鉆井液原理第二章粘土礦物ppt課件

1、粘土礦物粘土礦物和粘土膠體化學(xué)根底和粘土膠體化學(xué)根底鉆井液工藝原理電子教案鉆井液工藝原理電子教案 第二章第二章O前往鉆井液工藝原理電子教案第二章粘粘土土粘土粘土與鉆與鉆井的井的關(guān)系關(guān)系 1粘土作為鉆井液的重要組成成分，配漿原資料。 2鉆井過程中井眼的穩(wěn)定性，泥頁巖的主要組成部分，75%地層為泥頁巖，90%的井壁不穩(wěn)定發(fā)生在泥頁巖。3油氣層的維護，粘土礦物膨脹與鉆井液配漿粘土堵塞。O前往前言前言2粘土：疏松的尚未固結(jié)成巖的以粘土礦物為主的50%堆積物。 3粘土巖俗稱：泥頁巖：粘土礦物經(jīng)堆積、固結(jié)成巖作用后成為粘土巖。 1粘土礦物：細分散的2um含水的鋁硅酸鹽類礦物的總稱，可進一步分為晶質(zhì)具有晶體

2、構(gòu)造的和非晶質(zhì)，自然界中所見到的粘土礦物絕大多數(shù)是晶質(zhì)的。 鉆井液工藝原理電子教案鉆井液工藝原理電子教案 第二章第二章第一節(jié) 粘土礦物的晶體構(gòu)造O前往一、粘土礦物的兩種根本構(gòu)造單元一、粘土礦物的兩種根本構(gòu)造單元1、硅氧四面體與硅氧四面體晶片、硅氧四面體與硅氧四面體晶片 硅氧四面體：有一個硅原子與四個氧原子，硅原子在四面體的中心，氧原子在四面體的頂點，硅原子與各氧原子之間的間隔相等，其構(gòu)造見右圖。頂氧 底氧 硅氧面體晶片：指硅氧四面體網(wǎng)絡(luò)。硅氧四面體網(wǎng)絡(luò)由硅氧四面體經(jīng)過相臨的氧原子銜接而成，其立體構(gòu)造見右圖。 2、鋁氧八面體與鋁氧八面體晶片 鋁氧八面體：六個頂點為氫氧原子團，鋁、鐵或鎂原子居于八

3、面體中央(如右圖所示)。鉆井液工藝原理電子教案鉆井液工藝原理電子教案 第二章第二章O前往第一節(jié) 粘土礦物的晶體構(gòu)造氧或羥基鋁氧八面體晶片：多個鋁氧八面體經(jīng)過共用的OH銜接而成的AL-O八面體網(wǎng)絡(luò)3、晶片的結(jié)合、晶片的結(jié)合層面是O層面上是OHSi-O晶片Al-O晶片鉆井液工藝原理電子教案鉆井液工藝原理電子教案 第二章第二章O前往第一節(jié) 粘土礦物的晶體構(gòu)造晶層：四面體晶片與八面體晶片以適當?shù)姆绞浇Y(jié)合，構(gòu)成晶層11：1型晶層：由一個硅氧四面體晶片與一個鋁 氧八面體 晶片構(gòu)成。22：1型晶層：由兩個硅氧四面體晶片與一個鋁氧八面體型晶層：由兩個硅氧四面體晶片與一個鋁氧八面體 晶片構(gòu)成。晶片構(gòu)成。氧原子氧

4、原子Si-O晶片Al-O晶片Si-O晶片第一節(jié) 粘土礦物的晶體構(gòu)造1 1、根本概念、根本概念鉆井液工藝原理電子教案鉆井液工藝原理電子教案 第二章第二章O前往二、幾種常見粘土礦物的晶體構(gòu)造二、幾種常見粘土礦物的晶體構(gòu)造1 1晶格取代：在粘土礦物晶體中，一部分陽離子被另外晶格取代：在粘土礦物晶體中，一部分陽離子被另外 陽離子所置換，而晶體構(gòu)造不變，產(chǎn)生過陽離子所置換，而晶體構(gòu)造不變，產(chǎn)生過 剩電荷的景象。剩電荷的景象。Si-O四面體：Al3+取代Si4+Al-O八面體： Mg2+、Fe2+取代Al3+ 粘土帶 負負電荷例例1 1：蒙脫石在不發(fā)生晶格取代時，其理想構(gòu)造式為：蒙脫石在不發(fā)生晶格取代時，

