4 油田中的应用
表面活性剂形成的泡沫密度低 、重量小及压力 小 , 相当于水压力的 1 / 50～1 / 20 , 有一定的粘滞 性 , 可连续流动 , 对水 、油 、砂石有携带作用 。控制 配方使具有一定的表面粒度和溶液粘度 , 可以保证泡 沫有一定的稳定性 , 由于这些特点 , 在石油开采中得 到广泛使用 。特别是在缺水地区和中低压油气层 , 如 采用常规水基泥浆钻井 , 会带来严重的油层损害 。许 多井在钻井过程中有油气显示 , 测井解释也是油层 , 而完井试油却含量很低 , 甚至滴油不出 。采用表面活 性剂形成的泡沫体系作为低密度低压力的钻井液 , 泡 沫的细小紧密结构所形成的粘滞性 , 使其具有良好的 携带能力 , 有利于发现油层和保护油层 , 并有效地防 止漏失 , 也能显著提高钻井速度 , 有时达水基泥浆的 4 倍～5 倍 。表面活性剂还可用于油田三次采油中 ,据 有关专家介绍 ,表面活性剂 、碱和聚合物是油田三元复 合驱的重要原料 。不久前 , 国内第一个千吨级油田三 次采油用表面活性剂装置的主体部分在大庆油田技术 开发实业公司投料试车一次成功 , 使我国油田三次采 油用表面活性剂国产化取得了突破性进展 。此前在大 庆油田三元复合驱试验中所用的表面活性剂全部由国 外进口 。作为新兴的采油手段 , 聚合驱和三元复合驱 技术已相继在大庆油田取得重大进展 , 聚合驱在油田 进入工业化生产阶段 , 三元复合驱矿物试验效果日见 明显 , 因而有关专家预测 , 表面活性剂应用市场前景 广阔 。
另外 , 在电镀工业中 , 机械零件在电镀前通常要
进行清洗处理 , 除锈 、除氧化层和除污垢用盐酸清洗 往往是必不可少的程序 。工业盐酸的 HCl 含量一般在 30 %左右 , 清洗时往往散发出大量的酸雾 , 这种酸 雾不仅对操作人员产生严重的危害性 , 而且还会腐蚀 周围的金属设备和原材料 , 所以很有必要抑制酸雾的 产生 。由多种表面活性剂复配的抑雾剂 , 利用表面活 性剂的疏水基和亲水基在液面排列形成表面膜及双电 层液膜 , 以及利用表面活性剂的成泡作用来抑制酸雾 的挥发 , 从而提高了工作的环境质量 , 减少经济损 失 。这也是表面活性剂的重要用途之一 。
水煤浆是一种新型煤基液体燃料 , 是洁煤技术的 重要组成部分 。为使煤粉稳定地分散在水中 , 并尽可 能减少水含量 , 提高煤含量 , 降低水煤浆粘度以满足 泵送要求 , 减少能耗和输送工艺操作成本 , 必须借助 表面活性剂 。用作水煤浆分散剂的表面活性剂多为阴 离子和非离子表面活性剂 (表 1) 。
由于无机粉料具有巨大的比表面积 , 进行表面改 性会改变粉料的许多性能 , 从而提高粉料的价值 , 而 表面活性剂的引入使得难以表面改性的粉料得到顺利
进行 。例如 , TiO2 具有独特的物理化学性质和优良的 颜料性能 , 是重要的化工产品 。为提高 TiO2 对介质 或粘接剂的分散稳定性和光化学稳定性 , 必须对它的 表面进行改性 。在用 Al2O3 对 TiO2 进行包膜处理中 , 由于 Al2O3 和 TiO2 的等电位高 , 在中性水分散体系中 粒子表面呈正电性 , 难以获得令人满意的包膜效果 ; 若加入阴离子表面活性剂 , 可改善它们的表面性能 , 获得满意的包膜效果 。
第 23 卷第 1 期 2000 年 2 月
Hale Waihona Puke 日用化学品科学 DETERGENT & COSMETICS
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表面活性剂在工业中的应用
