CC BY
112
УДК: 539.143.43; 539.216; 544.723.2
Б.И. Гизатуллин, Р.В. Архипов, Е.А. Сулейманова
Казанский (Приволжский) федеральный университет, Казань bulat_giz@mail.ru, general_zh@mail.ru
ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРАТАЦИИ БЕНТОНИТОВЫХ ГЛИН МЕТОДОМ ЯДЕРНОГО МАГНИТНОГО
РЕЗОНАНСА
Методом ЯМР измерены времена ядерной магнитной релаксации Т и Т2 протонов воды в бентонитах двух типов: натриевых (Даш-Салахлинское месторождение, Азербайджан) и кальциевых (Тарн-Варнское месторождение, Россия, Татарстан). Установлено, что гидратация натриевых бентонитов может быть описана тремя последовательными этапами: адсорбция молекул воды на базальных поверхностях монтмориллонита , поглощение воды в межслоевое пространство монтмориллонита, разрушение слоисто-пачечной структуры монтмориллонита с образованием структуры геля. При этом гидратация кальциевых бентонитов Тарн-Вар-нского месторождения описывается двумя этапами. После второго этапа гидратации при концентрации воды в бентоните 61%вес. происходит расслоение системы на воду и набухший бентонит без разрушения слоисто-пачечной структуры.
Ключевые слова: ЯМР, бентониты, гидратация, адсорбция, монтмориллонит.
Введение
В последнее время природные глинистые минералы, в частности бентониты, находят широкое применение в нефтегазодобыче, металлургии и строительстве. Так, при исследовании скважин методом ядерного магнитного каротажа главным источником информации о нефтенасы-щенности пласта является различие в скоростях релаксации нефти и воды. Однако вода может находиться в различных связанных состояниях в исследуемой породе, в том числе и связанной бентонитовыми глинами, что значительно влияет на измеряемую скорость релаксации. При бурении скважин часто используются буровые водные растворы на основе бентонитов. Проникновение бурового раствора в толщу породы может изменять характеристики призабойной зоны скважины, что, в свою очередь, искажает общую картину нефтегазоносности пласта. В связи с вышеизложенным, исследование процессов гидратации бентонитов является весьма актуальным при решении задач, связанных с нефтегазодобычей, а также при разработке новых методов каротажа.
Как известно (Соколов, 2000), к бентонитам относят породы, состоящие в основном из глинистых минералов, способных к внутрикристаллическому набуханию, таких как монтмориллонит (ММ). Благодаря специфике свойств монтмориллонита бентониты обладают высокими ионообменными, связующими свойствами и являются полезными природными ископаемыми широкого профиля применения. Полезные свойства бентонитов зависят от структуры и содержания ММ и природы его ионообменного комплекса (различают натриевые, кальциевые бентониты и другие, в том числе смешанные по обменным катионам в кристаллической структуре минерала). Поэтому исследование свойств бентонитов различного происхождения и состава является важной задачей для оценки качества бентонитов и прогноза направлений их использования.
Одним из широко используемых методов исследования подобных объектов является метод ядерного магнитного резонанса. Так, например, из анализа времен спин-спиновой Т2 и спин-решеточной Т релаксации жидкости
в бентоните можно определить: подвижность молекул жидкости в бентоните (КакаБЫша, 2004), степень связи с кристаллической решеткой (ОеМИе е! а1, 1995; Горюшкин, 2005), детально исследовать состояние и поведение воды в бентонитах различного происхождения (КакаБЫша е! а1, 2005; Ио^агёу е! а1, 1976; Сгш: е! а1, 1978).
Объекты и методы исследования
В работе были исследованы бентониты двух месторождений: Даш-Салахлинского (Азербайджан), Тарн-Варнско-го (Россия, Татарстан), с содержанием монтмориллонита 85 и 55 %вес., соответственно. В ионообменном комплексе бентонитов Даш-Салахлинского месторождения преобладают одновалентные катионы натрия (31,0 мгэкв на 100 г), в бентонитах Тарн-Варнского месторождения двухвалентные катионы кальция (22,0 мгэкв на 100 г). В области концентраций 3-30 %вес. насыщение бентонитов водой осуществлялось в эксикаторе с заданной влажностью 98% над парами СиБ04'5И20. Количество адсорбированной воды определялось весовым методом. Для приготовления образцов в области концентраций воды 30-98 %вес. бентонитовый порошок смешивался в пробирке с дистиллированной водой в пропорциях, необходимых для получения нужной концентрации воды в бентоните. После приготовления образцы выдерживались при комнатной температуре в течение 3 суток.