5、其理想構(gòu)造式為： Al4Si8O2(OH)4.nH2O Al4Si8O2(OH)4.nH2O 蒙脫石的實踐構(gòu)造式為： (1/2Ca,Na)x(MgxAl4-x)(Si8O20)(OH)4.nH2O例例2 2：伊利石在不發(fā)生晶格取代時，其理想構(gòu)造式為：伊利石在不發(fā)生晶格取代時，其理想構(gòu)造式為： Al4 Al4Si8O20Si8O20OHOH4 4 伊利石的實踐構(gòu)造式為： (K)xAl4(Si8-xAlx)O20(OH)202 2陽離子交換容量陽離子交換容量C.E.C) C.E.C) 定義：分散介質(zhì)PH=7時，100g粘土所能交換下來的陽離子的毫摩爾數(shù)以一價陽離子毫摩爾數(shù)表示。C.E.C可用來表示

6、粘土在水中帶電性的多少，它與粘土的水化分散、吸附等性質(zhì)親密相關(guān)。3造漿率：一噸干粘土所能配制粘度表觀粘度為造漿率：一噸干粘土所能配制粘度表觀粘度為 15mPa.s鉆鉆 井液的體積數(shù)，井液的體積數(shù)，m3/T。造漿率粘土的水化分散才干2、幾種常見粘土礦物的晶體構(gòu)造、幾種常見粘土礦物的晶體構(gòu)造1高嶺石高嶺石晶體構(gòu)造表示圖高嶺石特點高嶺石特點Si-OAl-OOHOA、1：1型粘土礦物B、幾乎不存在晶格取代，負電量少C、晶層間引力以氫鍵為主，引力強，晶層間距C=7.2問題：高嶺石屬非膨脹性粘土礦物，為什么？ 高嶺石上下相臨的層面，一面為OH面，另一面為O面，而O與OH很容易構(gòu)成氫鍵，層間引力較強，晶層間

7、銜接嚴密，水分子不易進入晶層。D D、C.E.CC.E.C低低3-15 mmol/100g)3-15 mmol/100g)在三種常見的粘土礦物中，高嶺石的在三種常見的粘土礦物中，高嶺石的.E.C.E.C最低。最低。緣由在于高嶺石幾乎不存在晶格取代，所以帶負緣由在于高嶺石幾乎不存在晶格取代，所以帶負電荷很少，周圍吸附的陽離子數(shù)目少，可發(fā)生交電荷很少，周圍吸附的陽離子數(shù)目少，可發(fā)生交換的陽離子數(shù)目就更少了，所以換的陽離子數(shù)目就更少了，所以C.E.CC.E.C小。小。、造漿率低、造漿率低高嶺石晶層間以氫鍵為主，引力較強，晶層間銜接高嶺石晶層間以氫鍵為主，引力較強，晶層間銜接嚴密，水分子不易進入晶層間

8、，水化作用僅限于外外嚴密，水分子不易進入晶層間，水化作用僅限于外外表，故水化分散才干差，造漿率低。表，故水化分散才干差，造漿率低。蒙脫石蒙脫石Al-OSi-OSi-OSi-OSi-OAl-O蒙脫石晶體構(gòu)造表示圖蒙脫石晶體構(gòu)造表示圖蒙脫石特點蒙脫石特點A、2：1型粘土礦物型粘土礦物B、存在晶格取代，取代位置主要在、存在晶格取代，取代位置主要在AL-O八面體中，即八面體中，即AL3+被被Mg2+、Fe2+和和Zn2+等取代，產(chǎn)生的負電荷由等量的等取代，產(chǎn)生的負電荷由等量的Na+或或Ca2+來平衡。來平衡。 C、晶層間引力以分子間力為主，引力弱，晶層間距、晶層間引力以分子間力為主，引力弱，晶層間距C

9、=9.6- 40，屬膨脹型粘土礦物，為什么？，屬膨脹型粘土礦物，為什么？ 蒙脫石上下相臨的層面皆為O面，晶層間引力以分子間力為主，層間引力較弱，水分子易進入晶層。 蒙脫石由于晶格取代產(chǎn)生較多的負電荷，在它周圍必然會吸附等電量的陽離子，水化陽離子給粘土帶來厚的水化膜，使蒙脫石膨脹。D、C.E.C 大大70-130 mmol/100g土土) 、造漿率高、造漿率高 蒙脫石晶層間引力以分子間力為主，層間引力較弱，水分子易進入晶層，引起蒙脫石水化膨脹。 蒙脫石負電荷多，吸附陽離子數(shù)量，水化陽離子給粘土帶來厚的水化膜，使蒙脫石水化膨脹。 由于蒙脫石具有很強的水化膨脹才干，造漿率高，所以它是鉆井泥漿的主要配

