시추이수에 사용하는 벤토나이트의 분산 특성 연구 : 유기폴리머와 수질에 따른 영향 DISPERSION BEHAVIOR OF SOME BENTONITES USED FOR DRILLING FLUID : EFFECTS OF POLYMERS AND WATER QUALITIES원문보기
몬모릴로나이트를 주구성광물로 하는 벤토나이트는 시추이수의 주재료로 사용된다. 벤토나이트의 분산 거동은 시추이수의 특성과 밀접히 관계된다. 따라서 여러 벤토나이트를 사용하여 다양한 용액 조건에 대한 벤토나이트의 분산 거동을 검토하였다. 사용한 벤토나이트는 상업적으로 판매되는 4종으로 이중에서 2종은 유기화합물을 처리한 제품인 Tixoton과 Bentonil-GTC4 (Sud-Chemie Korea Co)를 사용하였고, 나머지 2종은 무처리한 벤토나이트로서 Montigel-F (Sud-Chemie Korea Co)와 Wyoming (...
몬모릴로나이트를 주구성광물로 하는 벤토나이트는 시추이수의 주재료로 사용된다. 벤토나이트의 분산 거동은 시추이수의 특성과 밀접히 관계된다. 따라서 여러 벤토나이트를 사용하여 다양한 용액 조건에 대한 벤토나이트의 분산 거동을 검토하였다. 사용한 벤토나이트는 상업적으로 판매되는 4종으로 이중에서 2종은 유기화합물을 처리한 제품인 Tixoton과 Bentonil-GTC4 (Sud-Chemie Korea Co)를 사용하였고, 나머지 2종은 무처리한 벤토나이트로서 Montigel-F (Sud-Chemie Korea Co)와 Wyoming (BPM Minerals LLC, USA)을 사용하였다. 모든 실험에 사용한 용액은 다른 pH 조건(pH 2, 7, 12)과 다른 농도의 NaCl용액(1, 3.5 and 10%)을 사용하여 비교하였다. 그리고 수용성 유기폴리머를 혼합한 용액도 사용하여 분산실험을 행하였다. 폴리머로는 carboxymethyl cellulose (anionic), partially hydrolyzed polyacrylamide (anionic), xanthan gum (anionic), and polyvinyl pyrrolidone (cationic)의 4가지를 사용하였다. 벤토나이트의 분산 거동을 색도계(HACH DR/890)와 광산란법(light scattering methods)의 두 방법으로 측정하였다. 광산란법은 최근에 개발된 분산안정도측정기(TurbiscanMA 2000)를 사용하였으며, 이를 통하여 응집체의 직경 및 응집속도를 측정하였다. 그리고 각 종류별 벤토나이트의 현탁액에 대한 점도를 측정하여 검토하였다. 모든 실험은 벤토나이트 3%의 현탁액을 사용하였다. 분산실험의 결과, 벤토나이트의 종류, pH, NaCl의 농도, 폴리머의 종류 및 농도 등에 따라 다양한 분산 및 응집 거동을 나타냈다. 벤토나이트 현탁액의 분산-응집 거동은 pH에 따라 큰 차이를 보였으며, 일반적으로 pH의 증가에 따라 분산 안전성이 증가되었다. pH 7이상에서는 분산이 잘 되었으나, pH 2의 산성 용액에서는 응집이 우세하게 나타났다. 이에 따라 응집체의 직경과 응집속도가 pH의 감소할수록 증가되었으며, 퇴적층의 부피는 pH의 증가에 따라 감소하였다. 음이온 폴리머를 사용한 현탁액의 분산실험에서는 폴리머를 사용하지 않은 다른 시료에 비하여 높은 분산성을 나타냈으며, 폴리머의 농도가 증가할수록 분산성도 증가하였다. 특히 pH 2의 산성 용액에서도 분산성을 보였다. 반면에 양이온 폴리머를 사용한 현탁액에서는 모든 pH 조건에서 분산보다는 응집현상이 잘 나타났다. 또한 양이온 폴리머의 농도가 증가하고 pH가 감소할수록 더 응집현상이 강하게 나타났으며, 응집체의 퇴적층 부피도 감소하였다. 이것은 폴리머의 양전하가 벤토나이트 입자의 음전하와 강하게 결합하기 때문인 것으로 보인다. 여기서도 응집체의 직경과 응집속도가 알카리 조건보다 산성의 용액조건에서 상대적으로 크게 나타났다. 폴리머와 NaCl의 농도에 따라 응집속도가 다르게 나타났다. NaCl용액에서는 증류수에 비하여 모든 실험에서 응집현상이 우세하게 나타났으며, NaCl 농도의 증가에 따라 응집속도가 크게 나타났다. 