新疆石英砂滤料板结机理

1.1 滤料静态酸洗分析

首先采用稀盐酸（质量分数为20%）静态清洗板结石英砂滤料，酸洗过程出现较多气泡及泡沫，酸洗后滤料自动散开。对板结石英砂滤料及新石英砂滤料酸洗失重情况进行称重测量，板结滤料酸洗平均失重5.6%，而新砂酸洗失重仅为1.43%。（表1）

表1 酸洗滤料失重情况

样品酸洗前/g酸洗后/g酸洗率/%平均酸洗率/%

板结混合砂153.663450.1946.476.33

板结混合砂29.82259.21346.20

板结细砂148.638945.97155.485.46

板结细砂29.63219.10875.43

新石英砂48.934348.23501.431.43

其次利用电感耦合等离子发射光谱仪测定酸洗液中主要离子含量，从数据对比中可初步判断，在板结砂中存在碳酸盐，主要以钙盐、钡盐、镁盐、锶盐为主（表2）。

表2 滤料酸洗液中离子质量浓度

样品Na+K+Ca2+Mg2+SiBa2+Al3+FeSr2+

板结混合砂洗液16.521.58205.8019.301.10360.203.4220.7218.61

板结细砂洗液15.210.76186.6511.381.06337.753.4319.9019.34

新石英砂洗液9.730.5580.652.950.790.102.6011.520.69

1.2 滤料微观形貌及元素含量分析

采用扫描电镜及能谱仪对新石英砂滤料、板结石英砂滤料、板结石英砂滤料胶结部位微观形貌进行表征，以探讨石英砂板结成因。

（1）新石英砂滤料。由电镜扫描及能谱测量对新砂表面进行微观分析可知，新砂表面干净，无多余杂质，主要组成元素为Si、O、Al，未见新生物质（矿物）（图2、表3）。

图2新石英砂电镜扫描图

表3 新石英砂表面元素含量分析

元素质量分数/%原子分数/%

O43.4357.32

Al4.893.83

Si51.6838.66

（2）板结石英砂滤料。通过电镜扫描及能谱测量对板结石英砂表面进行微观分析可知，石英砂表面覆盖一定厚度的矿物，表面粗糙、凸凹不平、表面碎片化。表面主要组成为Ca、Ba、O、C、Al等元素，并含有一定的有机质（C/N）（图3、表4）。

图3板结石英砂电镜扫描图

表4 板结石英砂表面元素含量分析

元素质量分数/%原子分数/%

C9.6222.90

N1.462.98

O25.8946.29

Na2.382.97

Mg0.810.95

Si2.062.09

P0.670.62

Ca18.4013.13

Ba38.7008.06

（3）板结石英砂粒胶结部位。通过电镜扫描及能谱测量对板结石英砂粒胶结部位表面进行微观分析（图4）可知，胶结石英砂粒表面被新生物质（矿物）覆盖，表面粗糙，新生矿物将砂粒胶结在一起，造成了过滤砂的板结。对砂粒胶结处进行了元素含量分析（表5），各砂粒胶结处主要元素组成有差别。但基本一致，主要含Ca、Ba、O、C、Al等元素，并含有一定的有机质（C/N），与砂粒表面元素组成及含量基本一致。

表5 板结石英砂粒胶结部位元素含量分析

元素质量分数/%原子分数/%

**.8814.4

N0.862.18

O22.6350.15

Na0.891.37

Mg0.580.84

Si0.170.22

Ca20.4018.05

Ba49.6012.81

图4板结石英砂胶结部位电镜扫描图

从数据分析结果表明，砂粒板结主要原因为：①砂粒表面有以钙、钡盐为主的新生物质（矿物）产生；②砂粒胶结物主要为钙、钡盐为主的碳酸盐矿物；③砂粒表面有少量有机质。

1.3 滤料化学组分分析

对板结石英砂滤料及新石英砂滤料采用XRF、XRD等技术手段进行了组分分析（表6）。

表6板结石英砂滤料及新石英砂滤料XRF、XRD分析数据