Odmiany polimorficzne CaCO₃ jako produkt karbonatyzacji zaczynów cementowych

• Autorzy: Uliasz-Bocheńczyk A. , Gawlicki M. , Mokrzycki E. , Pyzalski M.

Warianty tytułu

EN

Polymorphic varieties of CaCO₃ as a product of cement grout carbonization

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Zaczyny cementowe stosowane w technologiach wiertniczych wykorzystywanych w geologicznym składowaniu CO₂ będą ulegać intensywnej karbonatyzacji. Ditlenek węgla powodujący korozję węglanową lub kwasowo-węglanową zaczynu cementowego reaguje przede wszystkim z portlandytem Ca(OH)₂, stanowiącym obok uwodnionych krzemianów wapnia C-S-H główny produkt reakcji z wodą podstawowych składników cementu, alitu i belitu. Węglan wapnia powstający w wyniku reakcji CO₂ z Ca(OH)₂ może występować we wszystkich trzech odmianach polimorficznych CaCO₃, jako kalcyt, aragonit i vateryt. Potwierdziły to badania próbek pobranych z otworów wykonanych w celu intensyfikacji wydobycia ropy naftowej przy użyciu CO₂ (Carem i in. 2006, 2007; Scherer, Huet 2009). Prawdopodobnie jako pierwszy powstaje vateryt, który następnie przechodzi w kalcyt. Aragonit pojawia się zazwyczaj jako faza przejściowa (Kurdowski 2010). W artykule przedstawiono wyniki badań składów fazowych zaczynów cementowych, które mogą być użyte w pracach wiertniczych wykonywanych w celu geologicznego składowania CO₂. W zaczynach stwierdzono równoczesne występowanie obok siebie różnych odmian polimorficznych węglanu wapnia. Zaczyny pozostające w kontakcie z solanką i ditlenkiem węgla wykazywały oprócz kalcytu, aragonitu i vaterytu, również obecność faz będących produktami korozji chlorkowej zaczynu cementowego.

EN

Cement grouts used in drilling technologies applied in the geological storage of CO₂ undergo intense carbonization. Carbon dioxide, which causes carbonate or acid-carbonate corrosion of a cement grout, reacts mainly with portlandite Ca(OH)₂ which is, along with hydrate calcium silicate C-S-H, a main product of basic cement components’ (alite and belite) reactions with water. Calcium carbonate formed as a result of the CO₂ and Ca(OH)₂ reaction may occur in the three polymorphic varieties of CaCO₃ – calcite, aragonite, and vaterite. This has been proven by testing on samples taken from drilling holes made to intensify the output of rock oil through the use of CO₂ (Carem et al. 2006, 2007; Scherer, Huet 2009). It is probable that the vaterite is formed in the first plate and then transforms into calcite. Aragonite is usually a transitional phase (Kurdowski 2010). The article shows the results of research on cement grouts’ phase compositions which may be applied to drilling works for the geological storage of CO₂. It has been proven that different polymorphic varieties of calcium carbonate occur simultaneously in cement grouts. The grout coming into contact with leach and carbon dioxide reveals not only the presence of calcite, aragonite, and vaterite but also some phases which are the products of cement grout chloride corrosion.

Słowa kluczowe

PL

zaczyn cementowy; karbonatyzacja; korozja węglanowa; kalcyt; aragonit; vateryt

EN

cement grout; carbonization; carbonate corrosion; calcite; aragonite; vaterite

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN ; Komitet Zrównoważonej Gospodarki Surowcami Mineralnymi PAN
• Czasopismo: Gospodarka Surowcami Mineralnymi
• Rocznik: 2013
• Tom: T. 29, z. 2
• Strony: 79--88
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Uliasz-Bocheńczyk A.

• Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie

autor

Gawlicki M.

• Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie

autor

Mokrzycki E.

• Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, Kraków

autor

Pyzalski M.

• Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie

Bibliografia

• [1] Carey i in. 2006 – Carey J.W., Wigand M., Chipera S., Wolde Gabriel G., Pawar R., Lichtner P., Wehner S., Raines M., Guthrie G., 2006 – Analysis and performance of oil well cement with 30 years of CO2 exposure from the SACROC Unit,West Texas, USA. [W:] Proceedings Materials of 8th International Conference on Greenhouse Gas Control Technologies (GHGT-8), J. Gale, N. Rokke, P. Zweigel and H. Svenson, eds., Elsevier, CD-ROM.
• [2] Carey i in. 2007 – Carey J.W., Wigand M., Chipera S., Wolde Gabriel G., Pawar R., Lichtner P., Wehner S., Raines M., Guthrie G., 2007 – Analysis and performance of oil well cement with 30 years of CO2 exposure from the SACROC Unit, West Texas, USA. International Journal of Greenhouse Gas Control 1, p. 75–85.
• [3] Duguid A., Scherer G.W., 2010 – Degradation of oilwell cement due to exposure to carbonated brine. International Journal of Greenhouse Gas Control 4, p. 546–560.
• [4] Kurdowski W., 2010 – Chemia cementu i betonu. Wydawnictwo Polski Cement/Wydawnictwo Naukowe PWN, Kraków/Warszawa.
• [5] Rychlicki i in. 2011 – Rychlicki S., Stopa J., Uliasz-Misiak B., Zawisza L., 2011 – Kryteria typowania złóż do zastosowania zaawansowanej metody wydobycia ropy naftowej poprzez zatłaczanie CO2. Gospodarka Surowcami Mineralnymi t. 27, z. 3, s. 125–139.
• [6] Scherer G.W., Huet B., 2009 – Carbonation of wellbore cement by CO2 diffusion from caprock. International Journal of Greenhouse Gas Control 3, p. 731–735.
• [7] Short i in. 2001 – Short N.R., Purnell P., Page C.L., 2001 – Preliminary investigations into supercritical carbonation of cement pastes. Journal of Materials Sciences 36, p. 35–41.
• [8] Stępkowska E.T., 2005 – Hypothetical transformation of Ca(OH)2 into CaCO3 in solid-state reactions of Portland cement. Thermal Analysis and Calorimetry 80, 727–733.
• [9] Stępkowska E.T., 2006 – Simultaneous IR/TG study of calcium carbonate in two. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry 84, p. 175–180.
• [10] Stępkowska i in. 2003 – Stępkowska E.T., Aviles M.A., Blanes J.M., Perez-Rodriguez J.L., Martínez-Blanes J. M., 2003 – Calcite, vaterite and aragonite forming on cement hydration from liquid and gaseous phase. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry 73, 247–269.
• [11] Stępkowska i in. 2007 – Stępkowska E.T., Aviles M.A., Blanes J.M., Perez-Rodriguez J.L., 2007 – Gradual transformation of Ca(OH)2 into CaCO3 on cement hydration. XRD study. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry 87, 189–198.
• [12] Uliasz-Misiak B., 2011 – Wpływ geologicznego składowania CO2 na środowisko. Gospodarka Surowcami Mineralnymi t. 27, z. 1, s. 129–143.
• [13] Vanhuis M.A., Reardon E.J., 2001 – Vacuum method for carbonation of cementitious wasteforms. Environmental Science & Technology 35, 4120–4125.
• [14] Wigand i in. 2009 – Wigand M., Kaszuba J.W., Carey J.W., Hollis W.K., 2009 – Geochemical effects of CO2 sequestration on fractured wellbore cement at the cement/caprock interface. Chemical Geology 265, p. 122–133.