方战强 1 , 方战胜 2 (11 广东工业大学环资系 , 广州 510090 ; 21 河南郾城一高 , 郾城
462000)
摘要 : 介绍了表面活性剂在电镀 、材料 、煤炭 、油田 、采矿等工业中的应用情况及其作用机理 , 并进行了表面活性剂的市场展望 , 提出了其在煤炭 、油田 、采矿工业中市场前景广阔 。 关键词 : 表面活性剂 ; 表面改性 ; 捕收剂 ; 应用 中图分类号 : TQ423 文献标识码 : C 文章编号 : 1006 - 7264(2000) 01 - 0035 - 03
3 煤炭工业中的应用
表面活性剂在煤炭工业中的应用已有相当长的时
间 , 但对其机理的研究及大规模的工业化使用还是近 几年的事 。特别是随着全球对环保问题的日益关注 , 80 年代后期提出的洁煤技术 , 为提高煤炭的利用 率 , 减轻环境污染 , 表面活性剂在煤炭加工中的应用 研究越来越深入 , 并开发了大批产品 。 311 选煤中的应用
正如催化剂凭借它们在化学反应中降低活化能 , 在化学工业中得到广泛应用那样 , 表面活性剂依靠自 身独特的两亲性结构而具有降低表面张力 、起泡 、乳 化 、分散 、润湿 、增溶 、渗透和抗静电等性能 ,在各种工 业和消费品应用中有重要的地位 。目前 ,世界表面活性 剂消耗量约为 900 万 t , 其中工业用量占 55 % , 已广 泛应用于纺织 、油田 、采矿 、金属 、涂料 、建材和能源等 工业领域 。本文根据表面活性剂的特性 , 谈谈其在这 些行业中的应用情况和作用机理 。
除此以外表面活性剂还可防止无机盐粉的结块 ; 在湿化学中 , 表面活性剂利用静电斥力稳定作用和空 间保障作用 , 改善颗粒分散状态 , 从而制得高性能的 粉末 。目前国内对材料科学用表面活性剂的开发研究
的深度和广度还不够 , 大多仅限于无机粉料表面改性 方面的研究 , 而且未有工业化产品 。随着对新材料要 求的提高 , 开发出针对性强 、具有独特性能的表面活 性剂将具有重大意义 。
2 材料科学中的应用
在材料科学中 , 随着新技术革命的发展 , 特别是 尖端新技术对新材料的迫切需求 , 不断发展新的工艺 和方法 , 以便开发出有高附加值的新材料 。在发展的 新技术 、新工艺中 , 表面活性剂作为一种辅助的添加 剂 , 引起许多科研人员的关注 。 211 机械合金化中的应用
机械合金化是材料科学中一个发展十分迅速的技 术 。它是用球磨 、碾磨等方法 , 对两种或多种金属粉
213 粉碎粉体颗粒中的应用
粉碎是个可逆过程 :
粉粹
细化
大颗粒
小颗粒
聚结 粉碎转化
当正反速度相等时 , 便达到粉碎平衡 , 颗粒尺寸达到 极限粒度 。若在粉料中加入表面活性剂 , 表面活性剂 吸附在物料颗粒表面上 , 它会起到两方面的作用 : 一 方面 , 表面活性剂在粒料粉碎过程中平衡了颗粒表面 上的过剩价键的作用 , 避免颗粒聚结 , 抑制粗大化过 程 ; 另一方面 , 表面活性剂降低了颗粒的表面自由 能 , 使颗粒的易碎性提高 , 使反应顺利向右进行 。例 如 , 在矿渣硅酸盐水泥球磨时添加木质磺酸盐表面活 性剂的研究表明 , 磨机产量提高 23 % , 单位电耗降 低 18 % , 而且水泥颗粒组成更加合理 , 有利于水泥 强度的增加 。
拓宽电镀液的 p H、温度和电流密度的使用范围 ; 对电镀中析出的金属粒子具有良好的分散性 ,有利于 提高镀件表面的平滑和光亮度 ;降低表面张力有利于 对镀件的润湿 ;促进在阴极表面产生的氢气 ,尽快脱离 可防止镀件产品凹痕和针孔 ;经过表面活性剂清洗的 镀件 ,其电镀效果明显改善 , 可以节省耗电量 。
