油田化学第1章 粘土矿物.pptVIP

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晶片 硅氧四面体片的六方网格结构 内切圆直径0.288nm,硅氧四面体片的厚度0.5nm 2、铝氧八面体与铝氧八面体晶片 二、基本结构层 高岭石的晶体结构 2. 2：1型晶层：由两个硅氧四面体晶片与一个铝氧 八面体晶片构成。 蒙脱石的晶体结构 三、由基本结构层重复堆叠引伸出来的概念 一、高岭石 常见的粘土矿物-高岭石 （最早发现于中国景德镇高岭村而得名） 2 晶格取代 硅氧四面体中的Si和铝氧八面体中的Al为其他原子（通常是低一价的金属原子）取代而晶体骨架保持不变。 3 阳离子交换容量（C.E.C) 5 高岭石特点 D、C.E.C低（30-150 mmol/kg) 　在三种常见的粘土矿物中，高岭石的Ｃ.E.C最低。原因在于高岭石几乎不存在晶格取代，所以带负电荷很少，周围吸附的阳离子数目少，可发生交换的阳离子数目就更少了，所以C.E.C小。 二、 蒙脱石 常见的粘土矿物-蒙脱石 2 蒙脱石特点 D、C.E.C 大（700-1300 mmol/kg土) 三 、伊利石 2 伊利石特点 D、C.E.C 介于高岭石与蒙脱石之间（200-400mmol/kg土) 2 绿泥石特点 ?定义：指粘土矿物在与水接触时的带电 符号和带电量。 1 可交换阳离子的解离 粘土带电量通常用C.E.C表示， C.E.C越大，说明粘土所带负电荷越多，三种常见粘土矿物的C.E.C大致如下。 2、表面羟基与H+和OH-的反应 (1) 表面水化 ?由于伊利石取代位置主要在Si-O四面体中，产生的负电荷离晶层表面近，与吸附的K+产生很强的静电力，层间引力较强，水分子不易进入晶层. ? K+的大小刚好嵌入硅氧四面体片构成的六方网格内切圆空穴中，周围有12个氧与它配伍，起到连接作用，水分子不易进入晶层； ?伊利石由于晶格取代作用产生的负电荷由K+来平衡，由于伊利石取代位置主要在Si-O四面体中，产生的负电荷离晶层表面近，故与K+产生很强的静电力， K+不易交换下来。 ? K+的大小刚好嵌入相邻晶层间的氧原子网格形成的空穴中，起到连接作用，周围有12个氧与它配伍，因此， K+连接通常非常牢固，不易交换下来。 Ｅ、造浆率低 四、绿泥石 1 绿泥石晶体结构示意图 水镁石片 Si-O Si-O Al-O 水镁石片 A、2：1型粘土矿物 B、层间域为水镁石片，片中的镁被铝取代，使它带正电，可代替可交换阳离子补偿2：1层型结构中由于铝取代硅产生的不平衡电价。 C、晶层间的作用力有氢键、静电力，引力强，晶层间距C=14.2?，属非膨胀型粘土矿物。 一、粘土的带电性 ?粘土带电性验证 电泳实验（粘土在水中移向正极，带负电荷） ?粘土带电性来源 吸附 表面羟基与H+与OH-的反应 可交换阳离子的解离 第三节 粘土矿物的性质 粘土在自然界形成时发生晶格取代作用产生负电荷，为了达到电平衡必然从周围环境吸附等量的可交换阳离子。 可交换阳离子以扩散的方式排列在粘土矿物的表面，形成扩散双电层，使粘土带负电。 粘土表面负电荷的静电作用 （使其靠近粘土表面） 热运动（使其从粘土矿物表面解离下来） 扩散双电层模型 粘土表面吸附的带相反电荷的正离子（即反离子）与水接触时，在静电吸引和热运动两种效应的作用下，只有一部分紧密地排在固体表面附近，相距约一、二个离子厚度称为紧密层； 另一部分离子按一定的浓度梯度扩散到溶液中，称为扩散层。 双电层由紧密层和扩散层构成。移动的动切面为AB面。 思考题：为什么伊利石单位晶胞所带负电荷比蒙脱石多，而C.E.C却比蒙脱石小？ 200-400 Si-O四面体 晶格取代 伊利石 700-1300 Al-O八面体 晶格取代 蒙脱石 30-150 边缘 解离 高岭石 C.E.C mmol/kg土 电荷分布 带电原因（主） 矿物名称 表面羟基 粘土矿物晶体表面上的羟基 粘土矿物边缘断键处产生的羟基 3、吸附 在酸性环境中：羟基与H+反应，粘土带正电性。 ﹥Al-OH + H+ ﹥Al-OH2+ 在碱性或中性条件下：羟基与OH-反应，粘土带负电性。 ﹥Al-OH + OH- ﹥Al-O- + H2O 吸附负电性离子（OH-、SiO32-）：使粘土负电性增加 吸附正电性离子（NW-1）：使粘土负电性减少 第一篇 钻井化学 钻井液化学 钻井化学 水泥浆化学 粘土矿物 粘土与钻井工程的关系 (1)粘土为钻井液的重要组成成分之一 (2)钻井过程中井眼