10、漿資料。緣由在于蒙脫石存在晶格取代，所以帶負電荷較多，周圍吸附的陽離子數(shù)目較多，可發(fā)生交換的陽離子數(shù)目多，所以C.E.C大。3伊利石伊利石 伊利石晶體構(gòu)造表示圖伊利石晶體構(gòu)造表示圖伊利石特點伊利石特點 Al-OSi-OSi-OK+A、2：1型粘土礦物型粘土礦物B、存在晶格取代，取代位置主要在、存在晶格取代，取代位置主要在Si-O四面體中，且取代數(shù)目比蒙脫石四面體中，且取代數(shù)目比蒙脫石多，產(chǎn)生的負電荷由等量的多，產(chǎn)生的負電荷由等量的K+來平來平衡。衡。C、晶層間引力以靜電力為主，引力、晶層間引力以靜電力為主，引力強，晶層間距強，晶層間距C=10，屬非膨脹型粘，屬非膨脹型粘土礦物。為什么？土礦物。

11、為什么？ 由于伊利石取代位置主要在由于伊利石取代位置主要在Si-OSi-O四面體中，產(chǎn)生的負四面體中，產(chǎn)生的負電荷離晶層外表近，與吸附的電荷離晶層外表近，與吸附的K+K+產(chǎn)生很強的靜電力，層間產(chǎn)生很強的靜電力，層間引力較強，水分子不易進入晶層引力較強，水分子不易進入晶層. . K+ K+的大小剛好嵌入相鄰晶層的大小剛好嵌入相鄰晶層間的氧原子網(wǎng)格構(gòu)成的空穴中，間的氧原子網(wǎng)格構(gòu)成的空穴中，周圍有周圍有1212個氧與它配伍，起到銜個氧與它配伍，起到銜接作用，水分子不易進入晶層；接作用，水分子不易進入晶層；D、C.E.C 大介于高嶺石與蒙脫石之間大介于高嶺石與蒙脫石之間20-40mmol/100g土土

12、) 蒙脫石由于晶格取代作用產(chǎn)生的負電荷由蒙脫石由于晶格取代作用產(chǎn)生的負電荷由K+K+來平衡，由于來平衡，由于蒙脫石取代位置主要在蒙脫石取代位置主要在Si-OSi-O四面體中，產(chǎn)生的負電荷離晶層四面體中，產(chǎn)生的負電荷離晶層外表近，故與外表近，故與K+K+產(chǎn)生很強的靜電力，產(chǎn)生很強的靜電力， K+ K+不易交換下來。不易交換下來。 K+ K+的大小剛好嵌入相鄰晶層間的氧原子網(wǎng)格構(gòu)成的空穴的大小剛好嵌入相鄰晶層間的氧原子網(wǎng)格構(gòu)成的空穴中，起到銜接作用，周圍有中，起到銜接作用，周圍有1212個氧與它配伍，因此，個氧與它配伍，因此， K+ K+銜銜接通常非常結(jié)實，不易交換下來。接通常非常結(jié)實，不易交換下

13、來。、造漿率低、造漿率低 普通情況下，隨著地層深度的添加，伊利石含量添加蒙脫石含量減少，因此，下部地層縮徑景象少，以剝落掉塊、坍塌為主。 海泡石族 海泡石俗稱抗鹽土，屬鏈狀構(gòu)造的含水鋁鎂硅酸鹽礦物，主要包括：海泡石、凹凸棒石、坡縷縞石等。它的晶體構(gòu)造多為纖維狀，其特點是：硅氧四面體所組成的六角環(huán)都依上下相反方向?qū)α?，并且相互間被其它的八面體氧或氫氧群所銜接，鋁或鎂位居八面體的中央，同時，構(gòu)造中還保管了一系列的晶道，具有極大的內(nèi)部外表，水分子可以進入內(nèi)部孔道。 實驗證明，海泡石和凹凸棒石不僅抗鹽性好，抗溫性亦比膨潤土好。目前鉆井中運用的海水鉆井液、鹽水飽和鹽水鉆井液普通運用海泡石配漿，而抗高溫鉆

14、井液那么普通運用凹凸棒石作為配漿粘土，性能要比普通造漿土好得多。 鉆井液工藝原理電子教案鉆井液工藝原理電子教案 第二章第二章O前往第二節(jié)第二節(jié) 粘土的性質(zhì)粘土的性質(zhì)一、帶電性一、帶電性前言前言定義：指粘土礦物在與水接觸時的帶電符號和帶電量定義：指粘土礦物在與水接觸時的帶電符號和帶電量粘土帶電性驗證：電泳實驗粘土在水中移向正極，帶負電荷粘土帶電性驗證：電泳實驗粘土在水中移向正極，帶負電荷 電荷產(chǎn)生緣由電荷產(chǎn)生緣由電荷來源值等的影響受粘土表面化學(xué)變化和表面電荷（可變電荷）晶格取代永久電荷（構(gòu)造電荷）pH1、永久電荷 晶格取代：粘土礦物晶體構(gòu)造中一部分陽離子被另外一部分陽離子所取代置換，但晶體構(gòu)造不

