Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

ГЛИНА

Глина является основным компонентом приго­товления промывочных жидкостей. Отличительная способ­ность глины состоит в том, что адсорбируя воду, она превра­щается в вязкий, пластичный материал, который легко рас­пускается в воде и образует стабильные суспензии.

В состав глин входят осадочные полудисперсные породы, а также водорастворимые соли и органические вещества. По хи­мическому составу глины относятся к водным алюмосиликатам. Наиболее распространенные глинообразующие материалы — монтмориллонит, гидрослюда, каолинит и палыгорскит.

Кроме перечисленных минералов в глинах содержатся ок­сиды железа (FeO, Fe203), щелочных металлов (Na20, К20), щелочно-земельных металлов (CaO, МдО) и др. Общая хими­ческая формула глин: xAl203-ySi02H20. Принадлежность к минералогической группе характеризуется отношением: Si02:R20, где R20 — оксиды, включающие сумму А12Оэ и Fe203.

Присутствие оксидов влияет на свойства глин. Оксиды ме­таллов связаны с глинистыми минералами различно. Некото­рые из них могут входить в состав глин и замещать оксиды алюминия, другие образуют более слабые связи и представля­ют собой обменные основания.

Свойства глин во многом зависят от строения их кристал­лических решеток. Кристаллическая решетка представлена двумя структурными элементами: слоями кремнекислородных тетраэдров и алюмогидроксильных октаэдров. Соединения этих слоев образуют пакеты. Соотношение этих слоев в паке­те и их связь между собой определяет минералогический со­став глины.

Например, у монтмориллонита между двумя тетраэдриче­скими слоями расположен один октаэдрический слой. Эти слои связаны между собою атомами кислорода. Соотношение слоев 2:1. У каолинита двухслойное строение: один тетраэдри­ческий слой связан с одним октаэдрическим слоем через гид­роксильные группы. Соотношение слоев 1:1.

Глинистые минералы типа палыгорскита имеют ленточно­слюдистое строение. Основные структурные элементы по­строены из кремнекислородных тетраэдров, расположенных в форме двойной цепи.

Большое влияние на свойства глинистых суспензий оказы­вают реакции ионного обмена, которые возникают в резуль­тате наличия свободных валентностей на поверхности глини­стых частиц, в результате чего происходит обмен ионов, на­ходящихся в воде и на поверхности глинистой частицы. Об­мен происходит в эквивалентных количествах. Степень заме­щения участвующих в обмене атомов и обменных катионов вызывает изменение таких характеристик глин, как набуха­ние и диспергируемость. От этого показателя зависят также реологические и фильтрационные свойства глинистых раство­ров.

Каждая глина обладает определенным количеством обмен­ных катионов. Общее количество адсорбированных катионов, выражаемое в миллиграмм-эквивалентах на 100 г сухой гли­ны, называется обменной емкостью. В глинистых минералах обменными катионами являются Са2+, Мд2+, №+, К+, Н+. В глинах морского происхождения обменные катионы пред­ставлены натрием и калием, поэтому эти глины еще называ­ют натриевыми. Они обладают повышенными коллоидно-хи­мическими свойствами. В глинах речного происхождения преобладают ионы кальция и магния. Их называют кальцие­выми глинами. Кальциевые глины обладают более низкими коллоидными свойствами.

Форма и размер глинистых частиц также оказывают зна­чительное влияние на процесс их структурообразования и фильтрационные свойства.

Глинистые частицы имеют форму в виде плоских или лен-

товидных чешуйчатых пластинок. Реже встречается продолго­ватая игольчатая форма (палыгорскит).

Размер глинистых частиц обычно менее ОД мкм. Средний размер частиц бентонита составляет 0,02-1 мкм, а каолинита 0,1-1 мкм.

Благодаря изоморфной форме частиц и небольшим их раз­мерам глины имеют большую удельную поверхность, что по­вышает их адсорбционные свойства.

Природные глины обычно состоят из различных глини­стых материалов, таких как монтмориллонит, иллит и каоли­нит, из которых наибольшей активностью обладает монтмо­риллонит. В глинах могут присутствовать и другие минералы, например кварц, полевой шпат, кальцит. Глины, используе­мые для приготовления промывочных жидкостей, могут быть в комковом виде и в виде порошков. Выпускаемые промыш­ленностью глинопорошки характеризуются различным выхо­дом глинистого раствора (табл. 19.1), который определяется объемом раствора, приготовленного из 1 т глины при эффек­тивной вязкости 18-20 МПа-с.

Комментарии запрещены.