2 Объекты и методы исследований

Поверхностно-активные вещества, способные адсорбироваться на границе соприкосновения двух фаз, сокращая поверхностное натяжение.

Смачиватели обладают высоким гидрофильно-липофильным балансом, другими словами, отношением полярной части молекулы к гидрофобному радикалу. Они стабилизируют поверхность при адсорбции на твердых частицах, вследствие чего в водных пульпах происходит диспергирование коллоидных, глинистых и шламистых частиц за счет расклинивающего действия гидратных оболочек.

К смачивателям относят силикаты, полифосфаты, лигносульфонаты щелочных металлов (жидкое стекло, кремнефтористый натрий), некоторые комплексообразующие реагенты (например, эфиры сульфоянтарной кислоты). Кроме того, в качестве смачивателей выступают водорастворимые природные и синтетические органические полимеры (крахмалы, декстрины, таннины, полиметакрилаты). Для того, чтобы добиться эффекта смачивания минеральных суспензий, используются животные клеи, желатины, альгинаты (экстракт водорослей), сульфитные щелока и полусинтетические типы этилендиаминтетраацетила.

Смачиватели применяются, главным образом, в процессах классификации, флотационного и гравитационного обогащения, при мокрой магнитной сепарации, дезинтеграции и измельчении полезных ископаемых. Вместе с тем смачиватели обеспечивают эффективное химическое взаимодействие водных растворов выщелачивающих реагентов (кислот, соды, щелочей) в процессах химического обогащения, подземного выщелачивания и гидрометаллургической переработки руд, а также используются в качестве пептизаторов буровых жидкостей, тяжелых суспензий, а также цементных и других растворов, закладочных смесей. Еще одна из областей применения смачивателей – это устранение случаев выпадения солей, например, гипса, гидрооксидов железа, водорастворимых минералов из их насыщенных растворов.

Многие пав в качестве смачивателей способствуют диспергированию аполярных веществ в воде и водных растворах по отношению к водонерастворимым эмульсиям аполярных веществ и реагентов (например, нефти, керосина, жирных кислот и т. П.). Эта особенность используется для повышения нефтеотдачи пластов, при кондиционировании флотационных реагентов, фотоэмульсий, красителей, смазочных материалов. Кроме того, растворы за счет снижения поверхностного натяжения воды и высокой смачивающей способности позволяют обеспечить эффективное тушение волокнистых гидрофобных горючих материалов.

1. Проведение лабораторных испытаний способа приготовления водной суспензии антиагломератора крошки изопренового каучука диспергированием стеарата кальция в воде

В настоящее время в цехе И-5в антиагломератор - стеарат кальция - получают непосредственно в трубопроводе линии циркуляционной воды взаимодействием водных растворов стеарата калия и хлорида кальция при стехиометрическом избытке хлорида кальция. Применение дистиллярной жидкости в качестве раствора хлористого кальция приводит к увеличению содержания хлор-ионов в циркуляционной воде за счет присутствия в ней хлорида натрия и хлорида калия. Предлагается использовать в качестве антиагломератора товарный стеарат кальция, который предполагается вводить в циркуляционную воду в виде суспензии с концентрацией стеарата кальция 4,5 %. Суспензию готовить в присутствии эмульгатора ОП-7 или ОП-10 и антивспенивающего вещества ПМС-200 или ПМС-200а.

Стеарат кальция выпускается отечественными и зарубежными производителями в виде порошка различной дисперсности. Отечественные производители выпускают стеарат кальция по ТУ 2432-005-10269039-05.

Для испытаний было приобретено три образца стеарата кальция:

- образец № 1 – марка С-17, производитель - «Ставропольский завод химических реактивов», ТУ 2432-005-10269039-05, партия № 21, дата производства 27.07.10;

- образец № 2 - российского производства, поставщик ООО «Русьимпекс» (Тульская область), дата производства – июль 2010 г.;

- образец № 3 – китайского производства, марка ВS, поставщик ООО «Русьимпекс».

В таблице 2.1 приведены характеристики испытуемых образцов стеарата кальция по паспортным данным. Из таблицы 1 видно, что образцы № 1 и № 2 не отличаются друг от друга по техническим характеристикам, в образце № 3, в отличие от двух первых образцов, отсутствуют фракции крупнее 315 мкм.

