Геомаркетинг » ВЛИЯНИЕ ВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЙ НА ИЗМЕНЕНИЕ РН СУСПЕНЗИЙ КАОЛИНОВОЙ И БЕНТОНИТОВОЙ ГЛИН

DOI: 10.25296/1993-5056-2020-15-2-6-15

ПРИОБРЕСТИ ПОЛНУЮ ВЕРСИЮ за 250 руб.

“Инженерная геология”, Том XV, №2/2020

ВЛИЯНИЕ ВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЙ НА ИЗМЕНЕНИЕ РН СУСПЕНЗИЙ КАОЛИНОВОЙ И БЕНТОНИТОВОЙ ГЛИН

Середин В.В., Алванян К.А., Андрианов А.В.

Середин В.В., Алванян К.А., Андрианов А.В., 2020. Влияние высоких давлений на изменение рН суспензий каолиновой и бентонитовой глин. Инженерная геология, Том ХV, № 2, с. 6–15, https://doi.org/10.25296/1993-5056-2020-15-2-6-15.

Водородный показатель во многом определяет физико-химические свойства грунтов. На формирование водородного показателя оказывают влияние генезис, химический и минеральный составы грунтов, содержание в них органического вещества, состав обменных катионов, а также техногенная обработка, в том числе и высоким давлением. Однако вопросы формирования водородного показателя глин, испытывающих техногенную нагрузку, изучены недостаточно полно, поэтому целью работы является изучение влияния высокого давления на рН суспензий глин. Проведены исследования на обогащенных каолиновой и бентонитовой глинах. Выявлено, что при их обработке давлением Р = 0–800 МПа водородный показатель суспензии каолиновой глины уменьшается, а бентонитовой глины до 150 МПа увеличивается, при Р = 150–800 МПа уменьшается. Предложена гипотеза формирования водородного показателя: при обработке давлением изменяется структура глин, которая реализуется в виде «выносов» ионов алюминия из октаэдрических листов минералов каолинита и монтмориллонита в диффузный слой. Наряду с выносом ионов Al3+ из пакета в межпакетном пространстве протекают процессы диссоциации молекул воды на ионы водорода и гидроксильных групп. Ионы алюминия, находящиеся в диффузном слое, выполняют в нем роль активных центров, связывая гидроксид-ионы. Освободившиеся ионы водорода формируют водородный показатель суспензии. При дополнительной обработке глин раствором хлорида калия, ионы водорода, находящиеся в диффузном слое глинистой частицы, вступают в реакцию с ионами хлорида калия. Этот процесс приводит к изменению кислотности суспензий глин природных и обработанных высоким давлением.

