對(duì)鉆探泥漿用膨潤(rùn)土水化分散性能測(cè)試的探討

岳剛

摘要：在對(duì)測(cè)試澎潤(rùn)土水化分散性能方法的基礎(chǔ)上，探討使其測(cè)試結(jié)果能夠度量膨潤(rùn)土樣品造漿能力大小的簡(jiǎn)單測(cè)試方法及有關(guān)因素，效果良好。

關(guān)鍵詞：鉆探泥漿；膨潤(rùn)土水化性分散性能；測(cè)試探討

由于膨潤(rùn)土特定的層狀結(jié)構(gòu)，使其具有較大的比表面積，因此具有較強(qiáng)的吸附性，同時(shí)由于有親水基團(tuán)OH一的存在，在水溶液中具有優(yōu)良的分散性、懸浮性及粘結(jié)性，在一定濃度范圍內(nèi)，表現(xiàn)出優(yōu)良的觸變性b1。即在有外加攪拌時(shí)，懸濁液表現(xiàn)為流動(dòng)性很好的溶膠液，停止攪拌后會(huì)自行排列成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的凝膠，而不發(fā)生沉降和水析離。這種特性，特別適于配制鉆井泥漿。

一、我國(guó)膨潤(rùn)土資源概況

膨潤(rùn)土是一種含水粘土巖，其主要組分為蒙脫石類礦物，含量在85%～90%之間。只有當(dāng)蒙脫石含量達(dá)到可加工的含量時(shí)才被稱為膨潤(rùn)土，因此膨潤(rùn)土的一些性質(zhì)都是由蒙脫石所決定的。膨潤(rùn)土具有優(yōu)異的膨脹性、吸附性、陽(yáng)離子交換性、催化性、粘結(jié)性、懸浮性和可塑性，常作為粘結(jié)劑、懸浮劑、吸附劑、凈化劑及稠化劑等被廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、紡織、藥品等諸多領(lǐng)域。蒙脫石又名微晶高嶺土，是由兩個(gè)硅氧四面體夾一層鋁氧八面體組成的2∶1型晶體結(jié)構(gòu)組成的硅酸鹽礦物。天然形成的蒙脫石種類很多，但優(yōu)質(zhì)蒙脫石并不多見(jiàn)，常常采用吸藍(lán)量和X射線衍射分析法來(lái)測(cè)定雜質(zhì)含量。若不含雜質(zhì)，蒙脫石呈現(xiàn)白色，當(dāng)含有雜質(zhì)時(shí)，則出現(xiàn)黃白、黃綠、灰色等多種不同顏色。依據(jù)蒙脫石層間的陽(yáng)離子種類，膨潤(rùn)土分為鈉基、鈣基、鎂基、鋁基等多種類型。

二、設(shè)想測(cè)試方法及有關(guān)因素的探討試驗(yàn)

根據(jù)A P I標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試造漿率的條件及，可以設(shè)想：選擇一定重量的樣品，放在沒(méi)有任何藥品的蒸餾水中，觀察樣品在其中的表現(xiàn)，這表現(xiàn)有可能反映原土造漿的特性；同樣，選擇某一定重量的樣品和一定比例的純堿，配成一定體積的漿液，觀察樣品在樣種漿液中的表現(xiàn)，這表現(xiàn)有可能反映經(jīng)純堿處理后的造漿特性。在國(guó)內(nèi)，采用塊狀粘土樣放入水中，觀察其剝離、分散、膨脹情況，稱為浸泡試驗(yàn)。我們對(duì)經(jīng) 射線衍射測(cè)定為7.1 5 A礦物為主的高嶺土，1 0A礦物為主的伊利石土，高陽(yáng)鈣基土、日本鈉基土、廣西寧明鈉基土進(jìn)行了探索性測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表（1）。

表（1）不同類型土在燕招水中沉淀體積

由表（1）知：部份膨潤(rùn)土樣品，采用小于5克樣品時(shí)，在1 00毫升蒸餾水中，其體積小于1 0毫升，而1 0 0毫升具塞量筒在1 0毫升以下沒(méi)有刻度，難以準(zhǔn)確讀數(shù)，若采用5克樣品，便可收到興利除弊的效果。國(guó)內(nèi)外都采用l一2克樣品，放在小試管內(nèi)，然后加入碳酸鈉、磷酸鈉等的水溶液，觀察2 4小時(shí)后體積膨脹情況，稱為膨脹試驗(yàn)。但是，都沒(méi)有列為造漿粘土的必測(cè)項(xiàng)目。對(duì)于樣品在純堿條件下水化分散性能的測(cè)試，需要解決和考慮的問(wèn)題：一是選擇、合適的純堿加入量（以粘土樣品重量的百分?jǐn)?shù)表示）；二是選擇合適的樣品用量。所謂合適，是要求與造漿工藝相聯(lián)系，也就是采用的純堿加入量應(yīng)該是造漿工藝要求相同或相近的量，采用的測(cè)試樣品重量應(yīng)診有利于對(duì)比分析甚至預(yù)測(cè)該樣品的造漿特性。我國(guó)現(xiàn)有造漿率大于1 6 M3/T的膨潤(rùn)土、加堿量為7%左右；造漿率小于1 0 M3/T的膨潤(rùn)土，加堿量的變化幅度較大。選用6%的用堿量，有可能兼顧最優(yōu)用堿量為5%、6%、7%的樣品的測(cè)試。因此，選擇了造漿率中等（1 4.8 M3/T）、最優(yōu)用堿量為8%的如南開(kāi)土樣和造漿率較低（3.7 M3/T）、最優(yōu)用堿量為4%的如雞場(chǎng)坪土樣進(jìn)行了不同純堿加入量對(duì)比測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表（2）。

