凹凸棒石黏土具有分散性好、耐高溫、耐鹽等特 點(diǎn)，是抗鹽鈷井泥漿的理想原料。我國凹凸棒石黏土 資源豐富，其中蘇皖凹凸棒石黏土成礦帶最為重要。 凹凸棒石黏土原礦的膠體黏度一般達(dá)不到石油工業(yè) 要求。在工業(yè)上通過添加輔料洳MgO、Mg(0%等) 和對輥擠壓來提高凹凸棒石黏土的膠體黏度[1-2]，但增 黏效果有限。研究表明，有機(jī)改性法能顯著改變凹凸 棒石表面性能[3]，但有機(jī)添加對膠體性能影響的研究 較少。Harryman等發(fā)現(xiàn)添加馬來酸酐與乙烯的水溶 性共聚物可使坡縷石黏土的造漿率提高1.5?2倍' Sawyer等提出了通過添加MgO和瓜爾豆膠提高坡縷 石黏土造漿率的方法[5];但均未介紹添加的方法與制 漿工藝及相關(guān)的增黏機(jī)理分析。

　　

　　瓜爾豆膠是一種中性多糖，平均分子量高 (20?30萬)，其主鏈由界D甘露糖為單元聯(lián)接而成， 側(cè)鏈由單個《-D半乳糖組成，界D甘露糖與《-D半乳 糖之比1.5?2 : 1 [6]。瓜爾豆膠屬于非離子型食品膠， 分子間斥力小，易結(jié)合成凝膠。由于瓜爾豆膠是黏度 最大的天然膠，且廉價、無環(huán)境危害，在工業(yè)領(lǐng)域廣泛 使用。一方面，在油田化學(xué)和頁巖氣開發(fā)中利用表面 極性基團(tuán)豐富和易于在礦物表面吸附的化學(xué)特征，常 作為水基壓裂液的稠化劑，用以懸浮砂粒、充填裂縫， 使人工壓裂產(chǎn)生的地層裂縫不能完全閉合，以增加油 氣產(chǎn)量[5-7];另一方面，利用其表面極性基團(tuán)豐富、易 于在礦物表面吸附的化學(xué)特征，在礦石加工中被用作 抑制劑[8-9];瓜爾豆膠也與比表面積高的凹凸棒石有 著復(fù)雜的相互作用，在泥漿生產(chǎn)中應(yīng)用前景廣闊。

　　

　　本研究通過對比實(shí)驗(yàn)，分析了瓜爾豆膠與坡縷石 纖維晶體間復(fù)雜的相互作用，探討了制漿方法和瓜爾 豆膠添加量對凹凸棒石膠體黏度的影響。

　　

　　1實(shí)驗(yàn)部分1.1原料及試劑凹凸棒石，安徽省明美凹土公 司，經(jīng)過對輥加工的原礦，樣品為3?5 mm直徑的片 狀。X射線衍射分析(XRD)表明樣品以凹凸棒石為 主，含少量石英雜質(zhì)。X射線熒光光譜測試化學(xué)組 成（w/%)為：SiO2,62.8;Al2O3，10.8;MgO，13.1;CaO, 1.46;Fe2O3,5.09;K2O，1.27。試劑：瓜爾豆膠，74 叫 粉末，分析純，阿拉丁試劑公司(上海)。

　　

　　1.2儀器設(shè)備多功能粉碎機(jī)，XS-02型，上海兆申 科技有限公司；高速攪拌機(jī)，GJ-3S型，青島宏祥石油 機(jī)械制造有限公司；粉碎性攪拌機(jī)，美的MB255型攪 拌機(jī)，廣東美的生活電器制造有限公司；六速旋轉(zhuǎn)黏 度計(jì)，ZNN-D6型，青島鑫睿德石油儀器有限公司。

　　