15、變的景象。 由于晶格取代是低價陽離子取代了高價陽離子，產(chǎn)生了過剩的負電荷，因此，普通情況下粘土帶負電。 伊利石與蒙脫石相比雖晶層構(gòu)造一樣但由于晶格取代位置不同，因此層面電荷密度不同，水化難易程度不同。 2、外表羥基與、外表羥基與H+與與OH-的反響可變電荷的反響可變電荷在酸性環(huán)境中：羥基與在酸性環(huán)境中：羥基與H+反響，粘土帶正電性。反響，粘土帶正電性。Al-OH + H+ Al+ + OH-在堿性或中性條件下：羥基與在堿性或中性條件下：羥基與OH-反響，粘土帶負電性。反響，粘土帶負電性。Al-OH + OH- Al-O- + H2O3、吸附、吸附吸附負電性離子OH-、SiO32-：使粘土負電性

16、添加吸附正電性離子NW-1：使粘土負電性減少分類換離子交換吸附，離子交化學(xué)吸附，化學(xué)鍵力力等物理吸附，氫鍵，分子粘土礦物帶電量 粘土帶電量通常用C.E.C表示， C.E.C越大，闡明粘土所帶負電荷越多，三種常見粘土礦物的C.E.C大致如下。礦物名稱C.E.C高嶺石3-15蒙脫石70-130伊利石20-40思索題：為什么伊利石單位晶胞所帶負電荷比蒙脫石多，而C.E.C卻比蒙脫石?。?CEC：pH值等于7的水溶液中1千克粘土中可被交換出來的陽離子電荷總數(shù)。 常見粘土礦物帶電性區(qū)別礦物名稱帶電原因（主）電荷分布C.E.Cmmol/100g土高嶺石解離邊緣3-15蒙脫石晶格取代AL-O八面體70-13

17、0伊利石晶格取代SI-O四面體20-40影響要素：粘土類型；分散程度；CEC；pH值等 第三節(jié) 粘土的水化膨脹作用 一、定義一、定義 水化：粘土礦物外表容易吸附較多水分子的特性。水化：粘土礦物外表容易吸附較多水分子的特性。 膨脹：粘土吸水后體積增大的性質(zhì)。膨脹性是衡量粘土親膨脹：粘土吸水后體積增大的性質(zhì)。膨脹性是衡量粘土親 水性的目的，親水性越強，吸水量越大，水化膨脹越厲害。水性的目的，親水性越強，吸水量越大，水化膨脹越厲害。 鉆井液工藝原理電子教案鉆井液工藝原理電子教案 第二章第二章O前往二、二、 粘土的水化膨脹性粘土的水化膨脹性二、水化膨脹機理二、水化膨脹機理 各種粘土都會吸水膨脹，只是不

18、同的粘土礦物水化膨脹的程度不同而已。粘 土水化膨脹受三種力制約：外表水化力、浸透水化力和毛細管作用。(1)外表水化外表水化 定義：由粘土晶體外表直接吸附水分子和經(jīng)過所吸附的可交換性陽離子間接吸附水分子而導(dǎo)致的水化。 外表水化機理 直接水化：粘土外表上的H+和OH-經(jīng)過氫鍵吸附水分子間接水化：經(jīng)過所吸附的可交換性陽離子間接吸附水分子 (2) 浸透水化浸透水化 定義：由于晶層間陽離子濃度大于溶液內(nèi)部 的陽離子濃度，因此發(fā)生水的濃差分散，使水進入晶層. 作用機理：濃差分散二、二、 粘土的水化膨脹性粘土的水化膨脹性O(shè)前往分散雙電層的構(gòu)成：分散雙電層的構(gòu)成：+滑動面吸附的可交換陽離子解離, 構(gòu)成分散雙電

19、層,產(chǎn)生負電性,晶層間相互排斥,間距增大,表現(xiàn)出膨脹性水(3) 粘土的膨脹粘土的膨脹膨脹后分散二、二、 粘土的水化膨脹性粘土的水化膨脹性O(shè)前往(4)評價方法：吸水量法和膨脹量法吸水量：總吸水量，單位分量土吸附水的總量分量或質(zhì)量；比親水量：單位外表積吸水量相當于外表水化膜厚度。 泥頁巖比親水量界面物理化學(xué)含義表示圖泥頁巖比親水量界面物理化學(xué)含義表示圖 二、二、 粘土的水化膨脹性粘土的水化膨脹性O(shè)前往 膨脹量：單位分量粘土的膨脹體積體積不受限制，另外一種表示方法水化應(yīng)力，即體積堅持不變時，泥頁巖水化所產(chǎn)生的應(yīng)力效應(yīng)。 123傳感器二、二、 粘土的水化膨脹性粘土的水化膨脹性O(shè)前往5粘土礦物水化膨脹的

