Исследование глин Крантауского месторождения

The investigation of bentonite clays of Krantaus deposit
Цитировать:
Абдикамалова А.Б., Калбаев А.М., Артикова Г.Н. Исследование глин Крантауского месторождения // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. 2018. № 8 (50). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/6155 (дата обращения: 19.09.2020).
Прочитать статью:

АННОТАЦИЯ

Изучены закономерности модифицирования бентонита Крантауского месторождения и разработаны практические основы производства бентопорошка для буровых растворов.

ABSTRACT

Regularities of modifying the bentonite of Krantaus deposit have been studied, and practical bases to produce bent powder for drilling muds have been developed.

 

Ключевые слова: рентгенография, термогравиметрия, ионообменный комплекс.

Keywords: X-ray analysis; thermogravimetric analysis; ion-exchange complex.

 

На сегодняшний день принадлежащие к числу важнейших неметаллических полезных ископаемых бентониты широко используются в различных отраслях промышленности. Глины представляют собой водные алюмосиликаты и их наиболее важные коллоидно-химические и технологические свойства зависят от минералогического и химического составов [6].

Добыча и производство бентонитовых глин в Каракалпакстане в настоящее время значительно отстаёт от потребностей промышленности. Развитие базы высококачественного бентонитового сырья и разработка технологий подготовки природного сырья с учетом области применения готовой продукций, особенностей их химико-минералогического состава, коллоидно-химических свойств является важной научной и практической задачей.

Качество глин месторождений Каракалпакстана по разведанным промышленным категориям сравнительно невысоко. Большинство месторождений представлены щелочноземельными бентонитами с примесью различных веществ. Однако проблема получения бентонитов с заданными свойствами может быть решена при использовании физико-химических методов обогащения и модифицирования.

Крантауское месторождение бентонитов по объему запасов является одним из крупнейших расположенных в центральных районах Республики Каракалпакстан. Утвержденные запасы бентонита 5 млн. т. Бентонит данного месторождения вследствие недостаточной изученности их физико-химических свойств, пока не нашел широкого применения. В этой связи исследование бентонита Крантауского месторождения, получение на его основе бентопорошков для различных целей, в том числе разработка способов приготовления глинистых буровых растворов являются актуальной задачей.

Основной целью данной работы является определение закономерностей модифицирования бентонита Крантауского месторождения и разработка практических основ производства бентопорошка для буровых растворов.

Для достижения поставленной цели необходимо выполнить комплекс исследований химико-минералогического состава и физико-химических свойств бентонита и исследовать закономерности изменение состава и свойств бентонита в процессе модифицирования.

Крантауское месторождение глин расположено на правом берегу реки Амударья, в Нукусском районе. Глины бентонитовые верхнего горизонта (К1) серого цвета, плотные, комковатые. Глины нижнего горизонта (К2) имеют мощность свыше 20 м и по сравнению с глинами верхнего горизонта более обогащены органическим углеродом. В составе бентонита (табл. 1) присутствуют оксиды кремния, алюминия, железа, титана, щелочных и щелочноземельных металлов.

Удаление крупнозернистых включений при обогащении, приводит к перераспределению массовой доли компонентов в составе глины. За счет удаления кварца, количество оксида кремния снижается в составе К1 и К2 до 61,4 и 56,4 %, соответственно, а содержание оксидов алюминия, натрия, кальция и магния увеличивается, что вызывает возрастание обменной ёмкости глин (табл. 2). Отмечается увеличение содержания монтмориллонита [1; 3].

В результате комплексного исследования качественного минерального состава бентонита рентгендифракционными методами [2] и термогравиметрии обнаружилось, что основным минералом бентонита является монтмориллонит. Минералогический состав глины К1 представлен кальциевой формой монтмориллонита, о чем свидетельствуют рентгеновские дифрактограммы, содержащие линии, характерные для последних (1,63; 0,450; 0,4493; 0,2424; 0,1740; 0,169; 0,1512 нм). Кроме того, дифрактограмма содержит еще ряд линий, характерных для иллита (1,0281; 0,4493; 0,2978; 0,1659; 0,1512 нм), каолинита (0,714; 0,4493; 0,258; 0,1512 нм), кальцита (0,3037; 0,213; 0,2019; 0,1915; 0,1862; 0,1619 нм), кварца (0,334; 0,1820; 0,1546 нм), гидрослюды (0,2838; 0,2527; 0,2018; 0,1959; 0,148 нм), полевого шпата (0,5953; 0,3236; 0,2607; 0,1915; 0,1740 нм). Интенсивность этих линий сравнительна низкая. В межпакетных позициях монтмориллонит преимущественно содержит катионы кальция и магния.