　　1.3樣品制備方法用多功能粉碎機(jī)將80 °C烘干 的片狀凹凸棒石黏土樣品粉碎，過150叫篩，稱取6 份每份 100.00 g，分別加入 0 g、0.25 g、0.50 g、1.00 g、 1.50 g、2.00 g瓜爾豆膠粉末并充分混勻。粉末狀瓜爾 豆膠與粉末狀凹凸棒石黏土分散不好容易在制漿時 形成瓜爾豆膠團(tuán)聚物。

　　

　　1.4測試方法凹凸棒石黏土 -瓜爾豆膠泥漿的制備方法1:依 據(jù)國標(biāo)GB/T 505-2010 [13]規(guī)定的方法，量取350 mL 飽和食鹽水盛入高速攪拌機(jī)的攪拌杯中，開啟GJ-3S 型高速攪拌機(jī)邊攪拌邊加入20.00 g待測試樣品，以 (11000±300) r/min 的轉(zhuǎn)速攪拌 20 min±15 s。

　　

　　凹凸棒石黏土 -瓜爾豆膠泥漿的制備方法2:量 取350 mL飽和食鹽水倒入MB255攪拌機(jī)的攪拌杯 中，加入20.00 g待測試樣品，采用攪拌式刀頭(4個攪 拌葉2片朝下，2片朝上）制漿。通過控制開機(jī)時間， 獲得不同剪切時間的懸浮液。

　　

　　黏度測試：使用六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)測試，將攪拌好 的懸浮液轉(zhuǎn)移至六速黏度計(jì)的黏度杯中，讀取轉(zhuǎn)速為 600 r/min時黏度計(jì)指針的刻度值(《)，《/2即為所測懸 浮液的表觀黏度(mPa-s)。

　　

　　篩余量測試：參照GB/T 505-2010 [1。]，將0.20g六 偏磷酸鈉溶于350 mL蒸餾水中，加入10.00 g測試樣 品，在GJ-3S型高速攪拌器上攪拌30 min。隨后將漿 體及不溶物轉(zhuǎn)移至74 pm篩盤中，用壓力為(69±7) kPa 的水流沖洗2 min±30 s，再將篩余物轉(zhuǎn)移至已稱重的 蒸發(fā)皿中，在(105±3) C烘箱中烘干至恒重，計(jì)算篩余 物的質(zhì)量，該質(zhì)量與測試樣品質(zhì)量(即10.00 g)百分比 即為篩余量。同時，分別測試使用MB255型攪拌機(jī)工 作60 s和180 s時制備懸浮液篩余量。

　　

　　透射電子顯微鏡測試：使用蒸餾水、GJ-3S型高 速攪拌機(jī)制備的膠體，取少量膠體并經(jīng)適當(dāng)稀釋后超 聲震蕩。然后將稀釋液滴到銅網(wǎng)上，干燥后使用日本 電子JEM-2100型透射電子顯微鏡進(jìn)行觀察。

　　

　　2結(jié)果與討論2.1制漿條件的影響制漿條件是指制漿時所選用 的不同剪切力的設(shè)備和該設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)時間。制漿條 件的改變會引起膠體黏度、篩余量等指標(biāo)的變化，并 由此反映影響膠體黏度的因素。

　　

　　2.1.1制漿條件與黏度的關(guān)系：MB255攪拌機(jī)制漿 時間對膠體黏度的影響，見圖1。由圖1可見，使用 MB255型攪拌機(jī)制漿60 s以上獲得的膠體黏度比用 GJ-3S型高速攪拌機(jī)制漿20 mm (圖1中橫坐標(biāo)為0 秒時）獲得的膠體更高。將MB255型攪拌機(jī)的制漿 時間延長至120 s時，膠體黏度繼續(xù)增加。繼續(xù)增加 制漿時間膠體黏度會達(dá)到最大值并且不再受制漿時 間影響。瓜爾豆膠添加量為1%的樣品，使用MB255 型攪拌機(jī)制漿時間為120 s時膠體黏度已經(jīng)達(dá)到最大 值，而瓜爾豆膠添加量為0.5%的樣品最佳制備時間 較長，其它樣品在180 s時即可獲得黏度最高的膠體。 在一定程度上，制漿時間影響著膠體黏度。