Таблица 2.1- Характеристика испытуемых образцов стеарата кальция по паспортным данным

Наименование показателей	Норма по ТУ	Паспортные данные образца
		№1	№2	№3
1. Массовая доля кальция, %	5,8-7,0	6,7	6,7	6,58
2. Массовая доля кислот в пересчете на стеариновую кислоту, %	не более 0,5	0,15	0,15	0,27
3. Удельная электропроводность, См/Ом	не более 0,04	0,01	0,01	-
4. Температура плавления, оС	130-150	141,0	141,0	145,2
5. Массовая доля остатка при просеве через сито 0315	не более 0,5	0,2	0,2	0,0
6. Массовая доля воды, %	не более 3	2,4	2,4	1,3

Проведен хроматографический анализ фракционного состава органической части образцов стеарата кальция, результаты которого приведены в таблице 2.

Таблица 2.2- Фракционный состав органической части испытуемых образцов стеарта кальция

Фракция кислот	Содержание фракции в образце, % мас.
	№1	№2	№3
С16	11,2	5,8	64,7
С18	81,7	94,2	35,3
С20	7,1	0,0	0,0

Из таблицы 2.2 видно, что образец № 3 отличается от образцов № 1 и № 2 фракционным составом органической части – содержание пальмиата кальция превышает содержание стеарата кальция.

Седиментационным методом на фотоседиментографе АФС-2М в среде гексана с использованием глинозема в качестве калибровочного вещества определен фракционный состав образцов, результаты которого приведены в таблице 3.

Таблица 2.3 - Характеристика фракционного состава образцов

Размер фракции, мкм	Содержание фракции в образце, %
	Образец №1	Образец №2	Образец №3
>63	38,4	28,45	0,0
63-40	14,24	13,16	21,06
40-30	6,73	13,07	14,9
30-20	20,47	25,57	26,84
20-10	13,07	15,55	20,42
10-6	0,71	2,89	2,64
6-3	0,0	0,0	0,21
<3	6,74	4,31	13,93

Из данных таблицы 2.3 видно, что в образце № 3, в отличие от образцов № 1 и № 2, крупнодисперсная часть с размером частиц >63 мкм отсутствует, образцы № 1 и № 2 практически одинаковы по размеру частиц и их распределению по фракциям.

Из испытуемых образцов стеарата кальция готовили суспензии в воде с концентрацией 5 % мас. в присутствии поверхностно-активного вещества ОП-10 по рецепту: 95 мас. ч дистиллированной воды, 5 мас. ч. стеарата кальция, 0,09 мас.ч. ОП-7. Изначально дозировка ОП-10 выбрана согласно регламентным расходным нормам на выпуск 1 т каучука при приготовлении стеарата кальция периодическим способом из растворов стеарата калия и хлорида кальция: стеариновой кислоты – 8 кг/т (или стеарата кальция - 8,53 кг/т), ОП-10 - 0,15 кг/т, ПМС-200 - 0,095 кг, отсюда дозировка ОП-10 составляет 1,6 %, а ПМС-200 – 1,01% от количества стеарата кальция. Приготовление суспензии проводили следующим образом: ОП-7 растворяли в 20 % от общего количества воды, засыпали стеарат кальция, перемешивали взбалтыванием и добавляли оставшееся количество воды и вновь перемешивали взбалтыванием. Дробная подача воды способствует лучшему смачиванию стеарата кальция. Приготовленные суспензии испытывали на устойчивость следующим образом: в стеклянную трубку с внутренним диаметром 1,5 см и длиной 52 см заливали суспензию, и визуально следили за осаждением образца. Суспензия из образцов № 1 и № 2 осаждается достаточно быстро – через 10 минут происходит осветление верхнего слоя, частицы стеарата кальция осаждаются на дне. На дне суспензий на основе образцов № 1 и № 2 присутствует мелкий тяжелый осадок коричневого цвета. Суспензия из образца № 3 не осаждается долгое время – более 3 часов, верхний слой не светлеет, границ раздела фаз не видно. Эти же суспензии выдерживали при температуре 70^оС при перемешивании в течение часа, затем испытывали на устойчивость. Результаты те же.

Согласно инструкции цеха И-5в приготовление суспензии стеарата кальция проводят при температуре 70÷85^оС добавлением концентрированного раствора хлорида кальция (25 %) в 4,5% раствор стеарата калия в присутствии ОП-7 или ОП-10 и ПМС-200 или ПМС-200А, рН суспензии должен составлять 10,5÷12,0 ед.

В лабораторных условиях испытали влияние порядка ввода воды при приготовлении суспензии стеарата кальция на ее устойчивость и размер частиц. Проведено две серии опытов.

