LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Хімічні науки → Роль природи поверхні дисперсних частинок у процесах змочування та структуроутворення

поставлених завдань.

ОСОБЛИВОСТІ ЗМОЧУВАННЯ ТА НАБУХАННЯ АЛЮМОСИЛІКАТІВ

Властивості дисперсних систем залежать від природи поверхні частинок, їх складу та дисперсійного середовища. Для поглиблення розуміння механізмів процесів, які відбуваються у дисперсіях глинистих мінералів у полярних і неполярних рідинах, необхідна інформація щодо процесів змочування та набухання. Точність і надійність сучасних методик і приладів для визначення набухання не завжди дає змогу достовірно визначати швидкість і інші характеристики змочування та набухання мінералів. Тому для дослідження взаємодії рідин із порошкоподібними речовинами розроблено нові методики та прилади.

У першій частині другої глави стисло розглянені відомості щодо будови та властивостей каолініту, монтморилоніту, гідрослюди й інших мінералів, які зустрічаються у ґрунтах та зразках породи при бурінні нафтових і газових свердловин тощо.

У другому розділі цієї глави проаналізовані методики визначення набухання глинистих мінералів, прилади, за допомогою котрих визначають процес набухання порошкоподібних речовин, і зазначені їх переваги та недоліки. Ці методики не завжди дають змогу надійно визначити величини набухання глинистих мінералів. При набуханні монтморилоніту у водному середовищі зразок спочатку спучується по всій верхній частині. Утворюються лінзи, заповнені імобілізованою рідиною, і врахувати цей об'єм практично неможливо. При утворенні таких лінз різко зростає похибка визначення величини набухання.

Зазначимо, що на даний час не існує єдиної методики визначення параметрів набухання алюмосилікатів. Це пов'язане з тим, що природні зразки мають різну пористість, яка значною мірою впливає на характеристики набухання. Для зразків з низькою пористістю запропоновано новий пристрій, що дозволяє надійніше визначити коефіцієнт набухання, K2, який дорівнює відношенню зміни об'єму зразка після набухання, DV, до його маси, m.

З метою підвищення надійності визначення величини набухання глинистих мінералів запропоновано новий прилад. Вказана мета досягається завдяки тому, що поршень вимірювального циліндру виконаний зі сферичним вирізом і повернений у бік зразка. Схема приладу для визначення набухання глинистих мінералів із незначною пористістю наведена на рис.1.



Рис.1. Прилад для визначення набухання глинистих мінералів:


1 — лінійка Шотта;

2 — пористе дно;

3 — трубка для наливання рідини;

4 — металічний корпус;

5 — поршень з сферичним дном 6;

7 — індикатор;

8 і 9 — верхня і нижня пластинки;

10 і 11 — гвинт і гайка.




Згідно літературних даних для кальцієвого монтморилоніту K2 варіює від 0,42 см3/г до 1,10 см3/г. Величина K2, одержана за допомогою запропонованої методики, становить 0,43 см3/г. Таку розбіжність одержаних величин можна пояснити тим, що при визначенні набухання автори не врахували спучування монтморилоніту при набуханні, захоплення повітря частинками глинистого мінералу при поглинанні рідини та інші чинники.

При вивченні гідрофільних властивостей ґрунтів, глинистих порід при бурінні нафтових і газових свердловин необхідні дані щодо набухання та швидкості змочування водою, рідкими вуглеводнями та фільтраційних властивостей цих мінералів. Для систем із різною пористістю запропоновано новий прилад для визначення змочування та набухання порошкоподібних речовин. Переваги та доцільність запропонованого приладу полягають у тому, що для досліду береться невелика кількість речовини (0,1–2,0 г), і з однієї лише наважки можна визначити наступні показники: пористість зразка, об'єм поглиненої рідини, швидкість витіснення рідких вуглеводнів із пористого середовища при взаємодії з водою.

Для вимірювання характеристик набухання зразків з великою пористістю запропоновано новий прилад. Цей прилад можна також застосовувати при вивченні змочування та витіснення вуглеводневих рідин із пористого середовища. Схема цього приладу зображена на рис. 2. Прилад закріплюють на штативі та розташовують у термостаті.



Рис. 2. Прилад для визначення змочування і набухання порошків і капілярного витіснення рідин із дисперсних систем:


1 — градуйована трубка;

2 — проміжна трубка;

3 — лійка;

4 — штуцер кришки;

5,6 — сітка з отвором;

7 — кювета;

8 — зразок порошкоподібної речовини;

9 — пружина.



За допомогою запропонованого приладу можна визначити показник набухання, n, який дорівнює відношенню об'єму поглиненої рідини, V1, в якій зразок набухає, до об'єму V2, в якій він не набухає (n = V1/V2). У випадку, коли об'єм пор наближається до нуля, величина n, пов'язана з коефіцієнтом набухання K2 наступним співвідношенням: K2r = n – 1, де – густина мінералу.

Відомо, що набухання – це вибіркове явище, оскільки речовина набухає при поглинанні одних рідин і практично не змінює свого об'єму в інших рідинах. Результати розрахунків величини показника набухання для глуховецького каолініту, черкаського монтморилоніту та кварцового піску у дистильованій воді наведені у табл. 1.

Таблиця 1

Показник набухання глинистих мінералів

Мінерал

V1, см3/г (вода)

V2, см3/г (чотирихлористий вуглець)

n

Глуховецький каолініт

Черкаський монтморилоніт

Кварцовий пісок

0,44

1,12

0,16

1,00

0,52

0,19

0,44

2,15

0,95

Із табл. 1 видно, що для черкаського монтморилоніту, що добре набухає у воді, показник набухання перевищує одиницю, тоді як для порошкоподібного глуховецького каолініту спостерігаємо усадку, і n < 1. Для порошкоподібних речовин, які не змінюють свого об'єму при поглинанні рідин, показник набухання становить одиницю. У випадку кварцового піску, котрий, зрозуміло, не набухає у воді, відбувається незначна усадка, тому n < 1.

Запропонований метод визначення показника набухання глинистих мінералів досить простий у виконанні, немає необхідності у застосуванні пресформ і пресів, індикаторів годинникового типу, що має місце у традиційних методиках. Цей метод використовували для визначення показника набухання клиноптилоліту, органоглин і інших порошкоподібних речовин.

Аналіз одержаних експериментальних результатів засвідчив, що швидкість спонтанного поглинання рідин клиноптилолітом описується кінетичним рівнянням першого порядку: dy/dt = K(1 – y), де y = V1/V, V1 і V – питомі об'єми рідини, поглиненої зразком протягом часу t, і при максимальному поглинанні. Коефіцієнт швидкості процесу (або коефіцієнт швидкості капілярного поглинання) розраховували за допомогою зручного інтегрального методу згідно першого статичного моменту, M1, кривої поглинання y = f(t), як обернену величину до того ж моменту: K = 1/M1.

Згідно даних, наведених у табл. 2, видно,