Образец глины К2 содержит в основном натриевый монтмориллонит (1,5450; 1,2923; 0,4484; 0,2592; 0,2489; 0,1767; 1,502 нм). Линии, характерные для монтмориллонита, весьма интенсивны, так как он в данном случае является основным породообразующим минералом. Кроме линий монтмориллонита, существуют также линии, характерные для иллита (1,0091; 0,4484; 0,3795; 0,3236; 0,2971; 0,1639; 0,1502 нм), каолинита (0,7161; 0,4484; 0,2.592; 0,1502 нм), гидрослюды (0,4566; 0,3607; 0,2592; 0,1767; 0,1559 нм), полевого шпата (0,3236; 0,2330; 0,1731). О том, что в глине К2 монтмориллонит представлен натриевой формой, свидетельствует рефлекс d001 = 1,236 нм.

Таблица 1.

Химический состав природных, обогащенных и модифицированных бентонитовых глин

Глина

Содержание, % на сухое вещество

SiO2

Al2O3

Fe2O3+ FeO

CaO

MgO

Na2O

K2O

P2O5

SO3

CO2

п.п.п

Природный

К1

64,2

14,9

4,7

2,3

3,5

1,1

0,6

0,2

 0,4

0,6

7,9

К2

60,3

16,8

6,6

1,1

1,9

3,6

2,4

0,2

0,3

0,1

6,7

Обогащенный

К1

61,4

15,6

4,9

2,8

3,5

1,8

0,7

0,2

 0,4

0,6

8,5

К2

56,4

18,8

6,7

1,7

1,6

3,9

2,1

0,3

0,3

0,1

8,1

Модифицированный серной кислотой

К1

67,1

13,8

2,9

2,4

3,2

0,9

0,7

0,1

0,3

0,4

8,2

К2

65,2

15,2

3,6

1,2

1,6

3,1

2,1

0,1

0,3

0,1

7,5

Модифицированный карбонатом натрия

К1

58,1

17,2

6,9

1,1

1,5

3,8

1,7

0,4

0,6

0,9

7,8

К2

56,1

18,7

7,8

0,5

1,1

4,8

1,2

0,5

0,6

0,4

8,3

 

На дифференциально-термических кривых бентонита обнаруживается ряд термических эффектов. При температурах 90‑110 °С наблюдается интенсивный эндотермический эффект, обусловленный выделением адсорбционной и межслоевой молекулярной воды. Наличие дополнительного эффекта при температурах с максимумом 500‑520 °С вызвано удалением структурной воды.

Таблица 2.

Состав ионообменного комплекса природных и модифицированных бентонитовых глин

Катионы

Содержание катионов, ммоль/100 г сухого вещества

природные

обогащенные

модифицированные

К1

К2

К1

К2

серной кислотой

карбонатом натрия

К1

К2

К1

К2

Na+

8,6

14,1

9,6

17,2

2,1

5,8

37,3

41,1

K+

10,3

13,1

6,1

8,4

0,4

1,1

1,5

2,3

Ca2+

12,3

7,8

14,5

9,8

12,1

7,4

3,4

2,8

Mg2+

9,8

5,6

11,8

7,4

3,4

4,3

4,7

2,2

Суммарно

41

40,6

42

42,8

18

18,6

46,9

48,4

 

Ионообменный комплекс бентонита представлен ионами натрия, калия, кальция и магния (табл. 2). Суммарное содержание катионов в ионообменном комплексе бентонита К1 и К2 составляет 19,2 и 23,2 ммоль/100 г. Ввиду преобладания катионов кальция и магния в составе К1, ионообменный комплекс бентонита относится к щелочноземельному, а К2 наоборот к щелочному типу.

Кислотная обработка приводит к частичному разрушению глинистых минералов. Количество оксида кремния увеличивается до 67,1 и 65,2 % для К1 и К2, соответственно. В ходе замещения обменных ионов металлов на ионы водорода и переход ионов алюминия из структурных позиций в обменные способствует приобретению поверхности бентонито-вых глин кислых свойств.

