粘土矿物的晶体构造与性质解析.ppt

电荷产生原因 电荷来源 1、永久电荷 晶格取代：粘土矿物晶体结构中一部分阳离子被另外一部分阳离子所取代（置换），但晶体结构不变的现象。 由于晶格取代是低价阳离子取代了高价阳离子，产生了过 剩的负电荷，因此，一般情况下粘土带负电。 伊利石与蒙脱石相比虽晶层结构相同但由于晶格取代位置不同，因此层面电荷密度不同，水化难易程度不同。 2、表面羟基与H+与OH-的反应（可变电荷） 在酸性环境中：羟基与H+反应，粘土带正电性。 ﹥Al-OH + H+ ﹥Al+ + OH- 在碱性或中性条件下：羟基与OH-反应，粘土带负电性。 ﹥Al-OH + OH- ﹥Al-O- + H2O 3、吸附 吸附负电性离子（OH-、SiO32-）：使粘土负电性增加 吸附正电性离子（NW-1）：使粘土负电性减少 分类 粘土矿物的晶体构造与性质 钻井泥浆是由粘土、水（或油）和少量处理剂混合形成，具有可调控的粘性、比重和降失水等性能，在大多情况下能够满足悬排钻屑、稳定井壁、防止漏失、冷却润滑钻具的基本钻进需要，并且来源广泛，成本较低，配制使用方便。 + 本次课主要讲授内容 粘土矿物的晶体构造 粘土的性质 粘土矿物基本构造单元 常见粘土矿物的晶体构造 造浆粘土的选用 粘土 粘土与钻井的关系 （ 1）粘土作为钻井液的重要组成成分，配浆原材料。 （ 2）钻井过程中井眼的稳定性，泥页岩的主要组成部分，75%地层为泥页岩，90%的井壁不稳定发生在泥页岩。 （3）油气层的保护，粘土矿物膨胀与钻井液配浆粘土堵塞。 上一内容 下一内容 回主目录 返回 前 言 （2）粘土：疏松的尚未固结成岩的以粘土矿物为主的（≥50%）沉积物。 （3）粘土岩（俗称：泥页岩）：粘土矿物经沉积、固结成岩作用后成为粘土岩。 （1）粘土矿物：细分散的（≤2μm）含水的铝硅酸盐类矿物的总称，可进一步分为晶质（具有晶体结构的）和非晶质，自然界中所见到的粘土矿物绝大多数是晶质的。 第一节 粘土矿物的晶体构造 上一内容 下一内容 回主目录 返回 一、粘土矿物的两种基本构造单元 1、硅氧四面体与硅氧四面体晶片 硅氧四面体：有一个硅原子与四个氧原子，硅原子在四面体的中心，氧原子在四面体的顶点，硅原子与各氧原子之间的距离相等，其结构见右图。 顶氧 底氧 硅氧四面体晶片：指硅氧四面体网络。硅氧四面体网络由硅氧四面体通过相临的氧原子连接而成，其立体结构见右图。 2、铝氧八面体与铝氧八面体晶片 铝氧八面体：六个顶点为氢氧原子团，铝、铁或镁原子居于八面体中央(如右图所示)。 上一内容 下一内容 回主目录 返回 氢氧 铝氧八面体晶片：多个铝氧八面体通过共用的OH连接而成的Al-O八面体网络。 3、晶片的结合 层面是O 层面上是OH Si-O晶片 Al-O晶片 上一内容 下一内容 回主目录 返回 晶层：四面体晶片与八面体晶片以适当的方式结合，构成晶层 （1）1：1型晶层：由一个硅氧四面体晶片与一个铝氧八面体晶片构成。 （2）2：1型晶层：由两个硅氧四面体晶片与一个铝氧八面体 晶片构成。 氧原子 氧原子 Si-O晶片 Al-O晶片 Si-O晶片 （3）层间域/层间距c 1、基本概念 上一内容 下一内容 回主目录 返回 二、几种常见粘土矿物的晶体构造 （1）晶格取代作用：在粘土矿物晶体中，一部分阳离子被另 外阳离子所置换，而晶体结构不变，产生过剩电荷的现象。 Si-O四面体：Al3+取代Si4+ 　Al-O八面体： Mg2+、Fe2+取代Al3+ 粘土带 负 电荷 例1：蒙脱石在不发生晶格取代时，其理想结构式为： Al4Si8O2(OH)4.nH2O 蒙脱石的实际结构式为： (1/2Ca,Na)x(MgxAl4-x)(Si8O20)(OH)4.nH2O 例2：伊利石在不发生晶格取代时，其理想结构式为： Al4（Si8O20）（OH）4 伊利石的实际结构式为： (K)xAl4(Si8-xAlx)O20(OH)20 （2）阳离子交换容量（C.E.C, cation exchange capacity) 定义：分散介质pH=7时，100g粘土所能交换下来的阳离子的毫摩尔数（以一价阳离子毫摩尔数表示）。 C.E.C可用来表示粘土在水中带电性的多少，它与粘土的水化分散、吸附等性质密切相关。 （3）造浆率：一吨干粘土所能配制粘度（表观粘度）为 15mPa·s