第二章粘土礦物演示文稿

第二章粘土礦物演示文稿當(dāng)前1頁，總共82頁。第一節(jié)粘土礦物的晶體構(gòu)造⊕粘土礦物的兩種基本構(gòu)造單元⊕幾種主要粘土礦物的晶體構(gòu)造當(dāng)前2頁，總共82頁。1、硅氧四面體與硅氧四面體晶片

硅氧四面體：有一個硅原子與四個氧原子，硅原子在四面體的中心，氧原子在四面體的頂點(diǎn)，硅原子與各氧原子之間的距離相等，其結(jié)構(gòu)見右圖上。硅氧面體晶片：指硅氧四面體網(wǎng)絡(luò)。硅氧四面體網(wǎng)絡(luò)由硅氧四面體通過相臨的氧原子連接而成，其立體結(jié)構(gòu)見右下圖。一、粘土礦物的兩種基本構(gòu)造單元當(dāng)前3頁，總共82頁。

2、鋁氧八面體與鋁氧八面體晶片

鋁氧八面體：六個頂點(diǎn)為氫氧原子團(tuán)，鋁、鐵或鎂原子居于八面體中央(如右上圖所示)。鋁氧八面體晶片：多個鋁氧八面體通過共用的O或OH連接而成的AL-O八面體網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)前4頁，總共82頁。3、晶片的結(jié)合四面體晶片與八面體晶片以適當(dāng)?shù)姆绞浇Y(jié)合，構(gòu)成晶層1：1型晶層：由一個硅氧四面體晶片與一個鋁氧八面體晶片構(gòu)成。OOHSi-OAl-O當(dāng)前5頁，總共82頁。2：1型晶層：由兩個硅氧四面體晶片與一個鋁氧八面體晶片構(gòu)成，八面體片夾在四面體中間。氧原子氧原子Si-OAl-OSi-O當(dāng)前6頁，總共82頁。C晶層間距C：一個晶層到相臨晶層的垂直距離。層間域：相鄰晶層之間的空間層間物：層間域中的物質(zhì)單位構(gòu)造：晶層+層間域4、晶體：單元晶層面面堆疊在一起形成晶體當(dāng)前7頁，總共82頁。（1）晶格取代：在粘土礦物晶體中，一部分陽離子被另外陽離子所置換，產(chǎn)生過剩電荷的現(xiàn)象。Si-O四面體：Al3+取代Si4+

Al-O八面體：Mg2+、Fe2+取代Al3+粘土帶負(fù)電荷二、幾種主要粘土礦物的晶體構(gòu)造1、基本概念當(dāng)前8頁，總共82頁。例1：蒙脫石在不發(fā)生晶格取代時，其理想結(jié)構(gòu)式為：

Al4Si8O10(OH)4.nH2O

蒙脫石的實際結(jié)構(gòu)式為：

(1/2Ca,Na)x(MgxAl4-x)(Si8O20)(OH)4.nH2O當(dāng)前9頁，總共82頁。例2：伊利石在不發(fā)生晶格取代時，其理想結(jié)構(gòu)式為：

Al4（Si8O20）（OH）4

伊利石的實際結(jié)構(gòu)式為：

(K)xAl4(Si8-xAlx)O20(OH)20當(dāng)前10頁，總共82頁。（2）陽離子交換容量（C.E.C)

定義：分散介質(zhì)PH=7時，100g粘土所能交換下來的陽離子的毫摩爾數(shù)（以一價陽離子毫摩爾數(shù)表示）。說明：可用來表示粘土在水中帶電性的多少，它與粘土的水化分散、吸附等性質(zhì)密切相關(guān)。當(dāng)前11頁，總共82頁。（3）造漿率造漿率粘土的水化分散能力定義：一噸干粘土所能配制粘度為15mPa.s的鉆井液的體積數(shù)，m3/T。說明：當(dāng)前12頁，總共82頁。2、幾種常見粘土礦物的晶體構(gòu)造①高嶺石晶體結(jié)構(gòu)示意圖（1）高嶺石當(dāng)前13頁，總共82頁。②高嶺石特點(diǎn)A、1：1型粘土礦物B、幾乎不存在晶格取代，負(fù)電量少C、晶層間引力以氫鍵為主，引力強(qiáng)，晶層間距C=7.2?Si-OAl-OOHO當(dāng)前14頁，總共82頁。問題：高嶺石屬非膨脹性粘土礦物，為什么？

