Файл: Воронкевич, С. Д. Газовая силикатизация песчаных пород.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 29.10.2024

Просмотров: 70

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

1 см3 воды, в то время как при давлении 1 атм и тех же температурах она равна 1,09— 1,0 см3 в 1см3 Н 20 . Поэтому при давлениях углекислого газа в ходе реакции 4—5 атм должен

преобладать

 

процесс

бикарбонизации,

обусловливающий

полное осаждение кремниевой кислоты.

 

 

 

 

 

 

 

 

Химический(alQrir) анализ проб, отобранных из участков, закреп­

ленных газовой силикатизацией массивов аллювиальных

песков

 

в районе Мещерской

научной станции

М ГУ,

подтвердил

резкое преобладание

реакции

с

образованием

бикарбоната натрия. При расходе 5 кг углекислого

газа

на

1

м

грунта,

закрепленного с использованием раствора8

сили­

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

наблюдалось

почти

ката натрия удельным весом 1,19 г/см3,

полное отсутствие карбоната

натрия

(табл.

17,

опыт

 

).

pH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица

17

 

 

 

 

Результаты химического анализа водных вытяжек из

 

 

 

 

 

 

 

закрепленного методом газовой силикатизации песка с

 

 

 

 

 

 

 

использованием жидкого стекла удельным весом 1,19 г/см3

 

 

 

 

 

 

 

 

(опыты 3, 5,

7, 8) и 1,10

г/см3 (опыт

13)

Отношение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание, %

 

 

 

 

Место взятия образцов

 

 

N a.COa

Nal-ІСОз

NaHCOa

 

 

 

 

 

.

NaC03

Опыт 5 (средняя п р о б а )............................

.....

0,142

0,427

 

3,33

 

Опыт 7 (средняя

п р о б а )......................................

 

 

0,203

0,789

 

3,89

 

Опыт 8

(средняя

п р о ба )......................................

 

 

0,0714

0,439

 

6,15

 

Опыт 5,

в верхней части закрепленного

0,382

1,041

 

2,75

 

 

массива у инъектора............................................

 

 

 

 

Там же, в 20 см от инъектора......................

 

0,192

0,645

 

3,38

 

Опыт 5, в центральной части закреплен­

0,388

1,067

 

2,75

 

 

ного массива

у

инъектора ............................

 

 

 

 

Опыт 5, в 20 см от инъектора......................

 

0,192

0,649

 

3,38

 

Опыт 3, в 30 см от инъектора......................

. .

0,136

0,385

 

2,83

 

Опыт 3,

в 35—40

см от инъектора .

0,119

0,349

 

2,94

 

Опыт

13, на

глубине 120— 140

см в

0,164

0,712

 

4,34

 

 

2— 10 см от инъектора ......................................

 

см в

 

 

Опыт

13, на

глубине 120— 140

0,176

0,753

 

4,31

 

 

2— 10 см от инъектора ......................................

 

см в

 

 

Опыт

13, на

глубине 120— 140

0,156

0,533

 

3,42

 

 

20—30 см от инъектора _ .................................

грунта,

был

 

суспензий закрепленного

как

правило,

меньше

10,5,

колеблясь в

пределах

9,85— 10,20.

Меньший

расход

углекислого

газа

определял

меньшую

степень3 карбонизации

и бикарбонизации грунта. Закрепление

1

м песчаного грунта

•силикатом натрия

удельным

весом 1,19

г/см

при расходе

С 0

2

в количестве 3 кг полностью отверждает раствор стекла.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Однако в закрепленном грунте фиксируется остаточная гид­ роокись натрия (табл. 18). В связи с этим pH среды не опу-

59


1

1

о

ео

о

1

о

со

о

со

1

о

см

о

см о1

о

I

о

 

СО

1

00

1

О

fX-

О

СО

СО

О

<u

О

N-

xf

N

xf

СО

СО

о

о

о

о

 

1

N -

 

X

О

&

СО

о

с о

 

N - S

XN .

со

00

о

см

xf

ю

со

xf

О

о

г--

О

СМ

ь .

со

Н

СО

00

 

со

X

CS

 

 

см

to

R

О

 

_

 

О

О

 

 

СО

 

CN

 

 

 

ю

 

ОС

 

’"1

 

—^

xf

 

 

 

 

 

 

о

 

 

 

 

 

N -

 

со

xf

 

 

 

N -

—1

 

СО

 

 

о со

 

 

о

 

о

о

 

N.

 

О

xf

 

 

СО

 

 

 

со

 

о

со

 

 

 

 

о

СО

 

о

 

N-

 

 

 

со

 

 

 

 

ю

 

 

 

со

 

о

 

 

 

о

 

 

 

 

хг

см

 

ю

——,

о

00

ю

ж

с о

CO

 

о

со

іо

N-"

CsT

Ю

ь -

ю

оо

in

Ю

со

xf

-

со

N -

CO

—■

см

с о

со

 

со

n T

см

о

СП

с о

со

см

Xf

 

CO

о

со

ю

с о

CO

Ю

xf

 

см

 

CO

 

xf

xf

00

oo

со

ю

N

xf

N -

xf

со

ю

xf

CO

 

 

 

co

N -

с о

с о

оо

N -

о

со

см

о

0 0

со

со

о

xf Xf

N - CO

-CO

CO xf xf OO

CO CO

N . N CM CO

xf N -

 

 

 

о

 

 

 

 

 

 

I

о

со

со

со

 

 

00

1

Ю

ю

 

 

 

со

1

о

о

 

о

 

 

о

1

 

 

 

”*

 

 

 

 

 

 

CM

о

со

 

со

 

 

о

со

CM

to

ю

 

ю

 

 

N

Xf

о

о

 

о

 