Измерения времен релаксации проводились с помощью ЯМР релаксометра на частоте протонов у=19,08 МГц. Времена поперечной релаксации Т2 были измерены методом Карра-Парселла-Мейбума-Гилла (Сагг е! а1, 1954), а в области низких концентраций найдены из анализа спадов свободной индукции (ССИ). Времена продольной релаксации Т измерялись нуль-методом с помощью импульсной последовательности 180°-т -90°.
Результаты и их обсуждение
Для получения информации о кинетике адсорбции воды исследованными бентонитами образцы находились над парами СиБ04'5И20 при влажности воздуха 98 %. На рис. 1 представлена кинетика адсорбции воды бентонита-
6 (42) 2011
^ научно-техническим журнал
Георесурсы
ми. Видно, что в исследованном диапазоне концентраций (Рис. 1) адсорбция воды происходит в три стадии. Начальная стадия происходит со скоростью адсорбции 29,8 и 11,5 мг/сутки для бентонитов Даш-Салахлинского и Тарн-Варнского месторождений, соответственно. Вторая стадия адсорбции происходит со скоростью 1,3 и 1,0 мг/сутки для бентонитов Даш-Салахлинского и Тарн-Варнского месторождений, соответственно. Известно (Эйриш, 1997), что на первой стадии происходит адсорбция молекул воды на поверхности ММ, а также заполнение первой гидратной оболочки обменных катионов, находящихся в межслоевом пространстве ММ. Отличия в скоростях адсорбции на первом этапе гидратации бентонитов этих месторождений объясняется как малым содержанием ММ в бентоните Тарн-Варнского месторождения, так и природой обменных катионов в исследованных бентонитах. На второй стадии гидратации с меньшей скоростью происходит адсорбция в межслоевое пространство ММ по капиллярному механизму адсорбции и за счет осмотического давления, вызванного наличием обменных катионов в межслоевом пространстве ММ (Эйриш, 1997). На третьей стадии кривые адсорбции, представленные на рис. 1, выходят на плато со значениями массы поглощенной воды 440 и 285 мг/г для бентонитов Даш-Салахлинского и Тарн-Варнского месторождения, соответственно. Для корректного сравнения полученных значений адсорбционной емкости бентонитов следует учитывать различное содержание ММ в исследованных бентонитах, для чего необходимо нормировать значение адсорбционной емкости на содержание ММ. После такой нормировки получаем значение адсорбционной емкости, равное 518 мг на 1 г ММ, содержащегося в бентонитах обоих месторождений, что согласуется с тем, что адсорбция воды в бентонитах происходит в основном на ММ.
Перейдем непосредственно к обсуждению результатов, полученных методом ЯМР. На рис. 2 представлены спады поперечной намагниченности воды в бентонитах с естественным содержанием влаги. Неэкспоненциальный характер спада поперечной намагниченности воды в бентонитах свидетельствует о различных состояниях адсорбированной воды в бентонитах. В диапазоне концентраций до 20 %вес. спады поперечной намагниченности могут быть представлены в виде суммы двух компонент:
А(0 А(0)
= Ра еХР
\
t
+ Рь ехР
Л \
l2bS
(1)
где р и р - населенности компонент (ра+р=1) с временами спин-спиновой релаксации Т2а и Т2Ь, соответственно. При концентрациях воды в бентоните выше 20 %вес. затухания поперечной намагниченности представляет собой моноэкспоненциальные спады.