答：高嶺石上下相臨的層面，一面為OH面，另一面為O面，而O與OH很容易形成氫鍵，層間引力較強(qiáng)，晶層間連接緊密，水分子不易進(jìn)入晶層。當(dāng)前15頁，總共82頁。D、低（3-15mmol/100g土)在三種常見的粘土礦物中，高嶺石的Ｃ.E.C最低。原因在于高嶺石幾乎不存在晶格取代，所以帶負(fù)電荷很少，周圍吸附的陽離子數(shù)目少，可發(fā)生交換的陽離子數(shù)目就更少了，所以小。Ｅ、造漿率低高嶺石晶層間以氫鍵為主，引力較強(qiáng)，晶層間連接緊密，水分子不易進(jìn)入晶層間，水化作用僅限于外表面，故水化分散能力差，造漿率低。當(dāng)前16頁，總共82頁。⑵蒙脫石Al-OSi-OSi-OSi-OSi-OAl-O①蒙脫石晶體結(jié)構(gòu)示意圖當(dāng)前17頁，總共82頁。②蒙脫石特點(diǎn)A、2：1型粘土礦物B、存在晶格取代：取代位置主要在AL-O八面體中，即AL3+被Mg2+、Fe2+和Zn2+等取代，產(chǎn)生的負(fù)電荷由等量的Na+或Ca2+來平衡。C、晶層間引力以分子間力為主：引力弱，晶層間距C=9.6?-40?。當(dāng)前18頁，總共82頁。問題：蒙脫石屬膨脹型粘土礦物，為什么？◆蒙脫石上下相臨的層面皆為O面，晶層間引力以分子間力為主，層間引力較弱，水分子易進(jìn)入晶層?！裘擅撌捎诰Ц袢〈a(chǎn)生較多的負(fù)電荷，在它周圍必然會吸附等電量的陽離子，水化陽離子給粘土帶來厚的水化膜，使蒙脫石膨脹。當(dāng)前19頁，總共82頁。D、C.E.C大（70-130mmol/100g土)

Ｅ、造漿率高◆蒙脫石晶層間引力以分子間力為主，層間引力較弱，水分子易進(jìn)入晶層，引起蒙脫石水化膨脹?！裘擅撌?fù)電荷多，吸附陽離子數(shù)量多，水化陽離子給粘土帶來厚的水化膜，使蒙脫石水化膨脹。

因為蒙脫石具有很強(qiáng)的水化膨脹能力，造漿率高，所以它是鉆井泥漿的主要配漿材料。原因在于蒙脫石存在晶格取代，所以帶負(fù)電荷較多，周圍吸附的陽離子數(shù)目較多，可發(fā)生交換的陽離子數(shù)目多，所以大。當(dāng)前20頁，總共82頁。（3）伊利石

①伊利石晶體結(jié)構(gòu)示意圖當(dāng)前21頁，總共82頁。②伊利石特點(diǎn)

Al-OSi-OSi-OK+A、2：1型粘土礦物B、存在晶格取代，取代位置主要在Si-O四面體中，且取代數(shù)目比蒙脫石多，產(chǎn)生的負(fù)電荷由等量的K+來平衡。C、晶層間引力以靜電力為主，引力強(qiáng)，晶層間距C=10?。Al-OSi-OSi-O當(dāng)前22頁，總共82頁。?由于伊利石取代位置主要在Si-O四面體中，產(chǎn)生的負(fù)電荷離晶層表面近，與吸附的K+產(chǎn)生很強(qiáng)的靜電力，層間引力較強(qiáng)，水分子不易進(jìn)入晶層.?K+的大小剛好嵌入相鄰晶層間的氧原子網(wǎng)格形成的空穴中，周圍有12個氧與它配伍，起到連接作用，把相鄰晶層拉在一起，水分子不易進(jìn)入晶層；問題：伊利石屬非膨脹型粘土礦物,為什么？當(dāng)前23頁，總共82頁。D、C.E.C大介于高嶺石與蒙脫石之間（20-40mmol/100g土)