Дисперсность глин играет важную роль при приготовлении буровых растворов [4; 5]. Частицы глин коллоидных размеров, ввиду высокой их активности, оказывают большое влияние на реологические свойства и седиментационную устойчивость буровых растворов. Величина набухания является фактором, определяющим выход бурового раствора и считается одним из критериев выбора того или иного глинистого сырья для приготовления тиксотропных буровых растворов. Результаты исследований, иллюстрирующие влияние модификатора на дисперсность и набухания бентонитовых глин и на технологические свойства приготовленных на их основе буровых растворов, представлены в табл. 3.

Таблица 3.

Реологические и фильтрационные свойства 10 %-суспензий, приготовленных с использованием модифицированных глин

Наименование глины

Плотность,
г/см3

Пластическая вязкость, Мпа*с

Условная вязкость, с (ВБР-2)

Водоотдача, см3/мин.

Толщина корки, мм

СНС1/CНС10, мгс/см2

Суточный
отстой, %

К1

1,07

19,8

34

16

1

45/52

0

К2

1,065

24,5

45

10

1

54/87

0

 

Так, удаление крупнозернистых включений и обработка кальцинированной содой заметным образом увеличивают дисперсность, коллоидальность и набухаемость бентонита.

Таким образом, проведенные исследования химико-минералогического состава и физико-химических свойств природных и модифицированных форм бентонитовых глин Крантауского месторождения показали, что, используя методы обогащения и модифицирования, можно получать набор глинопорошков с заданными свойствами. Полученный в лабораторных условиях экспериментальный материал позволяет авторам рекомендовать глинопорошки к производственным испытаниям в качестве основы глинистых буровых растворов для сооружения скважин на объектах ООО «Устюртское управление разведочного бурения» на долью которых приходятся основные количества буровых работ на полезное ископаемое

 

Список литературы:
1. Абдикамалова А.Б., Хамраев С.С. Новые рецептуры комбинированных составов реагентов для создания ингибирующих глинистых буровых растворов на основе бентонитов Каракалапакстана // Бурение и нефть. – 2016. - № 5. – C. 30-32.
2. Абдикамалова А.Б., Хамраев С.С. Химико минералогические аспекты возможности применения некоторых бентонитовых глин Каракалпакстана в качестве основы для получения эффективных глинистых буровых растворов // Бурение и нефть. – 2016. - № 5. – C. 56-59.
3. Абдикамалова А.Б., Хамраев С.С. Химико–минералогический анализ бентонитовых глин Крантауского месторождения и возможности повышения эффективности их применения как сырья для получения глини-стых буровых растворов // Узбекский химический журнал. – 2015. - № 5. – С. 32-35.
4. Булатов А.И., Макаренко П.П., Проселков Ю.М. Буровые промывочные и тампонажные растворы – М.: Недра, 1995. – 424 c.
5. Городнов В.Д. Буровые растворы – М.: Недра, 1985. – 206 c.
6. Осипов В.И., Соколов В.Н. Глины и их свойства. Состав, строение и формирование свойств. – М.: ГЕОС, 2013. – 578 с.

 

Информация об авторах

доктор (PhD) философии по техническим наукам, ассистент кафедры Общей и неорганической химии, Каракалпакский государственный университет, 230112, Каракалпакстан, г. Нукус, ул. Ч. Абдирова 1

Doctor of Philosophy (PhD) on Technical Sciences, Assistant of General and Inorganic Chemistry Chair, Karakalpak State University, 230112, Karakalpakstan, Nukus, Ch. Abdirov Street, 1

студент Химико-технологического факультета, Каракалпакский государственный университет, 230112, Каракалпакстан, г. Нукус, улица Ч. Абдирова, 1

student of the Chemical and Technological Faculty, Karakalpak State University 230112, Karakalpakstan, Nukus, Ch. Abdirova street, 1

ассистент кафедры Общей и неорганической химии, Каракалпакский государственный университет, 230112, Каракалпакстан, г. Нукус, ул. Ч. Абдирова 1

Assistant of General and Inorganic Chemistry Chair, Karakalpak State University, 230112, Karakalpakstan, Nukus, Ch. Abdirov Street, 1

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-55878 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ларионов Максим Викторович.
Top