1. Абдикамалова А.Б., Эшмет 1. ов И.Д., Калбаев А.М., 2018. Механо-химическая активация бентонитовых глин Крантауского месторождения. Universum. Химия и биология, № 2(44), URL: http://7universum.com/ru/nature/archive/item/5469 (дата обращения: 20.05.2020).
2. Вяхирев Н.П., 1966. Промежуточные формы в непрерывном ряду аморфное вещество — каолинит. В сб. статей Рентгенография минерального сырья. Недра, Москва, Том 5, с. 128–131.
3. Гинзбург И.И., 1946. Стадийное выветривание минералов. В сб. статей Вопросы минералогии, геохимии и петрографии. Изд-во АН СССР, Москва, с. 123–133.
4. Григоров О.Н., Карпова И.Ф., Козьмина З.П., Тихомолова К.П., Фридрихсберг Д.А., Чернобережский Ю.М., 1964. Руководство к практическим работам по коллоидной химии. Химия, Ленинград.
5. Дир А., Хауи Р.А., Зусман Дж., 1965. Породообразующие минералы. Том 3. Листовые силикаты. Мир, Москва.
6. Комаров В.С., 1970. Адсорбционно-структурные, физико-химические и каталитические свойства глин Белоруссии. Наука и техника, Минск.
7. Максимович Н.Г., Хайрулина Е.А., 2011. Геохимические барьеры и охрана окружающей среды. Изд-во Пермского
государственного университета, Пермь.
8. Медведева Н.А., Ситева О.С., Середин В.В., 2018. Сорбционная способность глин, подверженных сжатию. Вестник ПНИПУ, Геология. Нефтегазовое и горное дело, Том 18, № 2, с. 118–128, https://doi.org/10.15593/2224-9923/2018.4.2.
9. Морис П.А., 2015. Поверхность и межфазные границы в окружающей среде. От наноуровня к глобальному масштабу, под ред. В.И. Свитова, 2-е изд. БИНОМ. Лаборатория знаний, Москва.
10. Овчаренко Ф.Д., 1961. Гидрофильность глин и глинистых минералов. Изд-во АН УССР, Киев.
11. Полынов Б.Б., 1934. Кора выветривания. Часть 1. Изд-во АН СССР, Ленинград.
12. Середин В.В., Медведева Н.А., Анюхина А.В., Андрианов А.В., 2018. Закономерности изменения содержания связанной воды в каолиновой глине при ее сжатии высокими давлениями. Вестник Пермского университета, Том 17, № 4, с. 359–369, https://doi.org/10.17072/ psu.geol.17.4.359.
13. Середин В.В., Растегаев А.В., Медведева Н.А., Паршина Т.Ю., 2017. Влияние давления на площадь активной поверхности частиц глинистых грунтов. Инженерная геология, № 3, с. 18–27, https://doi.org/10.25296/1993-5056-2017-3-18-27.
14. Середин В.В., Медведева Н.А., Ситева О.С., Иванов Д.В., 2019. Влияние давления на формирование дефектности структурного пакета и минерала каолинит. Инженерная геология, Том XIV, № 4, с. 44–54, https://doi.org/10.25296/1993-5056-2019-14-4-44-54.
15. Смолко В.А., Антошкина Е.Г., 2014. Электрофизические методы активации водных суспензий глинистых минералов. Вестник ЮУрГУ. Серия «Металлургия», Том 14, № 1, с. 24–27.
16. Соколова Т.А., Трофимов С.Я. (ред.), 2009. Сорбционные свойства почв. Адсорбция. Катионный обмен. Гриф и К, Тула.
17. Строганов В.Ф., Амельчинко М.О., 2014. Исследование влияния кислотной активации каолина на свойства водно-дисперсионных защитных покрытий. Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета, № 4, с. 284–290.
18. Тарасевич Ю.И., Овчаренко Ф.Д., 1975. Адсорбция на глинистых минералах. Наукова думка, Киев.
19. Benna M., Kbir-Ariguib N., Magnin A., Bergaya F., 1999. Effect of pH on rheological properties of purified sodium bentonite suspensions. Journal of Colloid and Interface Science, Vol. 218, Issue 2, pp. 442–455, https://doi.org/10.1006/jcis.1999.6420.
20. Feng D., Li X., Sun F., Sun Z., Zhang T., Li P., Chen Y., Zhang X., Wang X., Li J., 2018. Water adsorption and its impact on the pore structure characteristics of shale clay. Applied Clay Science, Vol. 155, pp. 126–138, https://doi.org/10.1016/j.clay.2018.01.017.
21. Fil B., Özmetin C., Korkmaz M., 2014. Characterization and electrokinetic properties of montmorillonite. Bulgarian Chemical
Communications, Vol. 46, No. 2, pp. 258–263.
22. Gates W.P., Kloprogge J.T., Madejova J., Bergaya F., Gates W.P., Petit S., 2017. Infrared and raman spectroscopies of clay minerals.
23. Montoro M.A., Francisca F.M., 2017. Effect of ion type and concentration on rheological properties of natural sodium bentonite dispersions at low shear rates. Applied Clay Science, Vol. 178, pp. 105–132, https://doi.org/10.1016/j.clay.2019.105132.
24. Peng C., Zhong Y., Min F., 2018. Adsorption of alkylamine cations on montmorillonite (001) surface: a density functional theory study. Applied Clay Science, Vol. 152, рр. 249–258, https://doi.org/10.1016/j.clay.2017.11.021.
25. Wu H., Liu P., Wu W., Fan Q., Zhao X., Li P., Liang J., Qiang S., 2018. Exploring the relationship between Th(IV) adsorption and the structure alteration of phlogopite. Applied Clay Science, Vol. 152, pp. 295–302, https://doi.org/10.1016/j.clay.2017.11.026.
26. Xiaoyan Z., Zhichao Z., Xinrong L., Chunjie Y., 2016. Defects in structure as the sources of the surface charges of kaolinite. Applied Clay Science, Vol. 124–125, pp. 127–136, https://doi.org/10.1016/j.clay.2016.01.033.