Наименьшее время Г2Ь=12,0-18,0 мкс может относиться к молекулам воды, находящихся в гексагональных полостях кристаллической решетки ММ, и молекулам воды на поверхности ММ (Тарасевич и др., 1964). Населенность данной компоненты при естественном содержании влаги составляет 0,19-0,20 и уменьшается с увеличением концентрации воды. Однако абсолютное значение массы воды, соответствующей этой компоненте, остается постоянной, что может говорить как о медленном обмене, так и
об изолированности молекул воды относящихся к данной компоненте, что подтверждает гипотезу о нахождении молекул воды в гексагональных полостях ММ. Молекулы воды, адсорбированные в межслоевое пространство монтмориллонита, имеют большую подвижность, чем молекулы воды в гексагональных полостях и на поверхности ММ, и, как следствие, характеризуются более длинными временами Т2а=34-36 мкс (Эйриш и др., 1999) для бентонитов как Тарн-Варснкого так и Даш-Салахлинского месторождений. Времена продольной релаксации воды Т в бентонитах Даш-Салахлинского и Тарн-Варнского месторождений при естественном содержании влаги отличаются и равны 260 и 188 мкс.
Для исследования влияния степени гидратации на структуру бентонита были получены концентрационные зависимости (Рис. 3) времени спин-решеточной релаксации Т и среднего времени спин-спиновой релаксации Т2, найденного из начального наклона спадов поперечной намагниченности, в диапазоне концентраций воды в бентонитах 9-98 %вес. В изученном диапазоне концентраций можно выделить три области концентрационной зависимости, характеризующиеся различным наклоном: до 23 %вес., 23-86 %вес. и 86-98 %вес. При увеличении концентрации воды в бентоните на первом этапе гидратации происходит увеличение времен релаксации Т и Т. В работе (Fripiat et al, 1982) предполагается, что активными центрами адсорбции для молекул воды в бентонитах выступают обменные катионы, представленные в основном Na+, Ca2+, находящимися в неэквивалентных положениях. При содержании воды в бентоните до одного монослоя молекулы воды в первую очередь адсорбируются на активных центрах адсорбции с наибольшей энергией взаимодействия (обменные катионы, парамагнитные центры (ПМЦ), микропоры (Карнаухов, 1999; Пименов и др., 2005)). Подвижность этих молекул сильно затруднена, что сильно уменьшает значения времени Т . Однако малая подвижность не объясняет малые значения времени Т порядка 100 мкс, что намного меньше минимального значения Т=6 мс, полученного по теории Бломбергена-Парселла-Паунда для диполь-дипольного взаимодействия (Абрагам, 1963). Данный факт свидетельствует о наличии дополнительного механизма релаксации в системе бентонит-вода. Существенное укорочение времен релаксации T и T2 (до 100 мкс) может свидетельствовать о сильном влиянии ПМЦ, которые и определяют ЯМ релаксацию в данных системах (Nagashima, 2006; Korb, 2001).
Первый этап гидратации имеет диапазон концентраций до 23 %вес., что совпадает с завершением первой стадии кинетики адсорбции. По завершению первого этапа гидратации можно судить о величине удельной поверхности S0 бентонита. Предполагая, что молекулы воды распределяются равномерно по поверхности бентонита по формуле:
S=MNS, ,
0 a 1m
где M- концентрация воды в молях, N - число Авогадро, Slm - поверхность, занимаемая одной молекулой воды (0,14 нм2), получаем значения удельной поверхности, равной 1071 м2/г и 576 м2/г для бентонита Даш-Салахлинского и Тарн-Варнского месторождения, соответственно. Приводимые в литературе значения удельной поверхности, по-
научно-технический журнал
I еоресурсы 6 (42) 2011
лученные различными методами, имеют большой разброс, например в работах (Акимбаева и др., 2007; Koyuncu, 2008) приводят значения удельной поверхности 90-265 м2/г, полученные методом БЭТ (Карнаухов, 1999). Теоретические вычисленные значения S0=700-900 м2/г (Hougardy et al, 1976), а также экспериментальные значения 1100 м2/г (Rossi et al, 2002) на порядок превышают значения полученные методом БЭТ. Полученные различными методами значения удельной поверхности бентонита могут зависеть как от используемого адсорбата, так и влажности самого бентонита. Во влажном бентоните молекулам адсорбата доступна большая часть поверхности за счет набухания бентонита и увеличения межслоевого расстояния. Меньшее значение удельной поверхности бентонита Тарн-Варнско-го месторождения связано с малым содержанием ММ, по сравнению с бентонитом Даш-Салахлинского месторождения.
