Гидрофильность и набухание глин

Все глины в той или иной мере гидрофильны. Характер гидрофильности зависит от их типа и состава и во многом опреде­ляет качество глинистого раствора.

При замачивании глины водой молекулы воды окружают по­верхность кристаллов глинистых минералов, проникают между кристаллами в пачках и раздвигают их. При этом глина набу­хает. Набухание — предпосылка пептизации глинистых минера­лов при приготовлении растворов. Оно протекает в два этапа: первый — всасывание воды, второй — развитие набухания. На­бухание оценивается в см³/г, измеряется на порошках глин с размером частиц 0,25 мм и менее.

Всасывание — капиллярный процесс. Для глин среднего ка­чества всасывание длится 20—30 с, для весьма гидрофильных глин — больше. Процесс набухания зависит от типа глины: у минералов с неподвижной кристаллической решеткой набуха­ние идет в основном за счет проникновения воды в межкристаллическое пространство, у монтмориллонита преимущест­венное значение имеет проник­новение воды в межпакетные промежутки. Поэтому набуха­ние у малогидрофильных глин, например у каолина, фактиче­ски заканчивается через 30— 40 с. У бентонитовых глин на­бухание растягивается на 2— 4 недели, причем увеличение объема может быть 20-крат­ным.

Рис. 35. Изотермы набухания глин в дистиллированной и соленой воде: 1, 2, 3 — набухание в дистиллированной во­де; 1 — кудиновская глина; 2 — аскангель; 3 — палыгорскит; 1', 2', 3' — то же при на­бухании в 10%-ном растворе соли

При избытке воды набуха­ние сопровождается разруше­нием глины. Диполи воды своими отрицательно заряжен­ными концами притягиваются к положительным ионам ме­таллов или водорода. Чем меньше заряд и больше раз­мер ионов, тем быстрее или легче они отрываются диполями воды от поверхности элемен­тарных кристаллов. Связь между листочками в пачках нару­шается, и глина «распускается» в воде.

На набухании глин отрицательно сказываются снижение рН и солевая агрессия. Так, максимум набухания у бентонитовой глины аскангель в пресной воде 17,7 раза, а в соленой в 10 раз меньше. Лишь палыгорскит одинаково хорошо набухает в прес­ной и соленой воде. Поэтому промывочные жидкости из палыгорскитовых глин солеустойчивы. Изотермы набухания некото­рых глин в дистиллированной и соленой воде приведены на рис. 35.

Следует иметь в виду, что время протекания процессов вса­сывания и набухания при приготовлении глинистых растворов различно (влияет перемешивание, размеры комков глины и ее исходная влажность, состав воды и др.), но характер их проте­кания сохраняется. Это при прочих равных условиях определя­ет время приготовления раствора из каждого типа глины. Чем выше качество глины, тем дольше идет приготовление глини­стого раствора.

Процессы, происходящие при набухании глин, во многом объясняют поведение стенок скважины, сложенных глинистыми породами, при контакте с промывочной жидкостью.

Дата добавления: 2015-07-15