачку симметричности и делает ее связь с соседней пачкой сравнительно прочной. В связи с этим диспергация као­линовых глин происходит хуже, чем монтмориллонитовых.

Кристаллы палыгорскита состоят из двойных цепочек (лент) кремнекислородных тетраэдров. Обе ленты соединяются между собой катионами: магнием, алюминием или железом. Палыгор­скит имеет жесткую структурную решетку и поэтому может ад­сорбировать воду, не увеличиваясь в объеме.

Дата добавления: 2015-07-15