Из рис. 3 видно, что второй этап гидратации имеет диапазон концентраций 23-86 %вес. Дальнейшее увеличение времен ЯМ релаксации с ростом концентрации воды происходит за счет увеличения подвижности молекул воды, адсорбция которых происходит на энергетически менее выгодных центрах адсорбции (полимолекулярная
Tls, МС T2s, мс Tla(wlm), МС T2a(wlm), мс
0.840±0.110 0.539±0.086 0.635±0.095 0.280±0.042
20 30 40 Время, сутки
Рис. 1. Кинетика адсорбции воды бентонитом Даш-Салах-линского (1) и Тарн-Варнского (2) месторождений.
Рис. 2. Спадыг поперечной намагниченности (ССИ) водыг в бентонитах Даш-Салахлинского (1) и Тарн-Варнского (2) месторождений при содержании естественной влаги. Сплошныге линии соответствует аппроксимации экспериментальные точек выражением (1) с параметрами ра=0,79, Т2а=36,0 мкс и Т2Ь =12,0 мкс для бентонита Даш-Салахлинского месторождения и р =0,80, Т. =34,0 мкс и Т.. =18 мкс для бентонита
^ а ' ' 2а ' 2Ь
Тарн-Варнского месторождения.
Табл. Времена релаксации молекул водыг на поверхности ММ бентонита Даш-Салахлинского месторождения.
адсорбция, гидратная оболочка обменных катионов). Уменьшение наклона концентрационной зависимости времен релаксации Т и Т2 связано с внутрикристалличес-ким набуханием ММ, которое характеризует второй этап гидратации бентонита. Увеличение доли молекул воды вдали от поверхности и ПМЦ ведет к увеличению времен релаксации до 10 мс за счет обмена молекул воды с высокой подвижностью вдали от поверхности с молекулами вблизи поверхности и ПМЦ.
Дальнейшая гидратация при концентрациях 86-98 %вес. бентонита Даш-Салахлинского месторождения вызывает разрушение слоисто-пачечной структуры ММ с образованием геля (Nakashima, 2004). При увеличении концентрации воды в бентоните Тарн-Варнского месторождения выше 61 %вес. происходит расслоение системы на воду и набухший бентонит. Отсутствие дальнейшего внутрикри-сталлического набухания бентонита Тарн-Варнского месторождения объясняется тем, что двухвалентные катионы кальция обеспечивают более сильное притяжение между слоями монтмориллонита по сравнению с одновалентными катионами натрия, в связи с чем молекулам воды сложнее проникнуть в межслоевое пространство, и в результате кальциевый бентонит хуже набухает и диспергируется (Соколов, 2000). В бентоните Даш-Салахлинского месторождения дальнейшее увеличение концентрации воды приводит к тому, что силы, связывающие отдельные слои ММ вместе, ослабевают, и происходит разрушение слоисто-пачечной структуры (Nakashima, 2004; Ме1кюг е! а1, 2009). Увеличение числа дисперсных частиц с ростом общей площади поверхности приводит к загустеванию суспензии и образованию геля. Времена релаксации Т и Т2 на этом этапе гидратации увеличиваются до 100 мс при 98 %вес., что объясняется увеличением доли подвижных молекул воды при разрушении слоистой структуры ММ и образовании геля.
При концентрациях воды, существенно превышающих концентрацию образования одного монослоя, систему бентонит - вода можно рассматривать как двухфазную, то есть состоящую из молекул, непосредственно взаимодействующих с поверхностью и удаленных от нее (Но^гёу е! a1, 1976; Пименов и др., 1998; Манк, 1988). В этом случае усредненные времена релаксации Т подчиняются соотношению:
— = — + aSnp. Т Т:п 01
J_
т.
J.