그리고 퇴적된 응집체의 부피는 NaCl 농도의 증가에 따라 감소하였고, 응집체의 직경은 증가하였다. 이는 일반적으로 알려진 바와 같이 전해질 농도의 증가에 따른 전기이중층의 압축에 의한 것으로 사료된다. NaCl용액에서도 음이온 폴리머를 처리한 시료에서는 처리하지 않은 시료에 비하여 비교적 높은 분산성을 나타냈다. 이들 폴리머의 농도가 증가하고 NaCl의 농도가 감소할수록 응집속도가 감소하였다. 실험한 음이온폴리머에서 NaCl 1% 용액에서는 비교적 양호한 벤토나이트의 분산성을 나타냈다. 그러나 NaCl용액에서 양이온 폴리머를 처리한 모든 시료에서는 분산성은 전혀 나타나지 않았다. 이 실험에서는 양이온폴리머 및 NaCl의 농도가 증가함에 따라 침강된 응집체의 부피가 감소되었는데, 이것은 더 많은 전기이중층의 압축에 의한 것으로 생각된다. 여기서도 산성조건에서 응집체 직경 및 침강속도가 증가하였다. 각 실험에서 전체 현탁액의 점도를 측정해 본 결과, 빠른 응집속도를 보이는 벤토나이트 현탁액에서는 낮은 점도를 나타냈다. 이러한 현탁액의 점도는 용액손실량(fluid loss)의 감소에 따라 증가하였다. 같은 조건에서 볼 때 Wyoming 시료가 Montigel-F 시료에 비해 높은 점도를 보였다. 그리고 pH 7 이상의 용액과 음이온폴리머로 처리한 용액에서는 pH 2의 산성용액에 비해 높은 점도를 나타냈다. 이러한 점도는 처리한 폴리머의 농도와 폴리머의 분자량이 증가할수록 증가하였다. NaCl 용액에서는 그 농도가 증가할수록 점도가 감소하였다. 양이온폴리머로 처리한 현탁액에서는 pH 증가에 따라 약간 증가하는 경향이 있으나 모든 pH용액에서 아주 낮은 점도를 나타냈다. 이번 실험에서 주로 사용한 Wyoming 및 Montigel-F의 벤토나이트 시료를 비교해 보면 대체로 유사하였지만, pH 2와 같은 일부 조건에서는 Wyoming의 분산성이 Montigel-F의 것보다 우세하게 나타났다. 이러한 결과는 광물성분, 입도, 결정도 등에 관여하는 것으로 나타났으며 특히 비표면적과 반응할 수 있는 입자수와 기인된 입도의 영향이 큰 것으로 나타났다. 사용한 폴리머와의 반응실험의 결과, 음이온 폴리머는 몬모릴로나이트의 층간에 잘 들어가지 않는 것으로 나타났으나, 양이온 폴리머는 층간에 일부 삽입(intercalation)된 것으로 나타났다. 유기폴리머를 혼합한 현탁액에서 음이온 폴리머인 xanthan gum을 사용한 경우에서는 높은 염도 및 강한 산성의 조건에서도 모두 높은 분산성을 나타내었다. 따라서 이 음이온 폴리머는 특수 조건에서 시추이수의 분산특성을 증가시키는데 가장 효과적으로 활용될 수 있는 것으로 나타났다. 시추이수에 혼입될 수 있는 암석쇄설물질에 의한 벤토나이트 현탁액의 분산성에 미치는 영향에 대해 간단히 검토해 보았다. 실험은 화강암, 석회암, 현무암의 3개 암석의 분말을 벤토나이트 현탁액과 혼합하여 분산거동을 비교 관찰하였다. 그 결과 화강암과 현무암에 비하여 석회암이 반응성이 크며, 분산성의 효과가 다소 나쁜 것으로 나타났다. 암석쇄설물질이 함유됨에도 불구하고 음이온 폴리머를 처리한 현탁액의 분산성은 양호한 것으로 나타났고, 현탁액 내에 많은 암석쇄설물을 함유할 수 있는 것으로 나타났다. 이번 연구에서 사용한 광산란법(light scattering methods)에 의한 분산실험의 결과로 도출된 현탁액의 응집속도 및 응집체 직경은 분산 거동을 객관적으로 평가하는데 유용한 것으로 나타났다. 응집속도 및 응집체 직경의 자료로부터 분산특성을 등급화 할 수 있을 것으로 보아 A, B, C, D으로 4가지로 등급화 하였다. 이러한 자료는 벤토나이트 시추이수의 분산특성을 객관적으로 평가하는데 활용될 수 있을 것으로 판단된다. 그리고 이번 연구에서는 벤토나이트의 시추이수에 대해 벤토나이트의 종류, pH, 염분 농도, 여러 첨가 폴리머의 종류 및 농도 등에 대해 분산 실험을 수행하여 각 조건에 따른 결과를 제시한 것으로 시추이수, 제지 등의 벤토나이트 현탁액의 활용에 유용한 자료가 될 것으로 생각된다.