表（2）不同用堿盆對(duì)比測(cè)試結(jié)果

利用表（2）的測(cè)試結(jié)果可作出5克樣在不同純堿量條件下的水化分散結(jié)果如圖（1）。由圖可見(jiàn)：采用6%的純堿量，造漿率不同的兩種土都獲得較大沉淀體積。所以，選用純堿加入量為6%作為測(cè)試條件是可行的。為探討測(cè)試結(jié)果與造漿能力的關(guān)系，選擇造漿率大于1 M3/T的信陽(yáng)土，造漿率小于1 6 M3/T但大于1 0 M3/T的湯山土，造漿率小于6 M3/T的雞場(chǎng)坪土和日本3 v鈉基土，進(jìn)行了在相同純堿加入量（6%）條件下的不同樣品用量對(duì)比試驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果反映出：（l）雞場(chǎng)坪土，樣品用量為5克時(shí)也只形成4 1毫升一沉淀物；（2）信陽(yáng)土、湯山土和日本3 v土，當(dāng)樣品用量為1克時(shí)，無(wú)論從量筒底部沉淀體積或從量筒上部形成的溶膠—懸浮體，都難以區(qū)分試樣的質(zhì)量；當(dāng)樣品用量為3克時(shí)，湯山土的量筒底部仍有沉淀物，而信陽(yáng)土和日本3 v土則全部形成底部無(wú)沉淀物分離的溶膠—懸浮體，可以判斷湯山土的水化分散性能不如上述兩種土，但仍不便與造漿能力相聯(lián)系；當(dāng)樣品用量為5克時(shí)，三種土都形成了凍膠狀凝膠休，顯示了泥漿屬結(jié)構(gòu)流休的特性，利用這一特性與造漿性能相聯(lián)系，可能是有效的。測(cè)試步驟：

1.樣品在蒸餾水中水化分散性能測(cè)試：稱取2 00目以細(xì)粉末樣品5.0 0克，用玻璃漏斗逐次加入盛有8 0毫升蒸餾水的1 0 0毫升具塞量簡(jiǎn)中，以保證樣品：在水中水化沉淀完全，靜置2 4小時(shí)，讀取樣品在量筒中所占體積；觀察并記錄沉淀物松、緊情況—把量筒慢慢傾斜，；若沉淀物頂面光滑不隨液面移動(dòng)而滑動(dòng)者為緊，反之為松散。

2.樣品在純堿液中水化分散性能的測(cè)試：稱取0.3 0克純堿，加入盛有6 0一7 0毫升蒸餾水的1 0 0毫升具塞量筒中，搖勻溶解。稱取2 0 0目以細(xì)樣品5.00克，加入量筒中，搖勻，加水到刻度，搖勻，靜置2 4小時(shí)，記錄樣品在量筒中所形成的形式：凝膠、溶膠—懸浮體或沉淀、并記錄沉淀的體積。

三、測(cè)試結(jié)果與造槳率的關(guān)系

測(cè)試樣品，與標(biāo)準(zhǔn)造漿率測(cè)試條件相同或相近的性能，經(jīng)我們的工作結(jié)果表明，其測(cè)試結(jié)果與造漿率存在著內(nèi)在聯(lián)系，具體表現(xiàn)為：樣品在蒸餾水巾水化分散測(cè)試結(jié)果與原土造漿率的關(guān)系：我們測(cè)試，部份鈣基、鈉基土樣的原土造漿率和樣品在蒸餾水中水化分散體積，結(jié)果列于表（3）

表（3）樣品在蒸餾水中沉淀體積和原土造槳率洲試結(jié)果

從鉆探泥漿工藝要求出發(fā)，研究泥漿用膨潤(rùn)土水化分散性能的測(cè)試方法，探索其測(cè)試結(jié)果與造漿能力的關(guān)系，不但對(duì)造漿工藝有意義，而且對(duì)工業(yè)利用方向的判別亦有意義。

參考文獻(xiàn)

[1]何雨.膨潤(rùn)土用于鉆井泥漿改性與增效機(jī)理探討【J】.中國(guó)非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊.2015，28（4）：15—17.

（作者單位：遼寧省東煤地質(zhì)一五五隊(duì)有限責(zé)任公司）