20、影響要素a. 粘土的帶電量，添加，膨脹性增大b. 粘土礦物種類，蒙脫石伊利石高嶺石c. 粘土礦物補償可交換陽離子種類有關(guān)，如鈣土Ca2+晶層間距最大可達1.7nm，而鈉土Na+晶層間距可達4nm。d. 溶液中的離子濃度，離子濃度添加，嚴重緊縮雙電層結(jié)果： e. 溫度、濕度等條件有關(guān)不易水化水化膜斥力下降下降雙電層斥力)(二、二、 粘土的水化膨脹性粘土的水化膨脹性O(shè)前往第三節(jié) 粘土的水化膨脹作用鉆井液工藝原理電子教案鉆井液工藝原理電子教案 第二章第二章O前往三、三、 粘土的吸附性粘土的吸附性1、 吸附：物質(zhì)在兩相界面上自動濃集吸附：物質(zhì)在兩相界面上自動濃集(界面濃度大于內(nèi)部界面濃度大于內(nèi)部 濃度

21、濃度的景象。的景象。 吸附質(zhì)：被吸附的物質(zhì)鉆井液處置劑吸附質(zhì)：被吸附的物質(zhì)鉆井液處置劑 吸附劑：吸附吸附質(zhì)的物質(zhì)粘土吸附劑：吸附吸附質(zhì)的物質(zhì)粘土物理吸附：范德華引力引起，普通無選擇性， 吸附熱較小，容易脫附2、吸附分類、吸附分類化學(xué)吸附：化學(xué)鍵力引起，具有選擇性，吸附熱較大，不易脫附。例：陰離子和非離子處置劑在粘土上的吸附例：陽離子處置劑在粘土上的吸附1離子交換吸附粘土礦物外表上離子通常為補償性陽離子與溶液中同號離子間的交換作用。如自然界中的膨潤土即蒙脫土絕大多數(shù)為鈣蒙脫土，可轉(zhuǎn)化為鈉蒙脫土， Ca2+土+Na2CO3 2Na+土+CaCO32特點同號、等電量、可逆3影響要素a. 離子價數(shù) 離

22、子價數(shù)越大越容易發(fā)生離子交換b. 離子半徑 離子半徑越大離子水化半徑越小，離子的吸附性越強交換才干越大，通常離子的交換才干由弱到強的陳列順序為Li+Na+K+(NH4+)Mg2+Ca2+Ba2+Al3+Fe3+5um時，就沒有布朗運動顆粒在液體介質(zhì)中遭到的凈重力為： F1=4/3r3(-0)gc. 介質(zhì)粘度 固體顆粒在液體介質(zhì)中的下沉速度為：v =2r2(-0)g/92聚結(jié)穩(wěn)定性影響要素聚結(jié)穩(wěn)定性影響要素3、聚結(jié)穩(wěn)定性影響要素、聚結(jié)穩(wěn)定性影響要素 1粒子間作用力粒子間作用力引力：范德華引力斥力靜電斥力分散雙電層水化膜斥力水分子在粒子周圍定向陳列電解質(zhì)濃度反離子價數(shù)反離子直徑緊縮分散雙電層負電性

23、斥力緊縮分散雙電層負電性斥力水化半徑越容易接近粒子緊縮分散雙電層 負電性斥力 3靜電穩(wěn)定實際：膠體質(zhì)點之間存在著Van der Waals范德華引力、范氏力吸引作用，而質(zhì)點在相互接近時，又由于雙電層的重疊而產(chǎn)生靜電排斥作用，膠體的穩(wěn)定性就取決于質(zhì)點之間吸引力與排斥力作用的相對大小。20世紀40年代，由前蘇聯(lián)科學(xué)家Derjaguin、Landau和荷蘭科學(xué)家Verwey、Overbeek提出了關(guān)于各種外形質(zhì)點之間的相互吸引能與雙電層排斥能的計算方法，并據(jù)此對憎液膠體的穩(wěn)定性進展了定量處置，此即為膠體穩(wěn)定性的DLVO實際。它是目前對膠體穩(wěn)定性，以及電解質(zhì)對膠體穩(wěn)定性的影響解釋得比較完善的實際。假設(shè)