몬모릴로나이트를 주구성광물로 하는 벤토나이트는 시추이수의 주재료로 사용된다. 벤토나이트의 분산 거동은 시추이수의 특성과 밀접히 관계된다. 따라서 여러 벤토나이트를 사용하여 다양한 용액 조건에 대한 벤토나이트의 분산 거동을 검토하였다. 사용한 벤토나이트는 상업적으로 판매되는 4종으로 이중에서 2종은 유기화합물을 처리한 제품인 Tixoton과 Bentonil-GTC4 (Sud-Chemie Korea Co)를 사용하였고, 나머지 2종은 무처리한 벤토나이트로서 Montigel-F (Sud-Chemie Korea Co)와 Wyoming (BPM Minerals LLC, USA)을 사용하였다. 모든 실험에 사용한 용액은 다른 pH 조건(pH 2, 7, 12)과 다른 농도의 NaCl용액(1, 3.5 and 10%)을 사용하여 비교하였다. 그리고 수용성 유기폴리머를 혼합한 용액도 사용하여 분산실험을 행하였다. 폴리머로는 carboxymethyl cellulose (anionic), partially hydrolyzed polyacrylamide (anionic), xanthan gum (anionic), and polyvinyl pyrrolidone (cationic)의 4가지를 사용하였다. 벤토나이트의 분산 거동을 색도계(HACH DR/890)와 광산란법(light scattering methods)의 두 방법으로 측정하였다. 광산란법은 최근에 개발된 분산안정도측정기(Turbiscan MA 2000)를 사용하였으며, 이를 통하여 응집체의 직경 및 응집속도를 측정하였다. 그리고 각 종류별 벤토나이트의 현탁액에 대한 점도를 측정하여 검토하였다. 모든 실험은 벤토나이트 3%의 현탁액을 사용하였다. 분산실험의 결과, 벤토나이트의 종류, pH, NaCl의 농도, 폴리머의 종류 및 농도 등에 따라 다양한 분산 및 응집 거동을 나타냈다. 벤토나이트 현탁액의 분산-응집 거동은 pH에 따라 큰 차이를 보였으며, 일반적으로 pH의 증가에 따라 분산 안전성이 증가되었다. pH 7이상에서는 분산이 잘 되었으나, pH 2의 산성 용액에서는 응집이 우세하게 나타났다. 이에 따라 응집체의 직경과 응집속도가 pH의 감소할수록 증가되었으며, 퇴적층의 부피는 pH의 증가에 따라 감소하였다. 음이온 폴리머를 사용한 현탁액의 분산실험에서는 폴리머를 사용하지 않은 다른 시료에 비하여 높은 분산성을 나타냈으며, 폴리머의 농도가 증가할수록 분산성도 증가하였다. 특히 pH 2의 산성 용액에서도 분산성을 보였다. 반면에 양이온 폴리머를 사용한 현탁액에서는 모든 pH 조건에서 분산보다는 응집현상이 잘 나타났다. 또한 양이온 폴리머의 농도가 증가하고 pH가 감소할수록 더 응집현상이 강하게 나타났으며, 응집체의 퇴적층 부피도 감소하였다. 이것은 폴리머의 양전하가 벤토나이트 입자의 음전하와 강하게 결합하기 때문인 것으로 보인다. 여기서도 응집체의 직경과 응집속도가 알카리 조건보다 산성의 용액조건에서 상대적으로 크게 나타났다. 폴리머와 NaCl의 농도에 따라 응집속도가 다르게 나타났다. NaCl용액에서는 증류수에 비하여 모든 실험에서 응집현상이 우세하게 나타났으며, NaCl 농도의 증가에 따라 응집속도가 크게 나타났다. 그리고 퇴적된 응집체의 부피는 NaCl 농도의 증가에 따라 감소하였고, 응집체의 직경은 증가하였다. 이는 일반적으로 알려진 바와 같이 전해질 농도의 증가에 따른 전기이중층의 압축에 의한 것으로 사료된다. NaCl용액에서도 음이온 폴리머를 처리한 시료에서는 처리하지 않은 시료에 비하여 비교적 높은 분산성을 나타냈다. 이들 폴리머의 농도가 증가하고 NaCl의 농도가 감소할수록 응집속도가 감소하였다. 실험한 음이온폴리머에서 NaCl 1% 용액에서는 비교적 양호한 벤토나이트의 분산성을 나타냈다. 그러나 NaCl용액에서 양이온 폴리머를 처리한 모든 시료에서는 분산성은 전혀 나타나지 않았다. 이 실험에서는 양이온폴리머 및 NaCl의 농도가 증가함에 따라 침강된 응집체의 부피가 감소되었는데, 이것은 더 많은 전기이중층의 압축에 의한 것으로 생각된다. 여기서도 산성조건에서 응집체 직경 및 침강속도가 증가하였다. 각 실험에서 전체 현탁액의 점도를 측정해 본 결과, 빠른 응집속도를 보이는 벤토나이트 현탁액에서는 낮은 점도를 나타냈다. 이러한 현탁액의 점도는 용액손실량(fluid loss)의 감소에 따라 증가하였다. 같은 조건에서 볼 때 Wyoming 시료가 Montigel-F 시료에 비해 높은 점도를 보였다. 그리고 pH 7 이상의 용액과 음이온폴리머로 처리한 용액에서는 pH 2의 산성용액에 비해 높은 점도를 나타냈다. 이러한 점도는 처리한 폴리머의 농도와 폴리머의 분자량이 증가할수록 증가하였다. NaCl 용액에서는 그 농도가 증가할수록 점도가 감소하였다. 양이온폴리머로 처리한 현탁액에서는 pH 증가에 따라 약간 증가하는 경향이 있으나 모든 pH용액에서 아주 낮은 점도를 나타냈다. 이번 실험에서 주로 사용한 Wyoming 및 Montigel-F의 벤토나이트 시료를 비교해 보면 대체로 유사하였지만, pH 2와 같은 일부 조건에서는 Wyoming의 분산성이 Montigel-F의 것보다 우세하게 나타났다. 이러한 결과는 광물성분, 입도, 결정도 등에 관여하는 것으로 나타났으며 특히 비표면적과 반응할 수 있는 입자수와 기인된 입도의 영향이 큰 것으로 나타났다. 사용한 폴리머와의 반응실험의 결과, 음이온 폴리머는 몬모릴로나이트의 층간에 잘 들어가지 않는 것으로 나타났으나, 양이온 폴리머는 층간에 일부 삽입(intercalation)된 것으로 나타났다. 유기폴리머를 혼합한 현탁액에서 음이온 폴리머인 xanthan gum을 사용한 경우에서는 높은 염도 및 강한 산성의 조건에서도 모두 높은 분산성을 나타내었다. 따라서 이 음이온 폴리머는 특수 조건에서 시추이수의 분산특성을 증가시키는데 가장 효과적으로 활용될 수 있는 것으로 나타났다. 시추이수에 혼입될 수 있는 암석쇄설물질에 의한 벤토나이트 현탁액의 분산성에 미치는 영향에 대해 간단히 검토해 보았다. 실험은 화강암, 석회암, 현무암의 3개 암석의 분말을 벤토나이트 현탁액과 혼합하여 분산거동을 비교 관찰하였다. 그 결과 화강암과 현무암에 비하여 석회암이 반응성이 크며, 분산성의 효과가 다소 나쁜 것으로 나타났다. 암석쇄설물질이 함유됨에도 불구하고 음이온 폴리머를 처리한 현탁액의 분산성은 양호한 것으로 나타났고, 현탁액 내에 많은 암석쇄설물을 함유할 수 있는 것으로 나타났다. 이번 연구에서 사용한 광산란법(light scattering methods)에 의한 분산실험의 결과로 도출된 현탁액의 응집속도 및 응집체 직경은 분산 거동을 객관적으로 평가하는데 유용한 것으로 나타났다. 응집속도 및 응집체 직경의 자료로부터 분산특성을 등급화 할 수 있을 것으로 보아 A, B, C, D으로 4가지로 등급화 하였다. 이러한 자료는 벤토나이트 시추이수의 분산특성을 객관적으로 평가하는데 활용될 수 있을 것으로 판단된다. 그리고 이번 연구에서는 벤토나이트의 시추이수에 대해 벤토나이트의 종류, pH, 염분 농도, 여러 첨가 폴리머의 종류 및 농도 등에 대해 분산 실험을 수행하여 각 조건에 따른 결과를 제시한 것으로 시추이수, 제지 등의 벤토나이트 현탁액의 활용에 유용한 자료가 될 것으로 생각된다.