о

 

 

о

о

""■'

 

 

“■

 

 

 

 

 

со

о

 

о

 

о

 

 

о

CO

xf

ю

 

Xf

 

 

со

оо

о

о

 

о

о

1

о

 

 

о

 

со

 

 

 

 

 

 

<M

о

 

со

 

 

СО

со

Xf

со

 

 

 

О0

оо

о

о

 

о

о

 

 

 

о

о

 

— 1

 

— 1

 

 

 

 

Ю

ю

о

 

см

 

 

о

о

о

 

см

 

 

ю

со

to

1

 

1 т

 

1

 

т

 

 

1

1

 

 

1

1

1

 

I

 

1

 

 

о

о

ю

 

ю

 

 

ю

ю

Ю

N-

со

 

 

 

Xf

со

 

 

 

 

 

 

 

—1

—4

60



■ скается ниже 10,2.

Максимальная

щелочность pH

10,86—

10,89

зафиксирована

в участках наибольших концентраций

NaOH

(4,27—4,67 мг-экв на 100 г

закрепленного

грунта).

В этих точках наблюдался наибольший выход водно-раство­

римой

кремнекислоты

(0,674—0,638%). При

значениях

р Н < 10,22 водно-растворимая S i0

2

отсутствует.

сетке геля

Солевой состав защемленной в структурной

жидкой

фазы оказывает

существенное влияние на стабиль­

ность геля кремниевой кислоты. Известно, что кремнезем на­ чинает интенсивно деполимеризоваться при достижении зна­ чений pH выше 10,5— 11,0. Наличие щелочного карбоната с высоким значением pH (11,6) в растворах обусловливает большую подвижность кремниевой кислоты при воздействии воды, а вследствие этого некоторую потерю прочности при обводнении закрепленного массива. Переход гидроокиси нат­ рия в кислую углекислую соль натрия, бикарбонат натрия, pH раствора которого 8,31, определяет стабильность геля кремниевой кислоты в водной среде.

Подвижность кремниевой кислоты в закрепленном грунте имеет важное практическое значение, так как она определяет долговечность эффекта закрепления. В связи с этим были проведены лабораторные исследования по подвижности ком­ понентов, входящих в состав геля на четырех разновидностях песков:

21)

мелкозернистый бескарбонатный

кварцевый

 

песок

(alQiv) с /Сф = 3,52 м/сут;

бескарбонатный

 

 

Кф —

)

тонкомелкозернистый

полимикто-

вый,

преимущественно кварцевый песок

(fglQndm)

с

 

=5,06 м/сут;

бескарбонатиый

кварцевый

3)

тонкомелкозерннстый

песок

(fglQndm) с /Сф =11,73 м/сут;

 

полнминераль-

4)

тонкомелкозернистый

карбонатный

ный, преимущественно кварцевый песок (fglQnm) с Лф = = 5,97 м/сут.

Опыты проводились с учетом следующих реально возмож­ ных условий обводнения закрепленного массива:

1. Сильного обводнения периферийных участков закреп­ ленного массива при быстром притоке и оттоке фильтрую­ щихся грунтовых вод.

2 . Постепенного проникновения воды во внутренние зоны закрепленного массива (при замедленной фильтрации грунто­

вых вод в укрепленном массиве).

C 0

 

и S i0

 

для первого

Выщелачивание ИагНСОз, Na

3

2

2

 

 

 

случая устанавливалось количественным определением их в воде, в которой был помещен образец закрепленного грунта. Образец грунта заливался определенным объемом воды. Ежедневно вода сливалась, а образец заливался новой пор­ цией воды. В слитой воде производился количественный учет

61


искомых компонентов. При имитации второго случая обра­ зец помещался в стакан с дистиллированной водой (250 мл). Через определенные промежутки времени из стакана отби­

рались пробы воды на анализ. Вместо

отобранной пробы

(25 мл воды) каждый раз добавлялась

новая, равная по

объему предыдущей. Полная смена воды в этом случае не

производилась.

 

 

 

 

5 и

 

, дают представле­

Результаты, приведенные на рис.

6

ние о подвижности

S i0 2, Na20

 

и

легкорастворимых солей

натрия (NaI-ІСОз и

ИагСОз).

При

постепенной, замедленной

 

 

С

г

на.

ЮОі

 

 

грунт а

аРис. 5. Изменение подвижное-

Рис. 6. Изменение подвижности

ти Na20

и

S i0 2

во

времениК,), :

Na20

и S i0 2 во времени:

а

— песок

тонкоб -,

мелкозернис­

бпесок мелкозернистый, бескар-

тый,

карбонатный

 

с

бонатиый

 

с /Сф=3,52

 

м/сут,

= 5,97 м/сут;

 

— песок1тонко-,

 

— песок тонко-, мелкозернис­

мелкозернистый

 

бескарбонат­

тый1

бескарбонатный

с

 

/<ф =

ный

с

= 5,06

м/сут;

— при

 

— при

= 11,73 м/сут;

 

воды;

постепенной подаче

новых пор­

2

полной замене

 

ций

воды;

2

— при

полной за­

 

— при

постепенной

подаче

смене

 

мене воды

 

 

 

новых

порций

воды

 

 

воды

 

в

бескарбонатных

грунтах

с

/Сф = 5,06

м/сут и

ниже

концентрация

Na20 достигает

максимума

на

 

третьи

сутки. Со временем концентрация карбонатов и бикарбонатов натрия убывает и тем медленнее, чем меньше коэффициент фильтрации закрепленного грунта. Максимальному содержа­ нию Ыа20 в воде соответствует наибольшее количество под­ вижной водно-растворимой кремниевой кислоты. Из закреп­ ленных образцов песков с исходным /Сф, равным 5,97 и

62