Файл: Бабалян, Г. А. Физико-химические процессы в добыче нефти.pdf

полностью ориентированным. А. В. Думанскпй [48] называет его «прочно связанной водой». По мере удаления от поверхности ори­ ентация слоев нарушается, переходя постепенно в свободную во­ ду. Эти слои мало отличаются от свободной воды. А. В. Думан- скіп'і называет их «рыхло связанной водой».

Количество прочно связанной воды в почвах близко к влаж­ ности, соответствующей максимальной гигроскопичности. В глинах с влажностью, соответствующей максимальной гигроскопичности, кроме адсорбированной воды содержится еще вода капиллярно конденсированная. Прочно связанная вода — это вода, адсорбиро­ ванная, т. е. собственно гигроскопическая. Таким образом, ее зна­ чение должно быть всегда несколько ниже величины максимальной гигроскопичности.

В результате связывания глиной некоторого количества воды происходит набухание глины. Набуханием называется процесс по­ глощения жидкости твердой фазой с увеличением объема послед­ ней. Оно вызывается только смачивающими жидкостями.

Согласно представлениям П. А. Ребиндера [84] вода, адсорби­ руясь на поверхности глинистых частиц, проникает глубоко в поры и мпкротрещины материала. Благодаря расклинивающему давле­ нию адсорбционных водных оболочек последние способствуют рас­ паду агрегатов на составляющие их первичные частички. Сюда присоединяется действие напряжении, возникающих в результате быстрого роста адсорбционных водных слоев. Благодаря адсорб­ ционной водной оболочке, образующейся на глинистых частицах, последние раздвигаются, увеличивая тем самым общий объем, что и является причиной набухания глии. При этом теряет смысл по­ нятие о первичной частице, поскольку помимо пептизацни отдель­ ных агрегатов глинистых частиц на их первичные составляющие происходит диспергирование первичных частиц вследствие проник­ новения гидратных оболочек по трещинам внутрь частиц.

При чешуйчатом строении глины происходит самопроизвольное диспергирование, что вызывает общее увеличение объема. У гли­ нистых минералов типа монтмориллонита вода проникает в кри­ сталлическую решетку между слоями элементарных ячеек в результате слабой связи последних. Таким образом, вода обуслов­ ливает сильное набухание монтмориллонита. Минералы каолиинтовоіі группы обладают жесткой неподвижной кристаллической ре­ шеткой. Воду они удерживают на поверхности и на краях частиц, поэтому мало набухают. Минералы типа гидрослюд отличаются частичным проникновением воды в межплоскостные слом, поэто­ му они занимают промежуточное положение.

Таким образом, величина набухания зависит при прочих рав­ ных условиях от величины удельной поверхности, структуры и гид­ рофильное™ частиц минералов, из которых состоит глина.

Чем выше гидрофильное™ глин, тем сильнее молекулярное взаимодействие глины н воды, определяющие величину набу­ хания.

10

Ионный обмен

Глинистые минералы обладают свойством сорбировать неко­ торые анионы и катионы и превращать их в обменные, т. е. в ионы, способные обмениваться на другие катионы или анионы при взаи­ модействии в водном растворе. Количество и состав обменных ка­ тионов оказывают большое влияние на физические и физико-хими­ ческие свойства породы, поэтому изучение обменной способности глин имеет большое практическое значение во всех отраслях про­ мышленности, где используются глины.

Анионный обмен ввиду значительных трудностей, встречаю­ щихся при исследовании этого вопроса, изучен пока недостаточно, поэтому на нем мы останавливаться не будем.

Обменная емкость (пли емкость катионного обмена), характе­ ризующая способность породы к реакциям обмена, различна для различных минералов и выражается обычно суммой поглощенных

По вытесняющей способности катионов К. К- Гедройц [24] располагает их в следующий ряд:

М > Ca > Mg > К > МН4 > Na > Li

Изучением обменных реакций занимались многие исследовате­ ли. Не останавливаясь на них подробно, укажем основные законо­ мерности обмена катионов [74].

1.Обмен ионов происходит в эквивалентных количествах и яв­ ляется обратимым.

2.Поглощение катионов тем сильнее, чем выше их валентность; Іобмен катионов одной и той же валентности тем интенсивнее, чем ^больше их атомный вес.

3.Поглощение катионов усиливается с ростом их концентрации

врастворе.

4.Процесс обмена усиливается с увеличением pH раствора.

Электрокинетический потенциал глин. Коагуляция. Пептизация

Аналогично коллоидным частицам при соприкосновении глини­ стых частиц с водой на поверхности раздела возникает двойной электрический заряд. Глинистые частицы несут на себе отрица­ тельный электрический заряд. Компенсирующие этот заряд катио­ ны распределены по поверхности глинистой частицы так, что

И

часть компенсирующих номов, непосредственно примыкающих к по­ верхности, малоподвижна. Остальная часть составляет диффузный слой, концентрация катионов в котором убывает по мере удаления от частицы, приближаясь к концентрации окружающего раствора. Разность потенциалов между неподвижным слоем номов и жидко­ стью носит название электрокииетического потенциала, или £'по­ тенциала, зависящего от толщины диффузного слоя. Чем больше размыт диффузный слой, тем больше значение ^-потенциала и наоборот.

Для данного глинистого минерала ^-потенциал не является ве­ личиной постоянной. В большой степени он зависит от электроли­ тов, содержащихся в растворе, окружающем частицы.

вода электролитов различной концентрации. Состав ионов двойногослоя можно изменить путем ввода в систему новых электролитов,, вызывающих обмен ионов.

Катионы с большей валентностью сильнее притягиваются по­ верхностью частицы; одновременно у них повышается степень гид­ ратации, что ослабляет степень взаимодействиямежду ионами внутренней обкладки и катионами. Но первый фактор превалирует над вторым, поэтому с увеличением валентности катионов они с большей силой притягиваются поверхностью частицы и, следова­ тельно, ^-потенциал при этом уменьшается. Таким образом, чем больше валентность катиона, тем больше сжимается диффузный слой.

Электрокинетическим явлениям в системе глина — вода прида­ ется в настоящее время большое значение при объяснении вопро­ сов взаимодействия глины с водой.

Изменение устойчивости суспензий глин (коагуляция пли ста­

коагуляции коллоидных систем являются представления о моле­ кулярных силах притяжения, действующих между частицами на достаточно малых расстояниях, и электрических силах отталкива­ ния, существующих между частицами в связи с наличием у них Двойного слоя ионов.

Количественная теория взаимодействия твердых поверхностей, несущих диффузные слои ионов, подтвержденная прямыми экспе­ риментами, дама в серии работ Б. В. Дерягина [27—30].

Устойчивость гидрофобных коллоидов согласно этой теории объ­ ясняется расклинивающим давлением, энергетическим барьером, мешающим слипанию частиц, и зависит от силы взаимодействия частиц в функции их расстояния. Сила взаимодействия при этом рассматривается как алгебраическая сумма вандерваальсовых сил притяжения и электростатических сил отталкивания. Если в колло­

12