Bentonite, which mainly consists of montmorillonite, is a major component of drilling fluids. The dispersion behavior of bentonite is a major concern in performance of drilling fluid. Therefore, the dispersion behavior of four commercial bentonites in solutions pH (pH 2, 7 and 12) and NaCl (1, 3.5, ...
Bentonite, which mainly consists of montmorillonite, is a major component of drilling fluids. The dispersion behavior of bentonite is a major concern in performance of drilling fluid. Therefore, the dispersion behavior of four commercial bentonites in solutions pH (pH 2, 7 and 12) and NaCl (1, 3.5, and 10%) were studied. Two organically treated bentonites (Tixoton and Bentonil-GTC4; Sud-Chemie Korea Co.) and two untreated bentonites (Montigel-F; Sud-Chemie Korea Co. and Wyoming bentonite; BPM Minerals LLC, USA) were used for experiments. The effect of different polymers and polymer concentration on the same solution conditions was also examined. The polymers are carboxyl methyl cellulose (anionic), partially hydrolyzed polyacrylamide (anionic), xanthan gum (anionic), and polyvinyl pyrrolidone (cationic). 3 % of bentonite suspension (3% w/v) was applied for all dispersion experiments. The dispersion behavior of bentonites was measured by two methods such as colorimetric (HACH DR/890) and light scattering methods (Turbiscan MA 2000). Light scattering method is a newly developed method, which allows estimating the floc diameter and flocculation rate (velocity). The dispersion and flocculation behaviors are diverse with the different bentonites and solutions. The changes in the viscosity of bentonite suspensions in such solutions were also investigated as a major rheological property of drilling fluid. Different dispersion and flocculation behaviors are resulted by types of bentonite, pH, NaCl concentration, and types and concentration of polymers. The dispersion and flocculation behaviors are strongly controlled by pH. In general, the dispersion stability of all the bentonites (Montage-F, Wyoming bentonite, Tixoton and Bentonil-GTC4) is increased with increasing solutions pH. The suspensions are stable (disperse) at ≥ pH 7 and unstable (flocculate) at low pH condition. The flocculation rate and floc diameter are increased with decreasing solutions pH, whereas sedimentation volume of treated samples is increased with increasing solutions pH. For anionic polymer treated samples, the stability of the suspension is increased with increasing concentrations of polymer. The increased addition of anionic polymer results in stable suspension even in acidic condition. In contrast, cationic polymer treated samples are relatively unstable in all pH conditions. For cationic polymer treated samples, the stability of the suspension is decreased with increasing polymer concentrations and decreasing solution pH. This is due to attraction between positive charged polymer and negatively charged clay surface. For cationic polymer treated samples, the volume of settled flocs is decreased with increasing polymer concentration and decreasing solution pH due to more double layer compression. The floc diameter and flocculation rate (velocity) are relatively high in acidic condition compared with alkaline condition. The flocculation rate varies with concentration of polymers and NaCl. In NaCl solution, flocculation is generally dominant process compared with in distilled water under all experimental