15 %～25 % , 表面活性剂在此过程中的用量每年达 7000 多 t , 主要是起泡剂 , 还有少量的添加剂和脱水 剂 。其中应用最多的起泡剂有甲基异丁基甲醇 、杂醇 油 、聚乙二醇和聚丙二醇等 , 每年我国纯起泡剂的用 量约 3500 t 。与发达国家相比 , 我国原煤入洗比重还 相当低 , 随着对环境保护要求的提高 , 我国将努力加 大煤炭的入洗比重 , 相应地加大起泡剂的用量 。 312 水煤浆中的应用
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目前我国已开发了萘系和聚氧乙烯系分散剂 , 已 工业化 。分散剂的用量约为 011 %～015 % (干煤) , 其用量大小受煤炭种类 、煤浆制作的目的以及分散剂 的种类和性能的影响 。随着国民经济的发展以及环境 保护要求的提高 , 我国势必加快煤浆技术的开发和应 用 , 水煤浆分散剂在我国有广阔的市场前景 。尽管我 国已开发了萘系和聚氧乙烯系产品 , 国内分散剂远不 能满足市场的要求 。
1 电镀工业中的应用
在电镀工业中常用的表面活性剂有 : 琥珀酸二辛 酯 磺 酸 钠 系 列 (Aerosol) ; 脂 肪 醇 硫 酸 酯 系 列 (Duponol) ; 支链脂肪醇硫酸酯系列 ( Tergitol) ; 烷基芳 基 磺 酸 盐 系 列 (Nacconol) ; 烷 基 萘 磺 酸 盐 系 列 (Alkanol) ; 烷基酚醚硫酸酯系列 ( Triton720) ; 脂肪醇 聚氧乙烯醚系列 ( Triton NE) ; 壬基酚聚氧乙烯醚系列 ( Triton N) 。由于表面活性剂具有分散性 、润湿性等 特性 , 在电镀工业中有着特殊的作用 , 其效果表现在 以下几个方面 :
目前表面活性剂在电镀行业中主要用于提高镀件 的平滑和光亮度以及镀件的清洗 , 用量较少且不够普 遍 。即使有这方面的研究也只是注重在提高镀件的质 量上 , 未考虑表面活性剂应用之后对环境的负面影 响 , 所以开发既有经济效益又有环境效益的表面活性 剂具有时代意义 , 也是可持续发展战略对表面活性剂 工作者提出的时代要求 。
收稿日期 : 1999 - 09 - 10 作者简介 : 方战强 (1976 - ) , 男 (汉族) , 广东人 , 硕士研究生 。
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第 23 卷第 1 期
末的混合料施加机械作用力 , 使得这些混合料在外界 机械力的作用下 , 发生一系列的物理化学变化 , 生成 所需的合金 。这种工艺过程对制取新材料具有很大的
选煤是洁煤技术中最经济有效的途径之一 , 是国 际上公认的洁煤技术中的重点 。表面活性剂因其具有
双亲结构的特点 , 在选煤中有着重要的作用 。 开采到的煤粒 , 一般被粘土粘污 , 大颗粒表面粘
土易洗去 , 但煤泥中有相当可观的小煤粒 , 一般用泡 沫浮选法回收 。在浮选过程中 , 单靠煤与碱石表面性 质的自然差异还不够 , 必须向煤浆中添加一定量的浮 选药剂 , 以提高煤表面的疏水性使煤粒能更好地粘附 在气泡上 , 形成矿化泡沫层 。再者 , 在单纯的煤浆中 充气 , 产生的气泡极易破裂 , 应添加浮选药剂增加其 稳定性和分散性 , 因此浮选效果的好坏取决于浮选药 剂 。同样为提高絮凝法选煤的效果 , 应在絮凝过程中 加入分散性较好的助剂 , 这些助剂是高分子表面活性 剂 , 分子链较长 , 在煤粒表面的吸附能力较强 , 絮凝 效果也较好 。目前我国浮选选煤约占煤炭入洗量的