Неорганические мономеры и полимеры

Каустическая сода NaOH получается путем электролиза растворов NaCl. Вызывает повышение щелочности воды и глинистых растворов (табл. 9).

Каустическую соду применяют для приготовления щелочных реагентов (крахмального, УЩР, ССБ, нитролигнина, ПФЛХ и др.). Добавки NaOH в глинистые растворы в небольших количествах вызывают временное диспергирование глинистых частиц и, как следствие этого, снижение вязкости и водоотдачи, Ho в процессе циркуляции глинистого раствора в скважине Na+ быстро адсорбируется стенками скважин и выбуренной породой, в результате чего ухудшается качество глинистого раствора и снижается устойчивость стенок скважины.

Добавки NaOH в больших количествах (больше 0,5—0,8%) вызывают коагуляцию глинистого раствора, что приводит к резкому загустеванию, повышению водоотдачи и потере стабильности. Поэтому применять NaOH в качестве непосредственной добавки к глинистому раствору нецелесообразно. При пользовании каустической содой необходимо соблюдать осторожность, так как попадание концентрированной щелочи на кожу человека может привести к ожогам или к порче одежды.

Кальцинированная сода Na2CO3. Кальцинированную соду получают из CaCO3 аммиачным способом при обжиге известняка с последующим образованием NH4HCO3 и переводом его в NaHCO3

Затем NaHCO3 отфильтровывают и путем нагревания переводят в Na2CO3, которая хорошо растворяется в воде. Кальцинированную соду применяют в следующих случаях.

1) Для перевода кальциевой глины в натриевую по схеме Ca — глина + Na2CO3—>Na — глина + СаСО3). При этом кальцинированную соду вводят либо в состав глинопорошка при его заводском помоле, либо непосредственно в глиномешалку или смеситель при затворении глинистого раствора.

2) Для перевода в неактивную форму катионов поливалентных металлов (Са2+; Mg2+; Al3+ и т. д.), например

3) Для приготовления некоторых химических реагентов (водорослевый реагент, УЩР).

Кальцинированная сода с большим успехом может быть заменена бикарбонатом натрия NaHCO3.

Гашеная известь Ca(OH)2. Известь получают при обжиге известняка с последующим гашением водой по схеме

В водных растворах известь увеличивает pH (табл. 10).

Растворимость извести в воде невелика и понижается с повышением температуры, что видно из данных табл. 11.

Известь применяют для известкования глинистых растворов и резкого их загущения при борьбе с поглощениями.

Известь обычно применяют в виде известкового молока, представляющего собой водный раствор Ca(OH)2, в котором содержатся нерастворившиеся частицы Ca(OH)2, придающие белый цвет известковому молоку.

Известковое молоко приготовляется из негашеной извести («кипелки») путем перемешивания с водой. Реакция идет с бурным выделением тепла. Для определения концентрации и других практических расчетов удобно пользоваться данными табл. 12, в которой приведены данные об удельном весе известкового молока ум в зависимости от концентрации CaO и Ca(OH)2.

Карбонат бария (витерит) растворим в воде. При взаимодействии с сульфат-ионами переходит в нерастворимое состояние. При добавлении витерита в глинистый раствор, содержащий анионы SG--, Cl- и катионы Ca2+, Na+, происходят реакции, в результате которых в осадок выпадают агрессивные ионы

Хлористый кальций CaCl2 получается в виде отхода при производстве соды по аммиачному способу. Выпускается в жидком виде (29%-ной концентрации) или в сухом (порошкообразный, гранулированный, камень). Очень гигроскопичен, поэтому хранение сухого CaCl2 в незапечатанной таре не допускается. Хорошо растворим в воде, причем растворимость повышается с увеличением температуры (табл. 13).

Хлористый кальций применяется для приготовления кальциевых глинистых растворов. Естественным путем хлористый кальций может попадать в глинистые растворы вместе с пластовыми водами, а также при разбуривании соляных толщ.

Гипс CaSO4*2Н2О добывается из естественных залежей, имеющих обычно большую мощность. Труднорастворим в воде. С увеличением температуры растворимость гипса вначале немного повышается, а затем падает. При температуре 55—60°С гипс выпадает из раствора. При температуре 66°С полностью нерастворим (табл. 14).

Гипс применяется для приготовления гипсовых растворов. При нагревании гипса до 150°С образуется алебастр CaSO4*0,5Н2О. Алебастр можно применять вместо гипса для приготовления гипсовых растворов, но предварительно его необходимо гидратировать путем перемешивания алебастра-порошка в воде. При этом вода присоединяется по схеме

Естественным путем гипс попадает в промывочную жидкость при разбуривании гипсов и ангидритов, а также гипсосодержащих пород.

Поваренная соль NaCl добывается из природных залежей каменной соли (галита). Хорошо растворима в воде. Зависимость между концентрацией соли и удельным весом раствора при 20° С приведена в табл. 2. С увеличением температуры растворимость NaCl незначительно увеличивается. Поваренную соль применяют для насыщения промывочных жидкостей перед вскрытием соленосных отложений для предупреждения образования каверн в скважинах, а также как антиферментатор крахмала при достаточной естественной минерализации.

Хроматы натрия и калия Na2CrO4, K2CrO4 получают из природного хромистого железняка (FeO*Cr2O3) путем окислительного обжига в смеси с содой и известняком. При этом образуется хромат натрия Na2CrO4, который переводят в бихромат добавкой серной кислоты. Эта реакция обратима, и в щелочной среде происходит обратное превращение бихроматор в хроматы с изменением цвета раствора. Одновременно меняется и растворимость.

