Влияние содержания твёрдой фазы на устойчивость и реологические свойства глинистых суспензий Келесского бентонита

Размещено на http://www.allbest.ru/

Таразский Государственный Университет им. М.Х. Дулати

Влияние содержания твёрдой фазы на устойчивость и реологические свойства глинистых суспензий Келесского бентонита

к.х.н., профессор Асанов А.А., к.х.н., доцент Цой И.Г., Шушкова В.Ю.

Аннотация

суспензия глина фильтрация вязкость

Изучены некоторые физико- и коллоидно-химические свойства суспензий глин Келесского месторождения в зависимости от содержания твёрдой фазы. Установлены изменения устойчивости и реологических свойств, которые определены параметрами вязкости, скорости фильтрации, предельным динамическим и статическим напряжением сдвига, пластической прочностью, а также значениями оптической плотности, удельной электропроводности и рН фильтрата.

Мазм?ндама

Келес бентониті суспензиясыны? ?атты фазасыны? оны? т?ра?тылы?ына, реалогиялы? ?асиеттеріне ?сері.

х.?.к. Асанов А.А., х.?.к. Цой И.Ю., Шушкова В.Ю.

Келес бентониті суспензиясыны? кейбір физикалы? ж?не коллоидты-химиялы? ?асиеттері ?атты фазасыны? концентрациясына байланысты зерттеліп, оны? б?л ?асиеттері т?ра?тылы?ы?ы?, реалогиясыны?, динамикалы? ж?не статистикалы? кернеуіні?, пластикалы? беріктігіні?, фильтрлену жылдамды?ыны? сондай-а? фильтратты? оптикалы? ты?ызды?ы, электр?ткізгіштігі ж?не рН к?рсеткішіні? ?згеруі ар?ылы ба?аланды.

Annotation

Influence of solid phase content upon the stability and reological properties of the clay suspensions of Keless deposit

Professor Asanov A.A., Tsoy I.G., Shushkova V.U.

The dependence of physical and colloidal chemical properties of the solid phase content of clay suspension from Keless deposit have been studied. The deviation of stability and reological properties, namely viscosity, filtration speed, dynamic and static displacement effort, plastic stability, as well as the optical density, specific conductivity and pH value of the filtrate have been stated.

В настоящее время глинистые минералы широко используются в различных отраслях промышленности и сельском хозяйстве. В промышленности применяются в качестве адсорбентов используемых для очистки, осветления вин, различных соков, а также сточных вод, кроме того, используются в строительстве, и в качестве связывающих и формовочных материалов. Наиболее широкое применение глинистые минералы получили при приготовлении промывочных жидкостей буровых растворов, используемых в глубоком бурении при разведке нефтегазовых месторождений. В сельском хозяйстве глинистые суспензии используются в качестве закрепителей песчаных зон и для улучшения гидрофильности и адсорбирующих свойств почвенных дисперсий /1/.

Однако в последние годы с расширением области их применения остро возникает необходимость расширения ассортимента глин и придания им заданных свойств, в частности высокой вязкости, реологических свойств, которые мало изменяются в зависимости от внешних факторов, таких как температура, ионная сила и рН среды, а также замены используемых в настоящее время привозных глинистых материалов отечественными.

Поэтому в данной работе поставлена задача, определить некоторые физико-химические параметры, характеризующие устойчивость и реологические свойства глин Келесского месторождения расположенного в южном регионе Казахстана.

Для изучения этих параметров определяли вязко - текучесть и скорость фильтрации глин в зависимости от содержания твёрдой фазы. Как известно, вязкость, реологические свойства и устойчивость глинистых суспензий во многом зависит от содержания твёрдой фазы и минерального состава. Так как указанные свойства взаимосвязано изменяются от содержания твёрдой фазы глинистых суспензий, то были приготовлены 3,75%, 5,00%, 7,50%, 10,00%, 12,50%-ные растворы. Для этого определённое количество навески из измельчённой и просеянной через сито (0,25 мм диаметр отверстия) глины помещали в стакан, а затем добавляли измеренный объём воды и перемешивали с помощью палочки в течение 6 часов и оставляли на 24 часа, для достижения равновесного состояния. На следующий день систему вновь перемешивали, а затем определяли вязко - текучесть в конической воронке. Для этого 700 мл смеси наливали в воронку и определяли время истечения 500 мл объёма суспензии. На основании полученных данных вычисляли изменение относительной вязкости в зависимости от концентрации твёрдой фазы по формуле:

где t?-время истечения растворов глин,

t- время истечения раствора глин, взятого в качестве контроля(5% раствор).

Эти же растворы использовали для измерения скорости фильтрации на фильтрационной установке Оствальда (таблица 1)/2/

Таблица 1. Изменение реологических свойств бентонита (5% водная суспензия) в зависимости от концентрации твёрдой фазы

Полученные данные свидетельствуют, что по мере увеличения содержания твердой фазы вязкость изменяется пропорционально концентрации растворов, начиная с концентрации 10%, вязкость растворов возрастает резко (рисунок 1). Изменение вязкости от содержания твёрдой фазы определяли на приборе ВСН - 3, который даёт такую же закономерность (Таблица 1)/4/. Однако критическая концентрация образования, найденная этим способом два раза выше, чем найденные в конической воронке.