conditions. The flocculation rate is increased with increasing concentration of NaCl. The volume of settled flocs is decreased with increasing NaCl concentrations. The floc diameter of the sample is increased with increasing concentrations of NaCl. This is due to more double layer compression caused by increased ionic strength. However, anionic polymer treated bentonites show relatively high dispersion stability that untreated bentonites. The flocculation rate is decreased with increasing polymer concentration and decreasing NaCl concentrations. Bentonites treated with higher concentration of anionic polymer show good dispersion in 1% NaCl. However, the cationic polymer is not effective in all NaCl solutions. The bentonites with fast flocculation behavior show low viscosity. It is observed that the viscosity of the samples is increased with decreasing fluid loss of the samples. The Wyoming bentonite, generally, shows higher viscosity compared with Montigel-F. In solution pH ≥ 7, the anionic polymer treated samples show significantly higher viscosity compared with solution pH 2. The viscosity of the samples increases while increasing polymer concentration and polymer molecular weight. The cationic polymer treated samples show significantly low viscosity at all pH conditions although the viscosity tends to slightly increase with increasing solution pH. In NaCl solutions, the viscosity of the samples decreases with increasing concentrations of NaCl. The dispersion/flocculation behaviors of Montigel-F and Wyoming bentonite are similar, but Wyoming bentonite shows relatively high dispersion stability at pH 2 and some experimental conditions. This is probably due to the differences in mineral composition, particle size and crystallinity. It is considered that specific surface area, particle size and numbers of reactive particles have a great effect on the dispersion stability. The XRD observation indicates that an anionic polymer does not intercalated in montmorillonite interlayer spaces, but cationic polymers partly intercalated in the interlayer spaces. Bentonites treated with xanthan gum (anionic) show best dispersion stability in strong acid and high NaCl concentration. Therefore, this anionic polymer can be used to increase dispersion stability of drilling fluids in specific environmental conditions. The detrimental effects of rock fragments in drilling fluids have long been an industrial concern. Therefore, the effects of rock fragments on dispersion of bentonite suspensions were examined. Three different types of rock fragments (granite, limestone and basalt) are reacted with bentonite suspensions. Limestone is more reactive with bentonite suspensions than others and resulted in worst effect on drilling fluid. The dispersion stability of anionic polymer treated bentonites is relatively good and can carry more rock fragments in suspensions. The experimental results show that the flocculation rate and floc diameter obtained by light scattering method is very useful to objectively evaluate the dispersion behavior of bentonite suspension. The dispersion /flocculation characteristics are classified as four grades (A, B, C, D) based on the flocculation rate and floc diameter. This classification can be used for the evaluation of dispersion properties of drilling fluid in diverse environmental conditions. And also, the results obtained from dispersion experimental works with considering various factor such as type of bentonite, pH, NaCl concentration and types and concentration of polymers will be very helpful data in applying bentonite suspensions to drilling fluids, paper industry, etc.
