Дисперсные системы и промывочные жидкости - Размеры и форма частиц

Размеры и форма частиц

 

Размеры частиц природных глин значительно меньше 0,01 мм. Более крупные зерна, которые могут присутствовать в них,— посторонняя примесь. Наибольшее влияние на свойства

 глинистых растворов оказывает коллоидная фракция с размером ча­стиц менее 1 мкм. Чем меньше размеры частиц, тем больше их качественное влияние на свойства глинистых растворов. В бен­тонитовых глинах содержание коллоидных фракций значитель­но больше, чем в каолиновых, и может достигать 40%.

Средний эффективный диаметр частиц бентонита 0,02— 0,1 мкм, каолина 0,1—1 мкм.

Коллоидальные свойства глинистых растворов определяются не только размерами частиц, но их формой. Чаще всего частицы глины имеют вид плоских или лентовидных чешуйчатых плас­тинок, реже — продолговатую (игольчатую) форму. Благодаря такой форме частицы имеют большую суммарную поверхность, на которой развивается свободная поверхностная энергия. Удельная поверхность глинистых минералов колеблется от 800— 900 м2/г у монтмориллонита до 10—20 м2/г — каолинита.

 

Требования к качеству глины для приготовления растворов

 

Глины используются либо в комовом виде, либо в порошко­вом. Размеры комков не должны превышать 150—200 мм. Глинопорошки готовят на специальных заводах механическим или физико-химическим способами. Механический способ заключа­ется в измельчении исходной глины до заданной тонкости помо­ла по схеме дробление — сушка — помол. Качество порошков здесь определяется главным образом качеством исходного сырья. Как правило, глинопорошки готовят из высококачествен­ных бентонитовых глин.

Физико-химические способы получения глинопорошков пока имеют подчиненное значение. Они более трудоемки, но позво­ляют получать порошки из менее качественных глин. Одна из схем получения глинопорошка выглядит следующим образом: приготовление суспензии из исходного сырья — выведение из нее неактивной части — удаление жидкой фазы.

Для повышения качества глинопорошков их модифицируют путем введения при помоле веществ, улучшающих их свойства: кальцинированной соды, алюминатов, полиакрилатов и др. Тон­кость помола глинопорошков должна быть такой, чтобы оста­ток на сите № 0071 был не более 10%. Для сохранения качест­ва глинопорошки расфасовывают на заводе в плотные бумаж­ные мешки.

Возможны три варианта применения порошкообразных глин.

1.   Как коллоидной добавки к промывочному    раствору, со­держащему неглинистую твердую фазу.

2.   Как добавки к глинистому раствору, приготовленному из местных низкокачественных глин, для увеличения в нем колло­идной фракции.

3.     Как единственной твердой фазы раствора, если в районе работ нет близко пригодных глин, а доставка их затруднена.

     Глины характеризуются выходом раствора Qp — количеством кубических метров раствора заданной условной вязкости, — по­лучаемого из 1 т массы. Чаще в качестве эталонной условной вязкости глинистого раствора принимают величину 25 с. Тогда

Qp = 630/(рp—1000),                                                                                      (V.1)

где рр — плотность раствора при условной вязкости 25 с, кг/м3.

Выход раствора колеблется от 2—3 м3/т из каолиновых ко­мовых глин до 19 м3/т из высококачественных модифицирован­ных глинопорошков.

Качество (пригодность) глин для приготовления растворов оценивается несколькими методами. Простейшим является оценка путем приготовления и исследования раствора из пробы глины. Для этого готовят несколько образцов раствора одина­ковой вязкости и измеряют остальные параметры. Дополни­тельно оценивается возможность регулирования свойств приго­товленных растворов. При этом основное внимание уделяется возможности получения главных, определяющих для данных условий параметров раствора.

И. Н. Резниченко предложил оценивать глины по содержа­нию в них активного коллоидного комплекса (по коэффициен­ту К)

                                 K = B/59,                                                                     (V.2)

где В — величина адсорбции метиленовой сини исследуемой глины, см3/г; 59 — эталонная величина адсорбции метиленовой сини коллоидных частиц наиболее качественного саригюхcкого бентонита в дистиллированной воде, см3.

Величина К для бентонитовых глин должна быть более 0,6. Для глин прочих типов K 0,3.

Между содержанием глины С и значением К  установлена зависимость

                                  GK= СK = const,                                                         (V.3)

где GK— объемное содержание коллоидного глинистого компо­нента, %.

Считается, что получение качественного раствора возмож­но при соблюдении следующих соотношений между коллоидной составляющей К и общим содержанием твердой фазы С:

К0,4; 2,3С5,0.

                                С = рРВ,                                                         (V.4)

где рр, рв — плотности соответственно глинистого раствора и воды, на которой он приготовлен.

Качество глин с учетом характера    основных деформаций, происходящих в глинистом растворе,    оценивается следующим образом. По соотношению быстрых эластических ε0', медленных эластических ε2' и пластических ε1't  (при t=1000 с) деформа­ций все глины делятся на шесть типов: нулевой — εo'<ε2'<ε1't; первый — ε2'>ε0'>ε1't; второй — ε2'>ε't>ε0'; третий — е0'> >ε1't>ε2'; четвертый — ε1't>ε0'>ε2'; пятый — ε1'>ε2'>ε0'.  Устойчивые растворы относятся к нулевому, третьему и четвер­тому структурно-механическим типам.

 

Требование к качеству воды для приготовления глинистых растворов

 

Требования к качеству воды обусловлены составом глинис­того раствора и условиями его применения. Возможно исполь­зование морской воды и пластовых вод — рапы с общей мине­рализацией более 3%. В то же время для приготовления прес­ных качественных глинистых растворов целесообразно исполь­зовать воду с общей жесткостью до (3÷4) 10-3 моль/л. При большей жесткости воду необходимо предварительно смягчать.