Тюу
w,
Ж
(2)
где Т0 и Т - времена релаксации молекул в объеме жидкости и на поверхности ММ, Б0 - удельная поверхность бентонита (1071 м2/г и 576 м2/г, для бентонита Даш-Салахлин-ского и Тарн-Варнского месторождения, соответственно), а -толщина монослоя, р1 - плотность жидкости, - массовая концентрация воды, w2 - массовая концентрация бентонита. Из наклона концентрационных зависимостей в координатах уравнения (2) могут быть оценены времена релаксации Т2^ молекул воды в поверхностном слое бен-
6 (42) 2011
^ научно-техническим журнал
Георесурсы
Рис. 3. Концентрационные зависимости времен релаксации воды в бентоните Даш-Салахлинского (Т (1), Т2 (2)) и Тарн-Варнского (Т (3), Т2 (4)) и месторождений при температуре 294 К. Пунктиром обозначены границы этапов гидратации.
Рис. 4. Зависимость скоростей релаксации 1/Т (1) и 1/Т (2) молекул воды в бентоните Даш-Салахлинского месторождения от относительного содержания w2 /w.
тонита Даш-Салахлинского месторождения. Отсутствие третьего этапа гидратации в бентоните Тарн-Варнского месторождения и ограничение концентрации в 61 %вес. не позволяют провести анализ концентрационных зависимостей времен релаксации по формуле (2). На рис. 4 приведены зависимости 1/7^ и 1/Т от относительной концентрации w2 /w для системы бентонит - вода. Представленные в таблице значения времен релаксации Т и Ta(w ) (времена релаксации при концентрации воды, достаточной для заполнения монослоя на поверхности бентонита) по порядку величины близки друг к другу. Небольшие отличия могут объясняться различиями в структуре микрочастиц ММ при различной степени гидратации. Так, в литературе (Hougardy et al, 1976; Cruz et al, 1978; Hensen et al, 2001) указывается структура ион-вода-поверхность при концентрациях ниже 20 % вес. Дальнейшая гидратация и увеличение расстояния между слоями ММ ведет к отрыву иона от поверхности с увеличением возможных ориен-таций молекул воды, что приводит к увеличению времен релаксаций Т и Т2 с ростом концентрации воды. Уменьшение анизотропии движений молекул воды вблизи поверхности из-за отсутствия ионов на ней, ведет к увеличению времени Т в отличие от T (wlm). Однако анизотропия движений молекул воды не объясняет столь коротких времен Т. Существенный вклад в продольную релакса-
цию воды в подобных системах определяется наличием парамагнитных примесей, как растворенных в воде, так и парамагнитных примесей в структуре кристаллической решетки ММ (Hougardy et al, 1976; Cruz et al, 1978).
Заключение
Из полученных в работе результатов можно сделать следующие выводы. Гидратация натриевых бентонитов Даш-Салахлинского месторождения происходит в три этапа: (1) адсорбция молекул воды на поверхности монтмориллонита, (2) поглощение воды в межслоевое пространство монтмориллонита, (3) разрушение структуры ММ и образование геля. Гидратация кальциевых бентонитов Тарн-Варнского месторождения происходит в два этапа без образования геля. Выше концентрации воды 61 %вес. происходит расслоение бентонита Тарн-Варнского месторождения на набухший бентонит и воду. При адсорбции молекул воды из паров гидратация бентонитов этих месторождений происходит в две стадии со скоростями адсорбции на начальной стадии 11 и 29 мг/сутки и второй стадии 1,3 и 1,0 мг/сутки для бентонитов Даш-Салахлинского и Тарн-Варнского месторождений, соответственно. Адсорбционная емкость бентонита Даш-Салахлинского месторождения составляет 440 мг/г, бентонита Тарн-Варнского месторождения 285 мг/г. Времена релаксации растут с увеличением концентрации воды. В области концентраций воды 50-98 %вес. систему бентонит-воды можно представить как двухфазную, состоящую из молекул, непосредственно взаимодействующих с поверхностью и удаленных от нее. Анализ времен релаксации Т и Т2 указывает на сильное влияние парамагнитных центров на ЯМ релаксацию.
Работа выполнена при частичном финансировании проекта Программы ФЦП «Научныге и научно-педагогические кадрыi инновационной России» на 2009-2013 годыг (гос. контр. № П414) и Министерства образования и науки РФ (проект № 2010-218-01-192).