24、膠體顆粒在布朗運動中相互碰撞時，吸力大于斥力，那么膠粒聚結(jié)變大，失去聚結(jié)穩(wěn)定性，從而失去體系穩(wěn)定；反之，當斥力大于吸力時，粒子碰撞后馬上分開，堅持分散形狀，體系堅持其穩(wěn)定性。 4兩個溶膠粒子間的吸力 溶膠粒子間的吸力實踐上是范德華力，指的是以下三種涉及偶極子的長程相互作用：兩個永久偶極子之間的相互作用、永久偶極子與誘導(dǎo)偶極子間的相互作用以及誘導(dǎo)偶極子之間的色散相互作用。這三種相互作用全系負值，即相互吸引，其大小與分子間間隔的6次方成反比。但是溶膠粒子與單個分子不同，它是許多分子的聚集體，因此，溶膠粒子間的引力是膠體粒子中一切分子引力的總和。溶膠粒子的引力與間隔的3次方成反比，屬于 “遠程范德華

25、引力，它甚至在分開顆粒外表100nm或更遠的間隔上仍其作用。 兩個溶膠粒子間引力的數(shù)學(xué)表達式：對于同一物質(zhì)，半徑為a的兩個球形溶膠粒子之間的引力位能相互作用能其中：A哈馬克Hamaker常數(shù)，10-1910-20J；H兩球之間的最短間隔。 HAaVA12/對于兩彼此平行板膠體粒子如粘土膠體之間的引力位能： 212/DAVA其中：D兩平行板間的間隔。 以上兩式是指在真空中物質(zhì)的兩膠?；蚍肿釉诮g隔時的相互作用，對于分散在介質(zhì)中的膠粒，那么應(yīng)該用有效Hamaker常數(shù)來替代。如膠體顆粒1浸沒于介質(zhì)2中，那么 1222111212AAAA221112AAA由于 所以 22211121AAA 可以看出

26、，A121總是正值，即一種顆粒分散在另外介質(zhì)中，總是要相互吸引的，所以膠體是不穩(wěn)定的。另外A121總小于A11，闡明浸沒在介質(zhì)中的顆粒，相互吸引力是減弱的。 5膠粒間的斥力 膠粒間的斥力來源于兩方面：一是靜電斥力；一是溶劑化膜水化膜斥力。 膠粒間的靜電斥力是由分散雙電層引起的。布朗運動呵斥膠體粒子沿著滑動面錯開，使膠粒帶電，于是膠粒間產(chǎn)生靜電斥力。膠粒間靜電斥力的大小取決于電動電勢的大小，兩個膠粒之間的靜電斥力與電動電位的平方成正比。電動電位的大小與分散雙電層中反粒子的多少、離子水化膜的厚薄親密相關(guān)。 實驗證明，在膠粒周圍，會構(gòu)成一個溶劑化膜水化膜。對于水化膜來說，膜中的水分子是定向陳列的。當

27、膠體粒子相互接近時，水化膜被擠壓變形，但引起定向陳列的引力力圖使水分子恢復(fù)原來的定向陳列。因此水化膜表現(xiàn)為彈性，成為膠粒接近的機械阻力。另外水化膜中的水和體系中的自在水相比，有較高的粘度，從而添加了膠體粒子之間的機械阻力，這些阻力統(tǒng)稱為水化膜斥力?？傊さ暮穸扰c雙電層的厚度相當。當然，他還會受電解質(zhì)濃度的影響，當電解質(zhì)濃度增大時，分散雙電層厚度變小，水化膜的厚度也會隨之變薄。 兩雙電層交聯(lián)區(qū)的電勢分布 6膠粒間吸引能與排斥能的總和溶膠粒子間的位能是吸引能與排斥能之和。即：V=VA+VR 該圖表示兩個帶有一樣電荷的膠粒相互趨近時，系統(tǒng)的總位能隨間隔的變化規(guī)律。橫坐標表示兩個粒子之間的間隔，

28、縱坐標表示斥力能正值與吸引能負值，VR表示斥力能曲線，VA表示吸引能曲線，B表示總位能曲線。 兩個膠體粒子由遠及近，由于斥力能的作用稍遠，而引力能的作用范圍較小，當離子氛尚未重疊時，粒子間的“遠程引力能在起作用，即吸引能占優(yōu)勢，曲線在橫軸以下，總位能為負值，出現(xiàn)第二極小值，粒子之間開場絮凝；隨著間隔逐漸減少，離子氛分散雙電層重疊，斥力能逐漸起作用，總位能逐漸上升為正值。當兩個膠粒接近到一定間隔時，總位能到達最大，出現(xiàn)一個斥能峰勢壘E0，只需粒子的動能超越這一點時才干聚沉，因此該斥能峰往往是溶膠穩(wěn)定性的標志。越過該點引力隨著間隔的減小而迅速添加，總位能迅速減小，出現(xiàn)第一極小值，粒子發(fā)生聚結(jié)。 膠