Рисунок 1. Изменение относительной вязкости глинистых суспензий в зависимости от содержания твёрдой фазы (С%)

Начиная с этой концентрации, фильтрационная способность достигает минимального значения. Дальнейшее увеличение концентрации, хотя и приводит к некоторому уменьшению скорости фильтрации, не очень резко отличаются (рисунок 2).

Рисунок 2. Изменение скорости фильтрации глинистых суспензий в зависимости от содержания твёрдой фазы

Аналогичные закономерности были установлены и для других суспензий бентонитовых глин / 3 /.

Наряду с этим, также были определены значения оптической плотности (D) фильтрата (таблица 2), при этом обнаружено, что с ростом содержания твёрдой фазы оптическая плотность уменьшается. Это связано с тем, что при увеличении клнцентрации твёрдой фазы суспензии, усиливается ортокинетическая коагуляция, т.е. захват мелких частиц более крупными. Вследствие чего, фильтрат становится более прозрачным, чем в разбавленных областях концентраций. Изменение удельной электропроводности (чуд), найденное в зависимости от содержания твёрдой фазы, в отличие от оптической плотности по мере роста содержания твёрдой фазы значительно увеличивается, особенно в интервале 7,5- 12,5 %. Такую закономерность можно объяснить тем, что сростом содержания твёрдой фазы одновременно увеличивается количество растворённых электролитов, которые принимают участие в переносе электрического тока. В отличие от оптической плотности и удельной электропроводности значения рН от содержания твёрдой фазы проходит через максимум. Это может быть связано с тем, что при относительно разбавленных концентрациях в жидкой среде находятся низкомолекулярные катионы, (типа иона Na+) в более свободном виде, которые определяют рост значений рН, а при дальнейшем росте концентрации твердой фазы эти ионы постепенно переходят от диффузной части двойного слоя к адсорбционному, что ведёт у уменьшению подвижности ионов, вследствие чего снижается значения рН фильтрата.

Таблица 2. Изменение коллоидно-физических характеристик бентонита (5% водная суспензия) в зависимости от концентрации твёрдой фазы

Пластическую вязкость высисляли по формуле:

з = (ц2- ц1 /n2-n1)*Аспз

а предельное динамическое сопротивление сдвига определяли по формулам:

з=1,5*(ц2-ц1)

ф0=3*( ц2-2з) при скорости вращения гильзы(400 -200 об/мин)

з=ц2-ц1

ф0=3*( ц1-з) при скорости вращения гильзы (600-900 об/мин)

где ц2- угол поворота шкалы измеренной при высокой скорости вращения гильзы П-2;

ц1- угол поворота шкалы измеренный при соответствующей меньшей скорости вращения гильзы П-1

При изучении предельного динамического напряжения сдвига глинистых водных суспензий Келесского бентонита от концентрации твёрдой фазы была определена критическая концентрация структурообразования, т.е. та наименьшая концентрация дисперсной фазы, которая необходима для осуществления структурообразовательных процессов во всех объёмах минеральных дисперсий. Точка изгиба кривой ф0 = f(С) (рисунок 3)является той минимальной концентрацией, при которой происходит завершение структурного каркаса, что отвечает требованию 5-7,5% суспензия Келесского бентонита.

Рис 3. Изменение предельного динамического напряжения сдвига глинистых суспензий в зависимости от концентрации твёрдой фазы

Также на приборе определяли значения статического напряжения сдвига глинистых суспензий/4/. Вычисления значений статического напряжения сдвига осуществляли по формуле:

Р=К*ц:

где К- величина статического напряжения сдвига, соответствующая углу закручивания пружины на 10

ц - соответствующий угол поворота измерительного элемента

Для изменения пластической прочности Рm (таблица 3) применяли видоизмененный пластомер Ребиндера, с углом конуса вершины300

Пластическую прочность рассчитывали по формуле:

Рm=К*(F/h2):

где F- нагрузка на конусе в гр.

h2 - нагрузка конуса с см.

К - константа конуса, зависящая от угла, при 300С, К-1,09

Таблица 3. Изменение пластической прочности Рm в зависимости от содержания твёрдой фазы

Как видно из приведённых данных (таблица 3) по мере увеличения содержания твёрдой фазы при одинаковой нагрузке пластическая прочность закономерно возрастает. Такая закономерность сохраняется при изменении нагрузки, т.е. при сопоставлении данных полученных при различных нагрузках изменение пластической прочности от содержания твёрдой фазы несколько отличается, т.к. по мере увеличения концентрации пластическая прочность( сопротивляемость системы к погружению конической пластинки) в системе несколько возрастает

Список используемой литературы

1.Николаев А.Ф., Охрименко Г.И. Водорастворимые полимеры. -Л.: Химия,1979. -с.44

2.Григоров О.Н., Козьмина З.П. и др. Руководство к практическим работам по коллоидной химии. -М.: Химия,1964.-с. 276

3. Ахмедов К.С., Асанов А.А. и др. Устойчивость и структурообразование в дисперсных системах. -Ташкент: Изд.ФАН УзССР, 1976.-с8

4. Путилов И.К. Руководство к практическим занятиям по коллоидной химии.-М.:ВШ,1961.-с262

Размещено на Allbest.ru