СЕРЕДИН ВАЛЕРИЙ ВИКТОРОВИЧ
Заведующий кафедрой инженерной геологии и охраны недр геологического
факультета Пермского государственного национального исследовательского
университета, д.г.-м.н., профессор, г. Пермь, Россия
АЛВАНЯН КАРИНЕ АНТОНОВНА
Старший преподаватель кафедры инженерной геологии и охраны недр
геологического факультета Пермского государственного национального
исследовательского университета, г. Пермь, Россия
АНДРИАНОВ АНДРЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ
Научный сотрудник ООО НИППППД «Недра», г. Пермь, Россия

ENGINEERING GEOLOGY WORLD Vol. XV, No. 2/2020

HIGH-PRESSURE EFFECT ON CHANGE OF PH OF KAOLIN AND BENTONITE CLAYS SUSPENSIONS

Seredin V.V., Alvanian K.A., Andrianov A.V.

Seredin V.V., Alvanian K.A., Andrianov A.V., 2020. High-pressure effect on change of pH of kaolin and bentonite clays suspensions. Engineering Geology World, Vol. XV, No. 2, pp. 6–15, https://doi.org/10.25296/1993-5056-2020-15-2-6-15.

The hydrogen index largely determines the physical and chemical properties of soils. Hydrogen index formation is influenced by the genesis, chemical and mineral compositions of soils, the content of organic matter in them, the composition of exchange cations, as well as the anthropogenic treatment, including high pressure. However, the issues of the formation of a hydrogen index of clays experiencing anthropogenic load have not been fully studied, therefore, the purpose of the work is to study the effect of high pressure on the pH of clay
suspensions. Studies were conducted on enriched kaolin and bentonite clays. It was revealed that at their treatment by pressure P = 0–800 MPa, the hydrogen index of kaolin clay suspension decreases, and bentonite clay up to 150 MPa increases, at P = 150–800 MPa decreases. The hypothesis of hydrogen index formation is proposed: during pressure treatment, the clay structure changes, which is realized as “carry-outs” of aluminum ions from octahedral sheets of kaolinite and montmorillonite minerals into a diffuse layer. Along with the removal of Al3+ ions from the package, the processes of dissociation of water molecules into hydrogen ions and hydroxyl groups occur in the inter-batch space. Aluminum ions located in the diffuse layer play the role of active centers in it, binding hydroxide ions. The released hydrogen ions form the pH of the suspension. At additional treatment of clays with potassium chloride solution, hydrogen ions being in the diffuse layer of a clay particle react with potassium chloride ions. This process leads to changes in acidity of suspensions of natural and treated with high pressure clays.

kaolin clay bentonite clay chemical composition high pressure hydrogen index adsorption