29、體粒子間的作用位能與其間隔的關(guān)系 由上可以看出，絮凝和聚結(jié)是兩個不同的概念。膠粒處于第二極小值時，表現(xiàn)為絮凝形狀，絮凝時顆粒間的銜接力較弱，可迅速散凝，是可逆的。膠粒處于第一極小值范圍時，表現(xiàn)為聚結(jié)形狀，它是不可逆的分散。 7影響聚結(jié)穩(wěn)定性的要素膠體粒子之間的引力能是永久存在的，當膠體粒子處于穩(wěn)定形狀時，引力能被斥力能所抵消而已。普通說來，外界要素很難改動吸引力的大小，但要改動分散介質(zhì)中的電解質(zhì)濃度和價態(tài)勢比較簡單的，而這也是影響膠粒之間斥力能的主要要素。a. 電解質(zhì)濃度的影響 電解質(zhì)濃度對電動電位的影響 在低、中等濃度電解質(zhì)存在時，總位能存在一個最大值，隨著電解質(zhì)濃度的升高，斥能峰勢壘逐漸降

30、低，當電解質(zhì)濃度非常高時，除膠體粒子非常接近的間隔處，其他任何間隔上都是吸引能占優(yōu)勢，因此，膠體顆粒在這種情況下，會迅速聚結(jié)。而中等電解質(zhì)濃度條件下，由于“遠程斥能的作用，聚結(jié)過程會大大延緩，低電解質(zhì)濃度條件下，由于存在明顯的“遠程 斥力作用，居結(jié)果成往往會很慢。 b. 反粒子價數(shù)的影響 電解質(zhì)對溶膠聚結(jié)穩(wěn)定性的影響通常用聚沉值和聚沉率兩個目的進展定量描畫。聚沉值臨界聚沉濃度：可以使溶膠發(fā)生聚沉的最低電解質(zhì)濃度。由于各種電解質(zhì)的正負離子不同、離子價數(shù)不同，所以各種電解質(zhì)的聚沉值不同。另外聚沉值還與溶膠的性質(zhì)、含量、介質(zhì)的性質(zhì)以及溫度、pH值等要素有關(guān)，因此它只是一個相對值。但是假設(shè)條件上述條件

31、確定的話，電解質(zhì)對某一溶膠的聚沉值就是一定的。因此，聚沉值可以這樣描畫，在指定條件下，可以使膠體發(fā)生明顯聚沉景象的最低電解質(zhì)濃度，單位：mmol/l。聚沉值越小，電解質(zhì)的聚沉才干越強。 聚沉率：聚沉值的倒數(shù)。聚沉濾越大，電解質(zhì)的聚沉才干越強。 舒采-哈迪Schulze-Hardy規(guī)那么：分別研討了電解質(zhì)對不同溶膠的聚沉值，結(jié)果闡明，電解質(zhì)中起聚沉作用的主要是與膠粒帶相反電荷的反離子，反離子價數(shù)越高，聚沉值越小，聚沉率就越大。實驗總結(jié)出的規(guī)律：M+：M2+：M3+=100：1.6：0.3=(1/1)6：(1/2)6：(1/3)6 括弧中的分母表示反離子的價數(shù)，即電解質(zhì)的聚沉值與反離子價數(shù)的6次方

32、成反比，這個規(guī)律稱為舒采-哈迪Schulze-Hardy規(guī)那么。 c. 反離子大小的影響反離子大小的影響同價離子的聚沉率相近，但仍存在一定差別，特別是一價離子的差別同價離子的聚沉率相近，但仍存在一定差別，特別是一價離子的差別比較明顯，按各離子聚沉才干進展排序，一價陽離子的陳列順序為：比較明顯，按各離子聚沉才干進展排序，一價陽離子的陳列順序為：H+Cs+Rb+NH4+K+Na+Li+一價陰離子的陳列順序為：一價陰離子的陳列順序為：F-IO3-H2PO4-BrO3-Cl-ClO3-Br-I-CNS- 同價離子聚沉才干的次序稱為感膠離子序，與水化離子半徑從小到大同價離子聚沉才干的次序稱為感膠離子序，