?蒙脫石由于晶格取代作用產(chǎn)生的負(fù)電荷由K+來平衡，由于蒙脫石取代位置主要在Si-O四面體中，產(chǎn)生的負(fù)電荷離晶層表面近，故與K+產(chǎn)生很強(qiáng)的靜電力，K+不易交換下來。?

K+的大小剛好嵌入相鄰晶層間的氧原子網(wǎng)格形成的空穴中，起到連接作用，周圍有12個氧與它配伍，因此，K+連接通常非常牢固，不易交換下來。Ｅ、造漿率低當(dāng)前24頁，總共82頁。一、粘土礦物電荷種類及產(chǎn)生原因1、永久負(fù)電荷定義：粘土在自然界形成時發(fā)生晶格取代作用所產(chǎn)生的負(fù)電荷。說明：這種負(fù)電荷的數(shù)量取決于晶格取帶作用的多少，而不受pH值的影響。因此，這種電荷被稱為永久負(fù)電荷。

第二節(jié)粘土的電性當(dāng)前25頁，總共82頁。由于不同粘土礦物晶格取代情況不同，永久負(fù)電荷數(shù)量有很大差異，結(jié)果見下表：當(dāng)前26頁，總共82頁。2、可變負(fù)電荷

定義：隨介質(zhì)的pH值改變而改變的粘±所帶負(fù)電荷的數(shù)量。

產(chǎn)生原因：（1）解離：在粘土晶體端面上連接的OH基中的H在堿性或中性條件下解離，因而使粘土帶上可變負(fù)電荷﹥Al-OHOH-﹥Al-O-+H2O(2)吸附：粘土晶體的端面上吸附了某些陰離子，如：OH-、SiO3等，或吸附了有機(jī)陰離子聚電解質(zhì)，如：PHP等。當(dāng)前27頁，總共82頁。3、正電荷很多研究結(jié)果證明，當(dāng)粘土介質(zhì)的pH值低于9時，粘土晶體端面上帶正電荷。茲遜(P．A．Thiessen)用電子顯微鏡照相觀察到高嶺石邊角上吸附了負(fù)電性金溶膠，由此證明了粘土端面上帶有正電荷。當(dāng)前28頁，總共82頁。

產(chǎn)生原因：粘土中裸露在邊緣上的鋁氧八面體在酸性條件下從介質(zhì)中解離出OH-所致。

﹥Al-OHH+﹥Al++OH-

粘土晶體的凈電荷數(shù)：粘土的正電荷與負(fù)電荷的代數(shù)和。由于粘土的負(fù)電荷一般多于正電荷，因此，粘土一般都帶負(fù)電荷。當(dāng)前29頁，總共82頁。二、粘土帶電量及影響因素

如上所述，在粘土形成過程中，粘土一般帶負(fù)電荷。為了保持電中性，粘土必然從周圍環(huán)境中吸附等量的陽離子。當(dāng)粘土放在水中時，這些陽離子可以被水中的其它陽離子所交換，故稱為可交換性陽離子。

可交換性陽離子越多，說明粘土所帶的負(fù)電荷越多，因此，常用陽離子交換容量來表示粘土所帶負(fù)電荷的多少。當(dāng)前30頁，總共82頁。1、三種常見粘土礦物的礦物名稱C.E.C高嶺石3-15蒙脫石70-130伊利石20-40思考題：為什么伊利石單位晶胞所帶負(fù)電荷比蒙脫石多，而卻比蒙脫石??？當(dāng)前31頁，總共82頁。

