《粘土矿物和粘》PPT课件.ppt

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1、第二章粘土矿物和粘土胶体化学基础概述一．分散体系的种类在自然界以及工农业生产中，常常遇到一种或几种物质分散在一中物质中的分散体系。我们称被分散的物质为分散相，分散相颗粒所在的连续介体为分散介质。例如钻井用的水基泥浆就是粘土、处理剂、有时还有加重剂等分散在水中的分散体系。分散体系可以分为三类，见表2-1泥浆中粘土颗粒多数在悬浮体范围（0.1~2微米），少数在溶液范围内（0.1微米~1毫微），泥浆是粘土—水的胶质悬浮体系，具有胶体和悬浮体的性质。概述二、胶体分散体系的基本性质1.是不均匀分散体系（或称相分散体系）所谓相，是指物理化学性质

2、均匀的部分，相内部是不存在物理界面的。均匀分散体系是由一相所组成的单相体系，如溶液，在溶液里分子与离子和分散介质之间是不存在物理界面的。胶体分散体系则不然，由多相所组成，在胶体颗粒和分散介质之间存在物理界面，为多相分散体系。如泥浆中的粘土胶粒与水之间存在界面，改变粘土—水界面的性质即可改变泥浆的性能。认识粘土—水界面的性质对了解泥浆的本质有重要意义。概述2.比表面积特大的分散体系随着分散相颗粒的分散程度增大，颗粒变小，颗粒的表面积（相界面积）增加很大，单位体积物质的总表面积（称比面积）增加很大。概述3.是不稳定的分散体系因胶体系有巨

3、大表面积引起的。物体表面的分子和内部分子的处境不同，因而具有不同的能量（见图2-2）。概述用σ代表单位面积的表面能（称比表面能），⊿S代表面积，总面积能=σ⊿S。热力学第二定理，体系表面能有自发减小的倾向。表面能及其作用原理，在具有巨大界面的高分散多相体系中具有根本性的意义。从上式可以看出，降低体系表面能有两条途径：一条是缩小表面积；另一条是减小比表面能σ。前者引起一系列的毛细管现象和胶态体系的聚结不稳定性，后者引起吸附作用。钻井液是粘土—水的胶质悬浮体系，分散在水中的粘土细粒具有巨大的表面积，因此，它们亦有聚结以及吸附作用，且都是

4、自发地进行的，以使体系的表面积减小。粘土矿物的晶体构造与性质粘土作为钻井液的重要组成成分，其晶体构造与性质对钻井酸性能有十分重要的影响。钻井过程中井眼的稳定性、油气层的保护均与地层中粘土矿物类型和特性密切相关。粘土组成粘土矿物：含水的铝硅酸盐非粘土矿物：石英、长石胶体矿物：氢氧化铁、蛋白石、氢氧化铝等粘土矿物颗粒直径较小，在水中具有一定的分散性、带电性、水化性，可发生离子交换。粘土矿物的化学组成：粘土中常见的粘土矿物有三种：高岭石、蒙脱石(也叫微晶高岭石、胶岭石等)，伊利石(也称水云母)。它们的化学组成见下表粘土矿物的晶体构造与性质

5、高岭石：其氧化铝含量较高，氧化硅含量较低；蒙脱石：氧化铝含量较低，氧化硅含量较高；伊利石：含有较多的氧化钾。矿物名称化学组成高岭石Al4[Si4O10(OH)8蒙脱石(Al2Mg3)(Si4O10)(OH)2.nH2O伊利石（K,Na,Ca2)m(Al,Mg)4(Si,Al)8O20(OH)4.nH2O粘土矿物的两种基本构造单元粘土矿物的晶体构造与性质(1)硅氧四面体与硅氧四面体晶片粘土矿物的两种基本构造单元粘土矿物的晶体构造与性质(1)硅氧四面体与硅氧四面体晶片粘土矿物的两种基本构造单元粘土矿物的晶体构造与性质(1)硅氧四面体与硅

6、氧四面体晶片(2)铝氧八面体与铝氧八面体晶片粘土矿物的晶体构造与性质(2)铝氧八面体与铝氧八面体晶片粘土矿物的晶体构造与性质(2)铝氧八面体与铝氧八面体晶片粘土矿物的晶体构造与性质几种主要粘土矿物的晶体构造一层硅氧四面体品片和一层铝氧八面体晶片。高岭石的单元晶层构造：形成氢键，因而，晶层连接紧密，晶层间距仅为7.2×10-1nm，故高岭石分散度低且性能比较稳定；同时，几乎无晶格取代现象。故阳离子交换容量小，水分不易进人晶层中间，其水化性能差，造浆性能不好。为非膨胀类型的粘土矿物。蒙脱石的单元晶层构造：几种主要粘土矿物的晶体构造晶层上

7、下面皆为氧原子，以分子间力连接，连接力弱，水分子易进入，引起晶格膨胀；更为重要的是由于晶格取代、带有较多负电荷，能吸附等电量阳离子。水化阳离子进人晶层，致使层间距增加。所以，蒙脱石是膨胀型粘土矿物，增加了其胶体活性。其晶层所有表面，包括内表面和外表面都可以进行水化及阳离子交换。几种主要粘土矿物的晶体构造蒙脱石膨胀程度在很大程度上取决于交换性阳离子的种类：被吸附的阳离子以钠离子为主的蒙脱石(称为钠蒙脱石)，其膨胀压很大，晶体可以分散为细小的颗粒，甚至可以变为单个的单元晶层。若被吸附的阳离子以钙离子为主的蒙脱石（称为钙蒙脱石），由于钙离

8、子所带电荷较多，晶层之间的作用力较强，矿物晶体膨胀性能较差。当然，可通过离子交换使得不同类型的粘土相互转化。几种主要粘土矿物的晶体构造伊利石的单元晶层构造：也称为水云母。伊利石也称为水云母，其晶体构造和蒙脱石类似，主要区别在于晶格取代