33、與水化離子半徑從小到大的次序大致一樣，主要緣由能夠是水化離子半徑越小，越容易接近膠體離的次序大致一樣，主要緣由能夠是水化離子半徑越小，越容易接近膠體離子。子。 為什么沒有高價離子的感膠離子序呢？這主要是由于，對于高價離子為什么沒有高價離子的感膠離子序呢？這主要是由于，對于高價離子而言，離子價數(shù)是影響電解質(zhì)聚沉才干的主要要素，而離子的大小那么相而言，離子價數(shù)是影響電解質(zhì)聚沉才干的主要要素，而離子的大小那么相對不太明顯。電解質(zhì)聚沉值與離子價數(shù)的對不太明顯。電解質(zhì)聚沉值與離子價數(shù)的6次方成正比。次方成正比。 d. 同號離子的影響 與膠粒所帶電荷一樣的離子稱為同號離子，普通說來，它們對膠體具有一定的穩(wěn)

34、定作用，可以降低反離子的聚沉才干，但有機高聚物聚電解質(zhì)除外，即使與膠粒帶電一樣，也能被膠粒所吸附。 e. 相互聚沉景象 普通情況下，帶一樣電荷的兩種溶膠混合后不會發(fā)生變化當然也有例外，假設(shè)將兩種相反電荷的溶膠混合，那么會發(fā)生聚沉景象，這種景象稱為相互聚沉或互沉。聚沉的程度與兩膠體的比例有關(guān)， 在等電點附近聚沉最完全； 兩膠體比例相差較大時， 那么沉淀不完全。 普通解釋是兩種膠體上的電荷相互中和，但不夠完好，由于除了電性中和以外，兩種膠體上的穩(wěn)定劑也能夠相互作用構(gòu)成沉淀，從而破壞了膠體的穩(wěn)定性。穩(wěn)定劑一種穩(wěn)定正離子，一種穩(wěn)定負離子，本身的性質(zhì)是截然相反的，因此，穩(wěn)定劑也能夠相互作用構(gòu)成沉淀。 例

35、如：工業(yè)上污水處置，經(jīng)常就運用明礬氫氧化鋁的結(jié)晶體，由于水中懸浮物普通帶負電，而明礬的水解產(chǎn)物Al(OH)3帶正電，兩種帶電相反的膠體就會相互吸引而聚沉，從而到達凈水的效果。 5、高分子的穩(wěn)定與絮凝作用、高分子的穩(wěn)定與絮凝作用 1空間穩(wěn)定作用空間穩(wěn)定作用 DLVO實際屬于靜電穩(wěn)定實際，它的出發(fā)點之一是質(zhì)點的雙電層重疊，同性電荷之間發(fā)生排斥作用。這種作用在實際屬于靜電穩(wěn)定實際，它的出發(fā)點之一是質(zhì)點的雙電層重疊，同性電荷之間發(fā)生排斥作用。這種作用在水分散體系中是比較適用的。但是，在非水介質(zhì)中雙電層的作用相當微弱模糊；或者是在水體系中，參與非離子水分散體系中是比較適用的。但是，在非水介質(zhì)中雙電層的作

36、用相當微弱模糊；或者是在水體系中，參與非離子外表活性劑或有機高分子，往往能使膠體體系的穩(wěn)定性得以提高，其緣由普通不是由于膠體粒子的電動電勢提高了，外表活性劑或有機高分子，往往能使膠體體系的穩(wěn)定性得以提高，其緣由普通不是由于膠體粒子的電動電勢提高了，而往往是電動電勢而往往是電動電勢電勢常由于這些物質(zhì)的參與而降低。所以現(xiàn)實闡明，除了電的要素以外，還有其它的穩(wěn)定機構(gòu)電勢常由于這些物質(zhì)的參與而降低。所以現(xiàn)實闡明，除了電的要素以外，還有其它的穩(wěn)定機構(gòu)穩(wěn)定機理在起作用，即質(zhì)點外表上的大分子吸附層阻止了質(zhì)點間的聚結(jié)，我們稱之為大分子的空間穩(wěn)定作用室穩(wěn)定機理在起作用，即質(zhì)點外表上的大分子吸附層阻止了質(zhì)點間的聚結(jié)，我們稱之為大分子的空間穩(wěn)定作用室內(nèi)常稱作護膠作用。如在墨汁中參與樹膠，防止炭粉的聚結(jié)；鉆井液中參與高分子聚合物也是為了鉆井液更加穩(wěn)定。內(nèi)常稱作護膠作用。如在墨汁中參與樹膠，防止炭粉的聚結(jié)；鉆井液中參與高分子聚合物也是為了鉆井液更加穩(wěn)定。2高分子的絮凝作用 高分子聚合物具有空間穩(wěn)定作用，我們知道了，但是他還有另外一方面作用，與穩(wěn)定作用相反的一方面作用，絮凝作用。既然說它有