Bentonite, which mainly consists of montmorillonite, is a major component of drilling fluids. The dispersion behavior of bentonite is a major concern in performance of drilling fluid. Therefore, the dispersion behavior of four commercial bentonites in solutions pH (pH 2, 7 and 12) and NaCl (1, 3.5, and 10%) were studied. Two organically treated bentonites (Tixoton and Bentonil-GTC4; Sud-Chemie Korea Co.) and two untreated bentonites (Montigel-F; Sud-Chemie Korea Co. and Wyoming bentonite; BPM Minerals LLC, USA) were used for experiments. The effect of different polymers and polymer concentration on the same solution conditions was also examined. The polymers are carboxyl methyl cellulose (anionic), partially hydrolyzed polyacrylamide (anionic), xanthan gum (anionic), and polyvinyl pyrrolidone (cationic). 3 % of bentonite suspension (3% w/v) was applied for all dispersion experiments. The dispersion behavior of bentonites was measured by two methods such as colorimetric (HACH DR/890) and light scattering methods (Turbiscan MA 2000). Light scattering method is a newly developed method, which allows estimating the floc diameter and flocculation rate (velocity). The dispersion and flocculation behaviors are diverse with the different bentonites and solutions. The changes in the viscosity of bentonite suspensions in such solutions were also investigated as a major rheological property of drilling fluid. Different dispersion and flocculation behaviors are resulted by types of bentonite, pH, NaCl concentration, and types and concentration of polymers. The dispersion and flocculation behaviors are strongly controlled by pH. In general, the dispersion stability of all the bentonites (Montage-F, Wyoming bentonite, Tixoton and Bentonil-GTC4) is increased with increasing solutions pH. The suspensions are stable (disperse) at ≥ pH 7 and unstable (flocculate) at low pH condition. The flocculation rate and floc diameter are increased with decreasing solutions pH, whereas sedimentation volume of treated samples is increased with increasing solutions pH. For anionic polymer treated samples, the stability of the suspension is increased with increasing concentrations of polymer. The increased addition of anionic polymer results in stable suspension even in acidic condition. In contrast, cationic polymer treated samples are relatively unstable in all pH conditions. For cationic polymer treated samples, the stability of the suspension is decreased with increasing polymer concentrations and decreasing solution pH. This is due to attraction between positive charged polymer and negatively charged clay surface. For cationic polymer treated samples, the volume of settled flocs is decreased with increasing polymer concentration and decreasing solution pH due to more double layer compression. The floc diameter and flocculation rate (velocity) are relatively high in acidic condition compared with alkaline condition. The flocculation rate varies with concentration of polymers and NaCl. In NaCl solution, flocculation is generally dominant process compared with in distilled water under all experimental conditions. The flocculation rate is increased with increasing concentration of NaCl. The volume of settled flocs is decreased with increasing NaCl concentrations. The floc diameter of the sample is increased