　　

　　豆膠時凹凸棒石黏土膠體的膠體黏度為16.5 mPa-s， 瓜爾豆膠添加量為0.5%時膠體黏度達(dá)到最大值 20 mPa.s，而添加量為1%、1.5%和2%時膠體黏度分 別降低到 17、10.5 和 13.5 mPa-s。

　　

　　圖3不同制漿方法下瓜爾豆膠添加量與膠體黏度關(guān)系 2.2.2瓜爾豆膠添加量與篩余量的關(guān)系：不同制漿方 法下瓜爾豆膠添加量與篩余量的關(guān)系，見圖4。由圖 4可見，在同種制漿條件下篩余量均隨著瓜爾豆膠添 加量的增加而增加，瓜爾豆膠添加量超過1%后這種 增加更明顯。使用GJ-3S型高速攪拌機(jī)制漿，未添加 瓜爾豆膠的膠體篩余量為3.4%,添加量為1%時篩余 量增加到4.9%,而添加量為1.5%和2%時膠體篩余 量分別增加到了 7.7%和8.0%;使用MB255型攪拌 機(jī)制漿60 s,篩余量從未添加瓜爾豆膠時的1.6%逐 漸增加到添加量為2%時的4.0%;使用MB255型攪 拌機(jī)制漿180 s,篩余量均小于1%,但瓜爾豆膠添加 量2%時的篩余量仍然高于其它組樣品。

　　

　　圖4不同制漿方法下瓜爾豆膠添加量與篩余量關(guān)系 2.3結(jié)果分析實(shí)驗(yàn)使用了兩種制漿設(shè)備，其中GJ- 3S型高速攪拌機(jī)的攪拌轉(zhuǎn)子(刀頭）為水平展布的圓 片，葉片為直徑25 mm，略帶單正弦波形的原片，葉片 對泥漿的剪切力相對較小。按照GB/T 505-2010制漿 方法，只能使用GJ-3S型高速攪拌機(jī)攪拌20 mm。而 MB255型粉碎性攪拌機(jī)使用的刀頭為高低排布的四 葉刀片，直徑45 mm,轉(zhuǎn)子對泥漿剪切作用相對大得 多，對黏土制漿能力明顯強(qiáng)于GJ-3S型高速攪拌機(jī)。 不同制漿設(shè)備和制漿條件代表了剪切力的變化。剪 切力通過兩個方面在制漿過程中發(fā)揮作用。更強(qiáng)大 的剪切力可將纖維狀凹凸棒石晶體的聚合體(晶束) 打開成眾多單晶，從而增加泥漿黏度[11]。高強(qiáng)度剪切力的另一個作用是將未分散的瓜爾豆膠團(tuán)聚物打散， 從而使投加的瓜爾豆膠最大化成膠，增加泥漿黏度。

　　

　　實(shí)驗(yàn)證明MB255型攪拌機(jī)的高剪切力可將瓜爾 豆膠團(tuán)聚物和雜質(zhì)打散。在相同條件下相比GJ-3S 型高速攪拌機(jī)，使用MB255型攪拌機(jī)60 s制備的凹凸 棒石黏土膠體具有更低的篩余量和更高的黏度，延長 制漿至180 s能夠進(jìn)一步降低篩余量提高膠體黏度。

　　

　　瓜爾膠遇水易形成凝膠，同時瓜爾豆膠多糖與凹 凸棒石表面羥基產(chǎn)生的氫鍵可使瓜爾豆膠吸附在凹 凸棒石晶體表面，瓜爾豆膠膠體由橋狀連接的多糖高 分子構(gòu)成框架，散布在凹凸棒石晶體之間，這種結(jié)構(gòu) 增加了凹凸棒石與多糖交聯(lián)程度，提高了膠體黏度。 添加瓜爾豆膠前后凹凸棒石透射電子顯微鏡照片，見 圖5。由圖5可看出，未添加瓜爾豆膠的凹凸棒石膠 體稀釋超聲震蕩30 mm后能夠分散開，并且可以清晰 的看到離散開的纖維束(圖5a、圖5b)，而添加1%瓜 爾豆膠后的凹凸棒石在超聲震蕩2 h條件下依然緊緊 交聯(lián)在一起(圖5c、圖5d)，幾乎觀察不到分散開的晶 束。當(dāng)瓜爾豆膠分散不均勻或添加過量時會聚集成 較大顆粒而絮凝。添加過量瓜爾豆膠后出現(xiàn)的膠體 黏度降低和篩余量增加現(xiàn)象是膠體絮凝所致。