1. Abdikamalova A.B., Eshmetov I.D., Kalbaev A.M., 2018. Mechano-chemical activation of bentonite clays of Krantaus deposit. Universum. Chemistry and Biology, No. 2(44), URL: http://7universum.com/ru/nature/archive/item/5469 (accessed: 20 May 2020). (in Russian)
2. Vyakhirev N.P., 1966. Intermediate forms in a continuous series of amorphous substance — kaolinite. In collection of papers Radiography of mineral raw materials. Nedra, Moscow, Vol. 5, pp. 128–131. (in Russian)
3. Ginzburg I.I., 1946. Stage weathering of minerals. In collection of papers Questions of mineralogy, geochemistry and petrography. Publishing house of the USSR Academy of Sciences, Moscow, pp. 123–133. (in Russian)
4. Grigorov O.N., Karpova I.F., Kozmina Z.P., Tikhomolova K.P., Friedrichsberg D.A., Chernoberezhsky Yu.M., 1964. Guide to practical work on colloidal chemistry. Khimiya, Leningrad. (in Russian)
5. Deer A., Howie RA, Zusman J., 1965. Rock-forming minerals. Vol. 3. Sheet silicates. Mir, Moscow. (in Russian)
6. Komarov V.S., 1970. Adsorption-structural, physical-chemical and catalytic properties of clays of Belarus. Nauka i tekhnika, Minsk. (in Russian)
7. Maksimovich N.G., Khairulina E.A., 2011. Geochemical barriers and environmental protection. Publishing house of the Perm State University, Perm. (in Russian)
8. Medvedeva N.A., Siteva O.S., Seredin V.V., 2018. Sorption capacity of clays subject to compression. Perm Journal of Petroleum and Mining Engineering, Vol. 18, No. 2, pp. 118–128, https://doi.org/10.15593/2224-9923/2018.4.2. (in Russian)
9. Maurice P.A., 2015. Surface and interphase boundaries in the environment. From the nanoscale to the global scale, in V.I. Svitova (ed.), 2nd edition. BINOM. Laboratoriya znaniy, Moscow. (in Russian)
10. Ovcharenko F.D., 1961. Hydrophilicity of clays and clay minerals. Publishing house of the Academy of Sciences of the Ukrainian SSR, Kiev. (in Russian)
11. Polynov B.B., 1934. Weathering crust. Part 1. Publishing house of the USSR Academy of Sciences, Leningrad. (in Russian)
12. Seredin V.V., Medvedeva N.A., Anyukhina A.V., Andrianov A.V., 2018. Regularities of changes in the content of bound water in kaolin clay when it is compressed by high pressures. Vestnik of Perm University, Vol. 17, No. 4, pp. 359–369, https://doi.org/10.17072/ psu.geol.17.4.359. (in Russian)
13. Seredin V.V., Rastegaev A.V., Medvedeva N.A., Parshina T.Yu., 2017. Influence of pressure on the active surface area of particles of clay soil particles. Inzhenernaya geologiya, No. 3, pp. 18–27, https://doi.org/10.25296/1993-5056-2017-3-18-27. (in Russian)
14. Seredin V.V., Medvedeva N.A., Siteva O.S., Ivanov D.V., 2019. The influence of pressure on the formation of defectiveness of the structural package and the kaolinit mineral. Engineering Geology World, Vol. XIV, No. 4, pp. 44–54, https://doi.org/10.25296/1993-5056-2019-14-4-44-54. (in Russian)
15. Smolko V.A., Antoshkina E.G., 2014. Electrophysical methods of activation of aqueous suspensions of clay minerals. Bulletin of the South Ural State University. Metallurgy series, Vol. 14, No. 1, pp. 24–27. (in Russian)
16. Sokolova T.A., Trofimov S.Ya. (ed.), 2009. Sorption properties of soils. Adsorption. Cation exchange. Grif i K, Tula. (in Russian)
17. Stroganov V.F., Amelchinko M.O., 2014. Study of the effect of acid activation of kaolin on the properties of water-dispersion protective coatings. News of the Kazan State University of Architecture and Civil Engineering, No. 4, pp. 284–290. (in Russian)
18. Tarasevich Yu.I., Ovcharenko F.D., 1975. Adsorption on clay minerals. Naukova dumka, Kiev. (in Russian)
19. Benna M., Kbir-Ariguib N., Magnin A., Bergaya F., 1999. Effect of pH on rheological properties of purified sodium bentonite suspensions. Journal of Colloid and Interface Science, Vol. 218, Issue 2, pp. 442–455, https://doi.org/10.1006/jcis.1999.6420.
20. Feng D., Li X., Sun F., Sun Z., Zhang T., Li P., Chen Y., Zhang X., Wang X., Li J., 2018. Water adsorption and its impact on the pore structure characteristics of shale clay. Applied Clay Science, Vol. 155, pp. 126–138, https://doi.org/10.1016/j.clay.2018.01.017.
21. Fil B., Özmetin C., Korkmaz M., 2014. Characterization and electrokinetic properties of montmorillonite. Bulgarian Chemical
Communications, Vol. 46, No. 2, pp. 258–263.
22. Gates W.P., Kloprogge J.T., Madejova J., Bergaya F., Gates W.P., Petit S., 2017. Infrared and raman spectroscopies of clay minerals.
23. Montoro M.A., Francisca F.M., 2017. Effect of ion type and concentration on rheological properties of natural sodium bentonite dispersions at low shear rates. Applied Clay Science, Vol. 178, pp. 105–132, https://doi.org/10.1016/j.clay.2019.105132.
24. Peng C., Zhong Y., Min F., 2018. Adsorption of alkylamine cations on montmorillonite (001) surface: a density functional theory study. Applied Clay Science, Vol. 152, рр. 249–258, https://doi.org/10.1016/j.clay.2017.11.021.
25. Wu H., Liu P., Wu W., Fan Q., Zhao X., Li P., Liang J., Qiang S., 2018. Exploring the relationship between Th(IV) adsorption and the structure alteration of phlogopite. Applied Clay Science, Vol. 152, pp. 295–302, https://doi.org/10.1016/j.clay.2017.11.026.
26. Xiaoyan Z., Zhichao Z., Xinrong L., Chunjie Y., 2016. Defects in structure as the sources of the surface charges of kaolinite. Applied Clay Science, Vol. 124-125, pp. 127–136, https://doi.org/10.1016/j.clay.2016.01.033.