Литература
Абрагам А. Ядерный магнетизм. М.: Изд-во иностр. лит-ры. 1963.
Акимбаева А. М., Ергожин Е.Е. Оценка структурных и сорб-ционных характеристик активированного бентонита. Коллоидный журнал. 2007. Т. 69. №4. 437-443.
Горюшкин В.В. Технологические свойства бентонитов палеоцена воронежской антеклизы и возможности их изменения. Вестник Воронеж. гос. ун-та. Сер. Геология. 2005. № 1. 166-177.
Карнаухов А. П. Адсорбция. Текстура дисперсных и пористых материалов. Новосибирск: Наука. Сиб. предприятие РАН. 1999.
Манк В.В. Спектроскопия ядерного магнитного резонанса воды в гетерогенных системах. Киев: Изд-во Наукова думка. 1988.
Пименов Г.Г., Опанасюк О.А., Хозина Е.В. Влияние аэросила на ядерную магнитную релаксацию и трансляционную подвижность диметилсульфоксида. Коллоидныгй журнал. 1998. Т. 60. 250.
Пименов Г.Г., Скирда В.Д. Изучение методом ЯМР кинетики адсорбции пористыми стеклами бутана и гексана из паровой фазы. Коллоидныгй журнал. 2005. Т. 67. 820.
Сандитов Д.С., Бартенев Г.М. Физические свойства неупорядоченных структур. Новосибирск: Наука. 1982.
Соколов В.Н. Глинистые породы и их свойства. Соросовский образовательным журнал. 2000. №9. 59.
Тарасевич Ю. И., Овчаренко Ф. Д., Манк В. В. Ядерный магнитный резонанс воды, адсорбированной на монтмориллоните. Докл. АН СССР. 1964. Т. 156. № 4. 1752.
Эйриш М.В. Кристаллохимия и структура в глинах и органо-глинистых комплексах. Дис. д. геол. н. Казань: Изд-во Каз. госунта. 1997.
Эйриш М.В., Аухадеев Ф.Л., Гревцев В.А. Структурные формы и подвижность молекулярной воды в монтмориллоните по данным
р- научно-технический журнал
l I еоресурсы 6 (42) 2011
УДК: 550.838.3, 550.8.053
Д.И. Хасанов, Э.В. Утемов, И.И. Нугманов, Б.М. Насыртдинов
Казанский (Приволжский) федеральный университет, Казань utemov@mail.ru, nusmumrik@gmail.com
ИССЛЕДОВАНИЕ ТОНКОЙ СТРУКТУРЫ МАГНИТНОГО ПОЛЯ МЕТОДОМ ФРАКТАЛЬНОГО
АНАЛИЗА
В работе приведена оригинальная методика обработки данных высокоточной магнитной съемки с применением теории фракталов. По результатам интерпретации фрактальных характеристик магнитного поля выявлены признаки вторичных изменений геологической среды под влиянием миграции углеводородов.
Ключевые слова: магнитная съемка, аномальное магнитное поле, фрактальная размерность, показатель Хёр-ста, вторичные изменения геологической среды.
Введение
Проблема исследования миграции углеводородов в осадочном чехле - чрезвычайно актуальная задача с точки зрения реконструкции геологической истории месторождений углеводородов, их поисков и разведки. С этой точки зрения соединения железа являются очень эффективными индикаторами изменяющейся геохимической обстановки.
Их широкое распространение в осадочных горных породах позволяет проводить исследования практически по-
всеместно. Потенциал магнитометрических методов в этом смысле огромен. Более глубокое понимание природы изменений магнитных параметров пород осадочного чехла, в целом, позволит найти новые эффективные инструменты для изучения процессов в осадочном чехле, инициированных углеводородами.
Активные эпигенетические процессы, инициированные углеводородами, приводят к изменению и формированию новых минералов железа. При этом в значительных
Окончание статьи Б.И. Гизатуллина, Р.В. Архипова, Е.А. Сулеймановой «Исследование гидратации бентонитовых глин методом ядерного магнитного резонанса»
ЯМР. Сб. статей «Структура и динамика молекулярных систем». Т.1. №2. 1999.