　　

　　圖5 添加瓜爾豆膠前（a、b)后（c、d)的凹凸棒石 透射電子顯微鏡照片按照國標(biāo)GB/T 505-2010的規(guī)定，篩余物只能是 顆粒直徑大于74 jum的石英等雜質(zhì)碎屑。由于添加 了瓜爾豆膠，無法通過74 jum的那部分篩余量也可能 是未分散的瓜爾豆膠團(tuán)聚物。

　　

　　篩余量僅能表征大于74 um的絮凝體的含量而 不能完全反映膠體的絮凝情況。MB255型攪拌機(jī)制 漿時間延長至180 s時，膠體篩余量在0.2%?0.8%之 間，而膠體黏度仍然隨著瓜爾豆膠添加量的增加先升 高后降低，膠體絮凝現(xiàn)象依然存在。

　　

　　3結(jié)論添加瓜爾豆膠能增加凹凸棒石（下轉(zhuǎn)第11頁）

　　

　　-^r100806040%/掰齷窖BH圖7各種材料脫汞活性比較A： ATP; B： Mo(1)-Mn(1)-ATP(10%); C： Mo(1)-Mn(2)-ATP(10%)； D： Mo(1)-Mn(3)-ATP(10%); E： Mo(1)-Mn(5)-ATP(10%)

　　

　　料中Mo元素的減少，Mn元素的增加，Hg0的去除效 率出現(xiàn)了先上升后下降的趨勢，Mo(1)-Mn(3)-ATP復(fù) 合材料的去除率最高，為96°%。主要是由于在復(fù)合材 料中，Mo元素主要是抗SO2干擾，MnOx是催化氧化 使Hg0轉(zhuǎn)化為Hg2+，進(jìn)而便于吸附去除。當(dāng)Mo/Mn 比從1 : 1降低到1 : 3的過程中，隨著MnOx量的增 加，比表面積增加，去除效率提高；當(dāng)Mo/Mn比繼續(xù) 降低，材料中Mo元素的含量大幅降低，抗SO2干擾 的能力下降，由于SO2的干擾使Hg0向Hg2+的轉(zhuǎn)化 率降低，Hg0去除效率下降。

　　

　　3結(jié)論1.各種表征結(jié)果顯示，經(jīng)負(fù)載和凍干-焙燒變溫 致孔處理制得的Mo-Mn-ATP復(fù)合材料，在保持凹土 原有晶體結(jié)構(gòu)及貫穿孔道的基礎(chǔ)上，隨著Mo/Mn摩 爾比的減小，材料的比表面積增大； (上接第7頁）膠體黏度，但過量添加會導(dǎo)致膠體 絮凝從而降低膠體黏度，提高篩余量。使用剪切力更 強(qiáng)的制漿方法能增加膠體黏度降低篩余量。

　　

　　高剪切力攪拌機(jī)有助于凹凸棒石分散成膠，高剪 切力攪拌機(jī)對瓜爾豆膠絮凝體有一定的破壞作用，能 夠降低篩余量。但機(jī)械破碎不能從根本上改變膠體 絮凝情況，使用高剪切力攪拌機(jī)不能改變瓜爾豆膠添 加量與膠體黏度之間的變化關(guān)系。

　　

　　用篩余量表征膠體的絮凝情況具有一定局限性， 篩余量不能完全表征膠體的絮凝情況，更適合表征較 大顆粒的絮凝體。