VALERII V. SEREDIN
DSc (Geology and Mineralogy); Head of the Department of
Engineering Geology and Mineral Resources Protection, Faculty of
Geology, Perm State University; Professor; Perm, Russia
KARINE A. ALVANIAN
Senior Lecturer of the Department of Engineering Geology and
Mineral Resources Protection Faculty of Geology, Perm State
University; Perm, Russia
ANDREI V. ANDRIANOV
Research Scientist of the Nedra LLC; Perm, Russia

Статьи из журнала

ВЛИЯНИЕ ВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЙ НА ИЗМЕНЕНИЕ РН СУСПЕНЗИЙ КАОЛИНОВОЙ И БЕНТОНИТОВОЙ ГЛИН

“Инженерная геология”, Том XV, №2/2020

Авторы: Середин В.В., Алванян К.А., Андрианов А.В.

КРУПНЫЕ ОПОЛЗНИ МОСКВЫ — НОВЫЕ ВЗГЛЯДЫ ИЛИ НОВЫЕ ЗАБЛУЖДЕНИЯ?

“Инженерная геология”, Том XV, №2/2020

Авторы: Кропоткин М.П., Орлова Н.А.

Выполнен обзор нескольких гипотез о природе крупных блоковых оползней Москвы, их возрасте, истории развития и распространении. Рассмотрены представления о том, что на участке Воробьевы горы все ранее описанные оползневые тела ...

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЛЬТРАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ ОДИНОЧНЫМИ ОТКАЧКАМИ

“Инженерная геология”, Том XV, №2/2020

Автор: Лехов М.В.

Откачки из одиночных скважин имеют по-прежнему широкое применение в изучении фильтрационных свойств горных пород, так как их проведение намного проще и дешевле кустовых опытов. Определение проводимости по результатам одиночных откачек ...

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ФАЗОВОГО И ХИМИЧЕСКОГО РАВНОВЕСИЯ ВЛАГИ В ДИСПЕРСНЫХ МЕРЗЛЫХ И ПРОМЕРЗАЮЩИХ ГРУНТАХ. ЧАСТЬ 2

“Инженерная геология”, Том XV, №2/2020

Автор: Комаров И.А.

В статье дан анализ фазового и химического равновесия влаги в мерзлых и промерзающих грунтах различного состава и строения при изменении термобарических условий. В первой части статьи анализ относился к мерзлым ...

ПРОГНОЗ ИЗМЕНЕНИЯ СОСТОЯНИЯ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛОЙ ГРУНТОВОЙ ТОЛЩИ ПОД ВЛИЯНИЕМ СТРОИТЕЛЬСТВА И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПОДЗЕМНЫХ РЕЗЕРВУАРОВ ДЛЯ ЗАХОРОНЕНИЯ ОТХОДОВ БУРЕНИЯ В УСЛОВИЯХ КРАЙНЕГО СЕВЕРА (НА ПРИМЕРЕ СРЕДНЕГО ЯМАЛА)

“Инженерная геология”, Том XV, №2/2020

Авторы: Мосина А.С., Николаева С.К., Скворцов А.А.

Активное освоение нефтяных и газовых месторождений Крайнего Севера сопровождается возникновением проблемы утилизации буровых отходов. Одним из вариантов ее решения является захоронение буровых отходов в подземные резервуары, которые сооружаются в массивах ...