Carr H.Y., Purcell E.M. Effects of diffusion on free precission in Nuclear Magnetic Resonance experiments. Phys. Rev. 1954. V. 94. 630.
Cruz M.I., Letellier M., Fripiat J.J. NMR study of adsorbed water. II. Molecular motions in the monolayer hydrate of halloysite. J. Chem. Phys. 1978. Vol. 69. №5. 2018.
Delville A., Letellier M. Structure and Dynamics of Simple Liquids in Heterogeneous Condition: An NMR Study of the Clay-Water Interface. Langmuir. 1995. Vol. 11. № 4. 1361.
Fripiat J., Cases J., Francois M. Thermodynamic and microdynamic behavior of water in clay suspensions and gels. J. Colloid and Interface Sci. 1982. Vol. 89. № 2. 378.
Hougardy J., Fripiat J.J., Stone W. E. E. NMR study of adsorbed water. I. Molecular orientation and protonic motions in the two-layer hydrate of a Na vermiculite. J. Chem. Phys. 1976. Vol. 64. №9. 3840.
Hensen E. J. M., Tambach T. J., Bliek A. Adsorption isotherms of water in Li-, Na-, and K-montmorillonite by molecular simulation. J. Chem. Phys. 2001. Vol. 115. № 7. 3322.
Korb J.P. Surface dynamics of liquids in porous media. Magnetic Resonance Imaging. 2001. Vol. 19. 363.
Koyuncu H. Adsorption kinetics of 3-hydroxybenzaldehyde on native and activated bentonite . Appl. Clay Sci. 2008. Vol. 38. 279.
Melkior T., Gaucher E.C., Brouard C. et al. Na+ and HTO diffusion in compacted bentonite: Effect of surface chemistry and related texture. Journal of Hydrology. 2009. Vol. 370. 9.
Mitchell J., Webber J. B.W., Strange J.H. Nuclear magnetic resonance cryoporometry. Phys. Rep. 2008. Vol. 461. 1.
Nagashima K. Influence of Magnetic Impurities on Proton Spin Relaxation of Water in Clay. Appl. Magn. Reson. 2006. Vol. 30. 55.
Nakashima Y. Nuclear Magnetic Resonance Properties of Water-Rich Gels of Kunigel-V1 Bentonite. J. Nucl. Sci. Technol. 2004. Vol. 41. № 10. 981.
Nakashima Y., Mitsumori F. H2O self-diffusion restricted by clay platelets with immobilized bound H2O layers: PGSE NMR study of water-rich saponite gels. Appl. Clay Sci. 2005. Vol. 28. 209.
Rossi S., Luckham P.F., Tadros T.F. et al. NMR solvent relaxation studies of Na+-montmorillonite clay suspensions containing non-ionic polymers. Colloids Surf. 2002. Vol. 201. 85.
B.I. Gizatullin, R.V. Archipov, E.A. Suleymanova. Study of hydration of bentonite clays by a nuclear magnetic resonance method.
The nuclear magnetic relaxation times Tj and T2 of water protons in two types bentonites (Dash-Salakhly (Azerbaijan), Tarn-Warn (Russia, Tatarstan)) were studied by nuclear magnetic resonance method. The hydration of sodium Dash-Salakhly bentonites includes three stages: adsorption of water molecules on montmorillonite surfaces; water adsorption between montmorillonite layers; the separation of montmorillonite layers and gel formation. It was found that the second stage of hydration of calcium Tarn-Warn bentonites is completed at concentration of water 61 %wt. with no separation of montmorillonite layers. At this concentration the lamination of sample into water and the turgent bentonite occurs.
Keywords: NMR, bentonite, hydration, adsorption, montmorillonite.
Булат Илъдарович Гизатуллин инженер кафедры физики молекулярных систем.
Руслан Викторович Архипов к.физ.-мат.н., инженер кафедры физики молекулярных систем.
Елена Алексеевна Сулейманова инженер кафедры физики молекулярных систем
Казанский (Приволжский) федеральный университет. Институт Физики.
420008, Казань, ул. Кремлевская, 18. Тел.: (843)231-51-89.
р- научно-техническим журнал
6 (42) 2011 I еоресурсы
