粘土胶体化学基础ppt课件.ppt

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1、第二节粘土胶体化学基础第2节粘土胶体化学基础主要掌握的内容：粘土矿物的晶体构造与性质典型粘土矿物的化学组成典型粘土结构简介粘土的界面吸附作用粘土胶体化学基础胶体化学的基本概念粘土颗粒（片体）的双电层理论粘土的水化作用作用机理影响因素颗粒直径在1nm～1μm范围内均属胶体颗粒，含有胶体颗粒的体系称为胶体体系或胶体分散体系；胶体体系的重要特点之一是具有很大的表面积；由于大多数钻井液是粘土-水的胶体悬浮体系，因而胶体悬浮体系的性能直接影响到钻井液的工艺性能，进而影响到钻井工程的安全；学习钻井液中常用粘土矿物和粘土胶体化学的基础知识，对于理解和掌握钻井液体系

2、的稳定性原理、化学处理剂的作用原理和钻井液工艺性能的维护控制原理具有重要意义。1）水基钻井液的组分(Components)水(Water)粘土(膨润土)(Clay)处理剂(DrillingFluidAdditives)2）膨润土的特性与作用形状和尺寸(片状、小于2-5微米)表面电荷与水化性能在钻井液中的状态（分散、絮凝、聚结）在钻井液中的作用（悬浮能力）§2）膨润土的的特性与作用粘土(Clay):小于2-5微米，具有塑性的矿物原料。粘土矿物:构成粘土的主体矿物。大都具有晶体本性，其化学成份是含水（镁）硅酸盐。粘土矿物的结构：层状（二层、三层、混层）；

3、链状（纤维状）。膨润土(Bentonite)：主要成分为蒙脱石的粘土矿物。蒙脱石(Montmorillonite)：三层(2:1)型粘土矿物，因只有范氏力层间引力弱，表面吸附能力强，易水化膨胀和分散。1.相和相界面相是指物质的物理化学性质都完全相同的均匀部分。体系中若有两个或两个以上的相，称为多相体系。相界面则是相与相之间的宏观物理界面。通常，在相互接触的两相中，若某一相为气体，则相界面称为表面。若是液相与固相的分界面，称为界面。2.分散相与分散介质分散相是指在多相分散体系中被分散的物质。分散介质则是分散相所在的连续介质。例如，在水基钻井液中，粘土颗

4、粒分散在水中，粘土为分散相，水为分散介质。一、粘土胶体化学的几个基本概念3.分散度和比表面积分散度是指分散相的分散程度。分散相的分散程度越高，分散度越大，分散相就分散得越细小。用数学式可将分散度表示为：比表面积是单位体积（V）或单位重量（W）物质的总表面积。用数学式表示为：上式表明，比表面积越大，物质分散得越小，分散度就越高，两者有相互对应的关系。一、粘土胶体化学的几个基本概念粘土是岩石学上的一种称谓，是岩石经过长期地质作用后的产物，主要由粘土矿物和少量非粘土矿物组成的细粒粘滞土状物质。粘土颗粒的粒度通常小于2～5微米，主要矿物成分由粘土矿物、非粘土

5、矿物和胶体矿物组成。粘土矿物是铝硅酸盐的总称,是含水的层状及层—链状构造。特点是具有相对固定的化学组成和确定的内部结构—内部格子构造。二、主要粘土矿物的晶体构造和特点粘土：主要由粘土矿物和少量非粘土矿物组成的细粒粘滞土状物质。特性：细粒，粘性，高温成型性，可塑成型性矿物组成：粘土矿物（蒙脱石等）+非粘土矿物（石英、长石等）+胶体矿物（蛋白石等）。化学组成:SiOAlOH，少量的FeNaCaMg等粘土矿物：含水的细分散的层状及链状构造硅酸盐矿物的及含水的非晶质硅酸盐矿物的总称。特点：具有相对固定的化学组成和确定的内部结构—（内部格子构造--晶格）。（

6、1）硅氧四面体与硅氧四面体片硅氧四面体由一个硅离子和四个等距的氧离子配位组成的正四面体。硅离子在四面体的中心，氧离子在四面体的顶点。硅离子与各氧离子之间的距离相等，如图所示。在图中,四面体底面三个氧离子组成基底氧，四面体顶点一个氧离子为顶端氧。氧离子之间距离2.61×10-1nm。硅离子与氧离子距离为1.61×10-1nm.二、主要粘土矿物的晶体构造和特点1.粘土矿物的两种基本构造单元OSi一、粘土矿物的两种基本构造单元1.硅氧四面体与硅氧四面体片硅氧四面体(silicatetrahedron)由一个硅原子和四个等距的氧原子组成的正四面体。硅原子在四

7、面体的中心，氧原子在四面体的顶点。图中：基底氧：四面体底面三个氧原子。顶端氧：四面体顶点一个氧原子。O~O距离：2.61埃。Si~O距离：1.61埃。——硅原子——氧原子（1）硅氧四面体与硅氧四面体片单个四面体与若干个相邻四面体通过底氧相连，构成平面连续的四面体晶格，此即硅氧四面体片。如图所示。四面体片所有基底氧排列在同一个平面上，所有顶端氧在另一个平面上，平面投影形成正六角形的三层空心六角环网格。由于四面体片含有负电荷，所以，在实际矿物结构中，四面体片在粘土中不能独立存在，仅能以与阳离子和附加氧离子结合的形式存在。二、主要粘土矿物的晶体构造和特点硅

8、氧四面体片单个四面体与若干个相邻四面体通过底面氧相连，构成平面连续的四面体晶格。四面体片特点：由SiO4彼