膨润土遇水膨胀的物理化学特性

高纯膨润土在多水条件下，膨润土容易遇水膨胀，膨润土晶体结构非常微细，这一特殊的微细晶体结构决定其有许多优良物理化学特性： （1）吸水性：在充分水化环境中，层间距可增大，吸水后体积可增大l0～30倍。 （2）悬浮性：膨润土矿物质颗粒细小(0.2μm 以下)，它的单位晶层之间易分离，水分子易进入晶层与晶层之间，特别是蒙脱石在充分水化后，与水形成一种胶体。另外，由于蒙脱石晶胞都带有相同数目的负电荷，彼此同性相斥。在稀溶液里很难聚集成大颗粒当水混悬液pH>7时，膨胀性更强，助悬效果更好。 （3）触变性：结构中的羟基在静置的介质中会产生氢键，使之成为均匀的胶状物，并且有一定的粘度，当在外界剪切力存在下进行搅拌时，氢键被破坏，粘度减弱，所以膨润土溶液在搅动时，悬浮液表现为流动性很好的溶胶液，停止外加搅动，就会自行排列成具有立体网状结构的凝胶，并不发生沉降分层和有水离析出来，再施加外力搅动时，凝胶又能迅速打破，恢复流动性，这种特性使膨润土在混悬剂方面具有特别重要的意义。 （4）粘结性：膨润土与水混合带来的粘结性来源于多方面，如膨润土亲水、颗粒细小，晶体表面电荷多样化，颗粒不规则，羟基与水形成氢键，由多种聚集形式形成溶胶，使膨润土与水混合具有很大的粘结性。 （5）吸附性：膨润土中Al3+ 被不同离子取代后，引起内部电荷不平衡，形成电性吸附中心，同时又由于蒙脱石独特的双八面体结构和层纹状组合，具有较大的比表面积，所以具有高度的选择吸附性。 （6）离子交换性：从结构上看，膨润土是由两层硅氧四面体中间夹一层铝氧八面体，在晶胞内高价可被低价的阳离子置换，致使单位晶层中的电荷不平衡，膨润土带负电，必然从周围介质中吸附一些可交换的K+ 、Na+ 、ca2+ 、Mg2+ 来平衡电荷， 常见的可交换阳离子是ca2+和Na+ ，因此，根据所含的可交换阳离子的种类和含量。 （7）稳定性：膨润土能耐300℃高温，具有良好的热稳定性，不溶于水，微溶于强酸、强碱，常温下不被氧化或还原，不溶于有机溶剂。具有良好的化学稳定性。 （8）无毒性：膨润土对人、畜、植物无毒害和腐蚀作用，对人体皮肤无刺激，对神经、呼吸系统无影响，可用于医药载体。 因此，膨润土被称为“ 粘土”，国内外将其广泛用于冶金球团、铸造、钻井泥浆、纺织印染、橡胶、造纸、化肥、农药、改良土壤、干燥剂、化妆品、牙膏、水泥、陶瓷工业、纳米材料、无机化工等领域。

关于影响钻井泥浆膨润土造浆质量的因素

造浆率是衡量钻井液质量的重要因素，称为膨润土造浆率。质量差的膨润土，即润滑性差，导致钻具冷却效果不好，导致钻具磨损异常，膨润土本身粘性性差，粘度普遍偏低，使钻井的质量大打折扣，容易出现钻井卡钻、塌孔、埋钻等严重事故，从而影响钻探施工。经实验室多次试验总结，现就影响膨润土造浆率的原因做一简单分析。 原因一：膨润土产品本身质量差 在有的膨润土厂家生产的膨润土，不经检测吸蓝量这一重要指标，数值低。直接用于膨润土的制造加工，导致膨润土产品质量不稳定，过于劣质，还找不出原因，吸蓝量是评价膨润土中蒙脱石相对含量的主要技术指标，而膨润土是以蒙脱石为主要成分的黏土岩，吸蓝量过低，显示该土并非膨润土或是质量相对差的膨润土，在制备泥浆土时导致造浆率低，粘性差，塌孔严重。 原因二：膨润土钠化不充分 的膨润土大多为钙基膨润土，但是人工钠基膨润土的物理性能高于钙基膨润土，所以对天然钙基膨润土进行钠化改型是膨润土生产厂家必经的生产加工过程。常用的改型剂为纯碱，或烧碱（一般烧碱配泥浆用提粘度效果好）一般分为干加碱、堆放钠化和挤压钠化，生产厂家考虑到时间问题、成本问题和安装挤压设备资金问题，会采用不同的钠化方式，有的厂家根本没有将纯碱与膨润土矿充分搅拌均匀直接放入雷蒙磨中加工，出现质量有时候合格有时不合格。 原因三：膨润土的加碱量 不同厂家、不同质量的膨润土矿，加碱量不一样，添加适当的碱量能使膨润土达到 的悬浮效果。在寄来的膨润土中，我们发现膨润土碱的含量普遍不均匀、含量不稳定有的合适有的偏低。 原因四：水质的影响 （1）在西部探区、沙漠腹地浅层地下水比较丰富，但多数水是矿化度盐碱地含量偏盐量高（水的矿化度又称水的含盐量，是表示水中所含盐类的数量）大于5000~10000ppm的盐水。由于盐含量较高，即便用优质膨润土也配不出性能较好的膨润土浆。我司就此问题，也为客户提供了有效的抗盐添加剂来改善这一现象。 （2） 施工工地制浆时就近取水，水质存在污染问题，含钙、镁离子浓度高，水质硬度偏高，这些都会导致泥浆析水，所以需要对水质进行必要的软化处理。