with increasing concentrations of NaCl. This is due to more double layer compression caused by increased ionic strength. However, anionic polymer treated bentonites show relatively high dispersion stability that untreated bentonites. The flocculation rate is decreased with increasing polymer concentration and decreasing NaCl concentrations. Bentonites treated with higher concentration of anionic polymer show good dispersion in 1% NaCl. However, the cationic polymer is not effective in all NaCl solutions. The bentonites with fast flocculation behavior show low viscosity. It is observed that the viscosity of the samples is increased with decreasing fluid loss of the samples. The Wyoming bentonite, generally, shows higher viscosity compared with Montigel-F. In solution pH ≥ 7, the anionic polymer treated samples show significantly higher viscosity compared with solution pH 2. The viscosity of the samples increases while increasing polymer concentration and polymer molecular weight. The cationic polymer treated samples show significantly low viscosity at all pH conditions although the viscosity tends to slightly increase with increasing solution pH. In NaCl solutions, the viscosity of the samples decreases with increasing concentrations of NaCl. The dispersion/flocculation behaviors of Montigel-F and Wyoming bentonite are similar, but Wyoming bentonite shows relatively high dispersion stability at pH 2 and some experimental conditions. This is probably due to the differences in mineral composition, particle size and crystallinity. It is considered that specific surface area, particle size and numbers of reactive particles have a great effect on the dispersion stability. The XRD observation indicates that an anionic polymer does not intercalated in montmorillonite interlayer spaces, but cationic polymers partly intercalated in the interlayer spaces. Bentonites treated with xanthan gum (anionic) show best dispersion stability in strong acid and high NaCl concentration. Therefore, this anionic polymer can be used to increase dispersion stability of drilling fluids in specific environmental conditions. The detrimental effects of rock fragments in drilling fluids have long been an industrial concern. Therefore, the effects of rock fragments on dispersion of bentonite suspensions were examined. Three different types of rock fragments (granite, limestone and basalt) are reacted with bentonite suspensions. Limestone is more reactive with bentonite suspensions than others and resulted in worst effect on drilling fluid. The dispersion stability of anionic polymer treated bentonites is relatively good and can carry more rock fragments in suspensions. The experimental results show that the flocculation rate and floc diameter obtained by light scattering method is very useful to objectively evaluate the dispersion behavior of bentonite suspension. The dispersion /flocculation characteristics are classified as four grades (A, B, C, D) based on the flocculation rate and floc diameter. This classification can be used for the evaluation of dispersion properties of drilling fluid in diverse environmental conditions. And also, the results obtained from dispersion experimental works with considering various factor such as type of bentonite, pH, NaCl concentration and types and concentration of polymers will be very helpful data in applying bentonite suspensions to drilling fluids, paper industry, etc.
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