2、粘土礦物帶電量影響因素

粘土陽離子交換容量大小的因素有三：粘土礦物的本性，粘土的分散度和分散介質(zhì)的酸堿度。（1）粘土礦物的本性

晶格取代的數(shù)量晶格取代的位置吸附陽離子類型當(dāng)前32頁，總共82頁。（2）粘土的分散度

結(jié)論：對同種粘土礦物，分散度(或比表面)越大，越大。原因：因而顆粒愈小，露在外面的氫氧根愈多，交換容量顯著增加，蒙脫石的陽離子交換主要是由于晶格取代所產(chǎn)生的電荷，由于裸露的氫的解離所產(chǎn)生的負(fù)電荷所占比例很小，因而受分散度的影響較小。而高嶺石的陽離子交換主要是由于裸露的氫氧根中氫的解離產(chǎn)引起的，因而受分散度的影響較大。當(dāng)前33頁，總共82頁。粒徑/?m40-2010-54-21-0.50.5-0.250.25-0.10.1-0.05C.E.C2.42.63.63.83.95.49.5高嶺石與顆粒大小的關(guān)系當(dāng)前34頁，總共82頁。（3）PH值在粘土礦物與分散度相同的條件下，PH，C.E.C,原因如下：①吸附OH-：溶液中OH-

，吸附到粘土礦物邊緣上的OH-，可變負(fù)電荷，C.E.C。②解離：在粘土晶體端面上連接的OH基中的H在堿性條件下解離，因而使粘土的可變負(fù)電荷增多。﹥Al-OHOH-﹥Al-O-+H2O當(dāng)前35頁，總共82頁。

常見粘土礦物帶電性區(qū)別礦物名稱帶電原因（主）電荷分布單位晶胞電荷數(shù)（個）C.E.Cmmol/1000g土高嶺石解離邊緣很小30-150蒙脫石晶格取代AL-O八面體0.25-0.6700-1300伊利石晶格取代SI-O四面體0.6-1200-400當(dāng)前36頁，總共82頁。第三節(jié)粘土的水化膨脹作用

一、定義：粘土吸水后體積增大的性質(zhì)。二、粘土礦物的水分

膨脹性是衡量粘土親水性的指標(biāo)。粘土親水性越強(qiáng)，吸水量越大，水化膨脹越厲害。粘土礦物的水分按其存在的狀態(tài)可以分為結(jié)晶水、吸附水和自由水等三種類型。當(dāng)前37頁，總共82頁。(1)結(jié)晶水這種水是粘土礦物晶體構(gòu)造的一部分，只有溫度高于300℃以上時，結(jié)晶受到破壞，這部分水才能釋放出來。(2)吸附水由于分子間引力和靜電引力，具有極性的水分子可以吸附到帶電的粘土表面上，在粘土顆粒周圍形成一層水化膜，這部分水隨粘土顆粒一起運(yùn)動，所以也稱為束縛水。當(dāng)前38頁，總共82頁。

(3)自由水三、粘土水化膨脹作用的機(jī)理

這部分水存在于粘土顆粒的孔穴或孔道中，不受粘土的束縛，可以自由地運(yùn)動。各種粘土都會吸水膨脹，只是不同的粘土礦物水化膨脹的程度不同而已。粘土水化膨脹受三種力制約：表面水化力、滲透水化力和毛細(xì)管作用。當(dāng)前39頁，總共82頁。

(1)表面水化

①定義：由粘土晶體表面直接吸附水分子和通過所吸附的可交換性陽離子間接吸附水分子而導(dǎo)致的水化。②表面水化機(jī)理直接水化：粘土表面通過氫鍵吸附水分子間接水化：通過所吸附的可交換性陽離子間接吸附水分子當(dāng)前40頁，總共82頁。(2)滲透水化

①定義：由于晶層間陽離子濃度大于溶液內(nèi)部的陽離子濃度，因而發(fā)生水的濃差擴(kuò)散，使水進(jìn)入晶層，增加晶層間距，使粘土膨脹。②作用機(jī)理：濃差擴(kuò)散當(dāng)前41頁，總共82頁。三、影響粘土水化膨脹的因素

