Палыгорскитовые и бентонитовые глины используются во многих отраслях промышленности. Основными областями применения остаются - сталелитейное производство и буровые растворы благодаря специфическим реологическим, тиксотропным, сорбционным и пр. свойствам.

Объектом исследования послужили палыгорскитовые и бентонитовые глины Дашковского месторождения (Московская область, г. Серпухов). В работе были использованы образцы, отобранные вдоль разреза стенки карьера согласно литологическому описанию, а также производственные образцы промышленных продуктов различных марок, предоставленные ЗАО <Керамзит>. Основной целью данного исследования было проследить изменения состава глин и технологических свойств по разрезу месторождения, а также установить особенности влияния минерального состава на показатели различных свойств, в результате чего может быть выработана экспресс методика тестирования глин с помощью знаний о минеральном составе.

Для решения поставленных целей были использованы следующие методы. Состав и особенности кристаллохимического строения изучались методами рентгеновской дифракции (ИГЕМ РАН и МГУ, Москва, Россия), дифференциального термического анализа (МГУ), ИК-спетроскопии в ближнем и среднем диапазоне в Институте теоретической и физической химии (ITPC, Афины, Греция и МГУ). Определение емкости катионного обмена проводилось по адсорбции метиленового голубого (МГ) в МИТХТ (Москва, Россия). Измерение структурно-механических свойств глинистых суспензий проводились также в МИТХТ в соответствии с ISO 1325 по стандарту API 13A. Предварительно все образцы переводились в натриевую форму путем обработки 1М хлорида натрия.

Определения ЕКО и вязкости 6% суспензий были проведены в МИТХТ им. М. В. Ломоносова.

Рентгенографические исследования позволили выявить, что в составе образцов присутствуют палыгорскит, смектит, нонтронит, кальцит, доломит и кварц в разных пропорциях. Было замечено, что относительное содержание минералов по разрезу разреза представлено на рисунке. ИК-спектроскопия в ближнем диапазоне выявила, что все палыгорскиты и бентониты, присутствующие в образцах, имеют одинаковое кристаллохимическое строение и представлены Al-диоктаэдрической и монтмориллонитовой разностями соответственно.

Результаты представлены на рисунке 1. Как видно из полученных данных, глинистые суспензии обладают довольно сильными структурно-механическими свойствами. При этом показатель динамического напряжения сдвига существенно выше у образцов, состоящих из смеси палыгорскита и смектита свойства - различные глинистые частицы различной формы (неорганические ленты и неорганические пластинки), что указывает на и наилучшие прочностные свойства. В этом случае достигается наибольшая структурная прочность, т.к. наличие частиц двух типов облегчает формирование структуры в дисперсионной среде. Наименьшими прочностными показателями обладает образец, преимущественно состоящий из бентонита с незначительным содержанием палыгорскита (< 10%). Следует отметить, что палыгорскит проявляет устойчивость к коагуляции в солевых растворах и при повышенных температурах. Это особенно важно для использования буровых растворов при вращательном бурении в породах с повышенным содержанием растворимых солей. Таким образом, приготовление буровых растворов на основе смектита и палыгорскита в определенной пропорции позволяют не только получать солетермостойкие буровые растворы, но и существенно улучшать их реологические характеристики.

Исследования, проведенные в данной, работе лягут в основу разработки экспресс-методик, позволяющих оценивать технологические характеристики на основе данных о минеральном составе и строении глин. Это позволит сократить материальные затраты и время, а также упростить технологическую оценку сырья и продукта с одной стороны и обеспечить достаточно высокую точность ? с другой.

Работа выполнена при поддержке гранта Фонда Фундаментальных исследований N 09-05-00302-а.

Рис 1. Связь между литологией, минеральным составом, емкостью катионного обмена и вязкостью.