В первой серии опытов в стеклянном стакане с рамной мешалкой, моделирующем аппарат поз. 115/1 цеха И-5в, проводили приготовление суспензии стеарата кальция (из образца № 3) с концентрацией 4,5 % в двух вариантах. В первом случае стеарат кальция добавлялся на полный объем горячей воды. При этом концентрация ОП-10 в воде составляла 0,075%, ПМС-200 0,048%. После прибавления стеарата кальция суспензия перемешивалась при 80^оС в течение 4-х часов, после чего перемешивание и обогрев прекращались. Во втором случае стеарат кальция добавлялся на половину требуемого количества горячей воды, при этом дозировка ОП-10 составляла 1,6 %, а ПМС-200 – 1,01% от количества стеарата кальция. Суспензия перемешивалась при 80^оС в течение трех часов, после чего разбавлялась горячей водой вдвое. Разбавленная суспензия перемешивалась еще 1 час, после чего перемешивание и обогрев прекращались. Через 12 часов обе суспензии нагревались при перемешивании до 80^оС, затем перемешивание прекращали и оценивали устойчивость суспензий по склонности к отстаиванию. Визуально выпадения грубого осадка стеарата кальция не наблюдалось. Во втором опыте после непродолжительного отстаивания (около часа) суспензия расслоилась на воду и всплывший стеарат кальция. Вероятно, дисперсность второй суспензии выше.

Во второй серии опытов готовили эмульсию стеарата кальция (образец № 3) с концентрацией 18,2 % - в воду содержащую ОП-10 и ПМС-200 засыпали стеарат кальция и перемешивали при температуре 75-80^оС в течение трех часов, при этом дозировка ОП-10 составляла 1,6 %, а ПМС-200 – 1,01% от количества стеарата кальция. Вид полученной суспензии – однородная густая масса с консистенцией сметаны. После охлаждения до комнатной температуры суспензия стала еще гуще. Через двое суток из концентрированной суспензии разбавлением водой при температуре 80^оС и при перемешивании не менее часа приготовили суспензии с концентрацией стеарата кальция 4,9 %, 6,1%, 7,6 %, 10,3%, 14,5%. Концентрацию суспензии определяли по сухому остатку при 110^оС. Все разбавленные суспензии были однородны и устойчивы к разделению при перемешивании. При прекращении перемешивания после непродолжительного отстаивания (около часа) суспензии расслаиваются на воду и всплывший стеарат кальция. Водный слой занимает не более 10% от объема суспензии.

Лабораторными испытаниями показано, что:

- В присутствии полиметилсилоксана ПМС-200 смачивание стеарата кальция происходит значительно лучше, чем без него. ПМС-200, кроме антивспенивающего действия, положительно воздействует на образование суспензии вследствие хорошей растворимости стеарата кальция в нем - стеарат кальция первоначально смачивается ПМС-200, находящегося на поверхности воды, после чего переходит в водную фазу под действием щелочи и эмульгатора.

- Увеличение температуры приготовления суспензии с 20 до 80^оС способствует улучшению смачиваемости порошка стеарата кальция и получению однородной суспензии.

- Суспензии из образцов № 1 и № 2 при хранении без перемешивания осаждаются с осветлением верхней части (частички стеарата кальция осаждаются), образец № 3 – с осветлением нижней части (частички стеарата кальция всплывают). Суспензии из образцов № 1 и № 2 содержат осадок песка. Вероятно, отсутствие осадка на дне при отсаивании суспензии - это признак получения мелкодисперсной суспензии и снижения риска забивки оборудования тяжелыми отложениями крупнодисперсного стеарата кальция.

- Дробный ввод воды при приготовлении суспензии способствует лучшему смачиванию порошка стеарат кальция, уменьшению размера частиц стеарата кальция в суспензии.

- Оптимальный способ приготовления суспензии стеарата кальция состоит в следующем: в 20-50 % от исходного количества воды при 70-80^оС вводится расчетные количества ОП-10, ПМС-200, гидрооксид калия, стеарат кальция, все перемешивается в течение 4 часов до получения однородной суспензии, затем вводится оставшееся количество воды и перемешивается в течение не менее 1 часа.

Согласно литературным данным антиагломератор с более развитой удельной поверхностью границы раздела фаз и высокой антиагломерирующей способностью (диаметр частиц до 20 мкм) может быть получен при гидродинамическом воздействии на предварительно полученную водную суспензию трубчатого турбулентного аппарата (ТТА) диффузор-конфузорной конструкции. Предполагается, что установка такого аппарата на линии циркуляции суспензии стеарат кальция и (или) на линии подачи суспензии антиагломератора в циркуляционную воду будет способствовать снижению размера частиц антиагломератора и повышению устойчивости суспензии, соответственно, повышать эффективность действия антиагломератора.