(1)粘土晶體的部位粘土晶體的部位不同，水化膜的厚度也不相同。粘土晶體所帶的負(fù)電荷大部分都集中在層面上，于是吸附的陽離子也多。表面水化和滲透水化都較強(qiáng)，水化膜厚；在粘土晶體的端面上帶電量較少，吸附的陽離子也少，故水化膜薄。當(dāng)前42頁，總共82頁。(3)

粘土吸附的交換性陽離子不同，其水化程度有很大差別(2)粘土礦物類型粘土礦物不同，水化作用的強(qiáng)弱也不同。蒙脫石晶層間作用力為分子間力，水易進(jìn)入晶層，水化膨脹性好；高嶺石晶層間作用力為氫鍵，水不易進(jìn)入晶層，水化膨脹性差，分散度也低，是非膨脹性礦物；伊利石由于晶層間作用力為靜電引力及晶層間K+的特殊作用也是非膨脹性礦物。鈣蒙脫石水化后其晶層間距最大為17×10-1nm，而鈉蒙脫石水化后其晶層間距可達(dá)17×10-1～40×10-1nm。所以為了提高膨潤土的水化性能，一般都需使鈣蒙脫石轉(zhuǎn)變?yōu)殁c蒙脫石。當(dāng)前43頁，總共82頁。第四節(jié)粘土膠體化學(xué)基礎(chǔ)一、基本概念

1、相：物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)都完全相同的均勻部分。3.相界面：相與相之間的接觸面稱為相界面。4.分散相：在多相分散體系中，被分散的物質(zhì)。5.分散介質(zhì)：在多相分散體系中，包圍分散相的另一相。2、多相體系：由兩個或兩個以上的相組成的體系。當(dāng)前44頁，總共82頁。

例子:

水基鉆井液中，粘土顆粒分散在水中，粘土為分散相，水為分散介質(zhì)。（1）分散度：分散程度的量度，通常用分散相顆粒平均直徑或長度的倒數(shù)來表示。式中：D-----分散度

a-----用分散相顆粒平均直徑或長度6、分散度和比表面當(dāng)前45頁，總共82頁。（2）比表面S比＝S／v(m-1)S比＝S／m(m2／kg)S比-----比表面S------分散相表面積m------分散相質(zhì)量V------分散相體積定義：單位質(zhì)量（或單位體積）分散相的表面積。當(dāng)前46頁，總共82頁。

按分散相分散程度不同，可將分散體系分為兩類：細(xì)分散體系：S比≥104m2／kg；a=1nm-1um，如膠體粗分散體系：S比≤104m2／kg；a=1-40um，如懸浮體鉆井液是膠體和懸浮體的混合物，習(xí)慣上稱為膠體分散體系。當(dāng)前47頁，總共82頁。定義：物質(zhì)在兩相界面上自動濃集的現(xiàn)象。

吸附質(zhì)：被吸附的物質(zhì)吸附劑：吸附吸附質(zhì)的物質(zhì)。例子：在鉆井液中，粘土可從水中吸附鉆井液處理劑，粘土為吸附劑，鉆井液處理劑為吸附質(zhì)。7.吸附當(dāng)前48頁，總共82頁。二、膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)

溶膠粒子的半徑在1nm-1000nm之間，所以每個溶膠粒子是由許多分子或原子聚集而成的。當(dāng)前49頁，總共82頁。例1：AgNO3+

KI→KNO3+AgI↓

[(AgI)mnI–(n-x)K+]x–xK+

|________________________||________________________________|膠核膠粒膠團(tuán)過量的KI作穩(wěn)定劑，膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)表達(dá)式：

當(dāng)前50頁，總共82頁。過量的AgNO3

作穩(wěn)定劑，膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)表達(dá)式：[(AgI)mnAg+(n-x)NO3–]x+x

NO3–

|______________________________||_______________________________________|膠核膠粒膠團(tuán)例2：AgNO3+

KI→KNO3+AgI↓當(dāng)前51頁，總共82頁。

當(dāng)離于鍵固體從溶液中吸附離子時，若溶液中的離子能與固體中的異號離子形成難溶鹽，則這種離子優(yōu)先被吸附。法楊斯法則：當(dāng)前52頁，總共82頁。