Зависимость растворимости хроматов от температуры приведена в табл. 15.

Хром может образовать ионы разной величины: хромо-ион Cr2+, хром-ион Cr3+, хромат-ион CrO4, бихромат-ион Cr2O7. Растворы
солей двухвалентного хрома (голубого цвета) легко окисляются на воздухе и переходят в соединения трехвалентного хрома. Гидроокись Cr(OН)3 обладает амфотерным характером. Хроматы щелочных металлов отличаются от соответствующих алюминатов тем, что при нагревании они сильно гидролизуются.

Хроматы и бихроматы в водном растворе подвергаются гидролизу по уравнениям:

Большинство хроматов и бихроматов хорошо растворяется в воде. Нормальный окислительный потенциал системы Сr2О7+/Сr3+ в кислой среде равен +1,36 в, а системы CrO4/CrO2 в щелочной среде при pH 14 равен 0,12 в. Следовательно, бихромат-ион в кислой среде — сильный окислитель, а хромат-ион в щелочной среде — слабый окислитель.

Бихроматы применяют для термической стабилизации глинистых растворов. Соединения трехвалентного хрома, в частности сернокислый хром Cr2(SO4)3, применяют для приготовления феррохромлигносульфонатов.

Бихроматы и хроматы весьма ядовиты. При попадании на кожу или слизистые оболочки хроматы и бихроматы вызывают раздражение, а иногда и язвы. Проникновение этих соединений в человеческий организм может привести к тяжелому отравлению.

Конденсированные фосфаты. Конденсированными фосфатами называют соли полифосфорных кислот, получающиеся из обычной фосфорной кислоты удалением воды при прокаливании в интервале температур 300—1200° С. Конденсированные фосфаты иногда называют молекулярно обезвоженными фосфатами. К их числу относятся пиро-, мета-, поли- и ультрафосфаты. Этот термин охватывает все фосфаты, кислоты которых содержат меньшее количество воды, чем ортофосфорная кислота SH2O*P2O5.

В зависимости от соотношения Na2O и P2O5 при медленном охлаждении могут быть получены полифосфаты, имеющие цепочную или кольцевую кристаллические структуры.

При быстром охлаждении получаются аморфные формы фосфатов. Продолжительное время в качестве понизителей вязкости использовались аморфные стекловидные фосфаты натрия, ошибочно называемые гексаметафосфатами натрия. В настоящее время доказано, что термин гексаметафосфат натрия широко использовался для обозначения стекловидных фосфатов натрия в интервале от мета- до триполифосфата.

Аморфные фосфаты характеризуются отношением Na2G/P2O5, которое имеет величины от 0,9 до 2,0. Фосфаты с меньшим соотношением Na2O/P2O5 весьма гигроскопичны и их необходимо хранить в герметически закрытых сосудах. Наиболее распространенные фосфаты имеют следующие величины Na2CVP2O5:

С увеличением отношения Na2O/P2O5 повышается активность фосфатов как понизителей вязкости, что подтверждается результатами изучения действия различных фосфатов на глинистые растворы. Согласно этим исследованиям, активность фосфатов как понизителей вязкости повышается в следующей последовательности: кислый пирофосфат<тетраполифосфат<гексаметафосфат<триполифосфат.

В водных растворах конденсированные фосфаты гидролизуются до неконденсированных форм. Однако скорость гидролиза в нормальных условиях при низкой температуре и высоком pH чрезвычайно низка. Период полураспада связей P—О—P при нейтральном pH и комнатной температуре равен нескольким годам. С увеличением температуры до 80—100°C скорость гидролиза возрастает почти в миллион раз. Скорость гидролиза фосфатов в глинистых растворах и других коллоидных гелях также значительно возрастает, что, очевидно, связано с химическим взаимодействием между минералами и фосфатами. Ионы водорода являются катализаторами, ускоряющими гидролиз фосфатов. Поэтому фосфаты целесообразно применять в щелочных растворах.

Фосфаты характеризуются способностью связывать металлы и поэтому используются как осадители. Обычно растворимы только натриевые фосфаты. Кальциевые фосфаты практически нерастворимы. Еще менее растворимы фосфаты других металлов. Атомы многовалентных металлов связывают их в макроанионы. Снижение вязкости глинистых растворов при введении фосфатов, очевидно, связано с тремя процессами: осаждением катионов поливалентных металлов; блокированием активных участков поверхности глинистых частиц; повышением t-потенциала глинистых частиц.

Жидкое стекло (силикат натрия Na2O*nSiO2) получают при плавке кварцевого песка с кальцинированной содой с последующим развариванием в автоклаве. Жидкое стекло характеризуется отношением SiO2:Na2O (модуль), концентрацией и вязкостью. По мере увеличения модуля жидкое стекло становится более вязким и менее растворимым в воде. При модуле, равном 1 (чистый метасиликат), жидкое стекло наиболее растворимо, при увеличении модуля до 4,5—5 растворимость резко снижается. Наиболее часто применяют жидкое стекло с модулем от 2 до 4. Б.А. Ржаницыным для закрепления грунтов рекомендовано жидкое стекло с модулем 2,8—3,0. Содержание SiO2 в жидком стекле 100%-ной концентрации (по данным Б.А. Ржаницына) показано в табл. 16.

Для определения концентрации жидкого стекла в воде по удельному весу можно воспользоваться данными табл. 17.

Жидкое стекло применяют в качестве добавки, ускоряющей схватывание цементов и быстросхватывающихся смесей, а также для приготовления силикатных растворов.