定勢離子：固體表面吸附的離子，該離子決定了溶膠離子的帶電符號。反離子：指為了保持溶膠體系的電中性定勢離子周圍吸附的符號相反的離子。膠核膠粒膠團(tuán)當(dāng)前53頁，總共82頁。三、擴(kuò)散雙電層理論與電動電位1、擴(kuò)散雙電層形成與結(jié)構(gòu)

由于膠核吸附定勢離子而帶電，在其周圍必然分布著電荷數(shù)相等的的反離于，這些反離子的運(yùn)動受兩個相反因素的制約：受到固體表面電荷的吸引，使其靠近固體表面由于反離子的熱運(yùn)動，又有使其擴(kuò)散到液相內(nèi)部去的趨勢當(dāng)前54頁，總共82頁。

以上兩種相反作用的結(jié)果，使得反離于擴(kuò)散地分布在膠核周圍，構(gòu)成擴(kuò)散雙電層。如下圖所示。吸附層（Stern層）：緊密地排在固體表面附近的反離子層。擴(kuò)散層：按一定的濃度梯度擴(kuò)散到本體溶液中的反離子層。當(dāng)前55頁，總共82頁。

在膠粒運(yùn)動時，吸附層隨膠粒一起移動，而擴(kuò)散層的反離子則由于與定勢離子的靜電引力較弱，不跟隨膠粒一起運(yùn)動?；瑒用妫ㄇ袆用妫何綄优c擴(kuò)散層錯開的界面。當(dāng)前56頁，總共82頁。2、粘土膠體的雙電層

在蒙脫石和伊利石的晶格里，硅氧四面體晶片中部分Si4+可被Al3+取代，鋁氧八面體晶片中部分Al3+可被Mg2+或Fe2+等取代。這種晶格取代作用造成粘土晶格表面上帶永久負(fù)電荷，于是它們吸附等電量的陽離子(Na+、Ca2+和Mg2+等)。當(dāng)前57頁，總共82頁。

若將這些粘土放到水里，吸附的陽離子便解離，向外擴(kuò)散，結(jié)果形成了膠粒帶負(fù)電的擴(kuò)散雙電層。粘土表面上緊密地連接著一部分水分子(氫鍵連接)和部分帶水化殼的陽離子，構(gòu)成吸附溶劑化層（吸附層）；其余的陽離于帶著它們的溶劑化水?dāng)U散地分布在液相中，組成擴(kuò)散層，如2—15所示。當(dāng)前58頁，總共82頁。當(dāng)前59頁，總共82頁。3、雙電層中的電位（2）電動電位：從滑動面到均勻液相內(nèi)的電位。其大小取決于固體表面電荷與吸附層內(nèi)反離子電荷之差。（1）熱力學(xué)電位：從固體表面到均勻液相內(nèi)部的電位。熱力學(xué)電位決定于固體表面所帶的總電荷。當(dāng)前60頁，總共82頁。（3）影響雙電層厚度與電動電位的因素雙電層厚度公式：式中：當(dāng)前61頁，總共82頁。當(dāng)前62頁，總共82頁。

在溶液中加入電解質(zhì)之后，擴(kuò)散雙電層厚度下降的原因是此時將有更多的反離子進(jìn)入吸附附層，結(jié)果擴(kuò)散層的離于數(shù)目下降，導(dǎo)致雙電層厚度下降，電動電位隨之下降(即電解質(zhì)壓縮雙電層的作用)。當(dāng)所加電解質(zhì)把雙電層壓縮到吸附層厚度時，膠粒即不帶電，此時電動電位降至零，這種狀態(tài)稱為等電態(tài)。在等電態(tài)，膠體容易聚結(jié)。當(dāng)前63頁，總共82頁。C1<C2<C3當(dāng)前64頁，總共82頁。四、粘土-水膠體分散體系的穩(wěn)定性1、膠體穩(wěn)定性的概念（1）動力穩(wěn)定性定義：在重力作用下，分散相粒子是否容易下沉的性質(zhì)。衡量方法：一般用分散相粒子下沉速度的快慢來衡量動力穩(wěn)定性的好壞。鉆井液是復(fù)雜的膠體體系，而膠體是熱力學(xué)上的不穩(wěn)定體系。當(dāng)前65頁，總共82頁。（2）聚結(jié)穩(wěn)定性失去聚結(jié)穩(wěn)定性失去動力穩(wěn)定性定義：分散相粒子是否容易自動聚結(jié)變大的性質(zhì)。說明：盡管聚結(jié)穩(wěn)定性和動力穩(wěn)定性是兩個不同的概念，但兩者之間又有聯(lián)系。當(dāng)前66頁，總共82頁。2、動力穩(wěn)定性影響因素（1）重力影響

固體顆粒在液體介質(zhì)中受到的凈重力為：

F1=（4/3）πr3(ρ-ρ0)g式中：r----固體離子的半徑

ρ----固體的密度

ρ0----分散介質(zhì)的密度固體顆粒受到的凈重力取決于r和(ρ-ρ0)。鉆井液加重材料必須磨的很細(xì)才能懸浮，就是這個道理。當(dāng)前67頁，總共82頁。（2）布朗運(yùn)動

顆粒半徑越小，布朗運(yùn)動越厲害。溶膠離子直徑在1nm-1um，具有很強(qiáng)的布朗運(yùn)動，顯然，布朗運(yùn)動對溶膠的穩(wěn)定性起著重要的作用。當(dāng)顆粒直徑>5um時，就沒有布朗運(yùn)動，懸浮體直徑在1-40um，布朗運(yùn)動很弱，因此，懸浮體是動力學(xué)上的不穩(wěn)定體系。當(dāng)前68頁，總共82頁。（3）介質(zhì)粘度根據(jù)斯托克斯定律，固體顆粒在液體介質(zhì)中的下沉速度為：v=2r2(ρ-ρ0)g/9η

式中：r----固體離子的半徑

ρ----固體的密度

ρ0----分散介質(zhì)的密度

η

---分散介質(zhì)粘度固體顆粒的下沉速度v和η

成反比，因此提高?可提高動力穩(wěn)定性。鉆井液要求有適當(dāng)?shù)恼扯?，就是這個道理。當(dāng)前69頁，總共82頁。3、聚結(jié)穩(wěn)定性（1）聚結(jié)穩(wěn)定性理論（DLVO理論）

溶膠離子之間存在兩種相反的作用力：引力和斥力。如果膠體顆粒在布朗運(yùn)動中相互碰撞時，引力大于斥力，溶膠就聚結(jié)；反之，當(dāng)斥力大于引力時，粒子碰撞后又分開了，保持其分散狀態(tài)。當(dāng)前70頁，總共82頁。①粒子間引力：范德華引力真空中兩個球形溶膠粒子之間的范德華引力VA為：真空中兩個平行板溶膠粒子之間的范德華引力VA為：式中：a----粒子半徑A----哈馬克（Hamaker)常數(shù)H----兩球之間的最短距離式中：D----平板間距離當(dāng)前71頁，總共82頁。②粒子間斥力靜電斥力：由于擴(kuò)散雙電層使膠粒是帶電引起的。水化膜斥力：膠粒是溶劑化的，在膠粒周圍吸附一層水分子，且水分子在粒子周圍定向排列。當(dāng)膠粒相互靠近時，水化膜被擠壓變形，但引起定向排列的引力，將力圖使水分子恢復(fù)原來的定向排列。這樣水化膜表現(xiàn)為彈性，成為膠粒接近的機(jī)械阻力。另外，水化膜中的水有較高的粘度，從而增加了膠體粒子間的機(jī)械阻力。這些阻力統(tǒng)稱為水化膜斥力。當(dāng)前72頁，總共82頁。兩個平板形膠粒（如粘土膠體）之間的排斥力可由下式求得：VR與膠粒間距離d成指數(shù)關(guān)系（VR?1/e2Kd)，VR隨的d的減少而趨于一極限值；當(dāng)d=0時，VR不變。當(dāng)前73頁，總共82頁。③

膠粒間吸引能與排斥能的總和

溶膠粒子間的位能為吸引位能與