Поверхностно-активные вещества

ПАВ

В настоящее время поверхностно-активные вещества широко используются в технологии и производстве вяжущих материалов. Они являются эффективными разжижителями сырьевых цементных шламов, интенсификаторами процесса помола клинкера и улучшают строительно-технические свойства цементов и других вяжущих материалов.

Следовательно, снижение тепловых затрат на испарение влаги позволит повысить производительность печи. Расчеты показывают, что снижение влажности шлама с 40 до 39% уменьшает удельный расход воды с 0,667 до 0,639 кг на 1 кг сухого сырья, или на 4,2%. Таким образом, каждый процент снижения влажности шлама уменьшает расход тепла на испарение воды и перегрев пара на 22 ккал/кг клинкера. Повышение производительности вращающейся печи за счет снижения влажности шлама на 3—4% составляет около 3—5% и на столько же сокращается удельный расход топлива.

Высокая экономическая эффективность использования понизителей влажности определили большой интерес к ним исследователей, которые разработали ряд эффективных добавок— разжижителей сырьевого шлама. Указанные добавки можно разделить на 3 группы: органические, щелочные электролиты и комбинированные, представляющие собой смесь первых двух. К первым относятся сульфитно-спиртовая барда (ССБ), сульфитно-дрожжевая бражка (СДБ), отходы кожевенного производства и т. п., ко вторым — жидкое стекло, сода, некоторые фосфаты натрия.

Химические реагенты для обработки глинистых растворов, применяемых при бурении нефтяных скважин, с учетом физико-химической природы и целевого назначения разделены на защитные коллоиды и реагенты-электролиты. Защитные коллоиды разделяются на понизители водоотдачи и понизители вязкости. К последним относятся дубильные экстракты, ССБ, синтаны, полнфенолы, углещелочной реагент. Л1еханизм действия защитных коллоидов на глинистую суспензию обусловлен адсорбцией молекул реагента на поверхности частиц, изменением свойств поверхности раздела твердой и жидкой фаз и повышением гндрофильности.

В. В. Тимашевым и Л. М. Сулнменко в основу классификации добавок-разжижителей положен их химический состав. Прежде всего добавки разделены на два класса: неорганические и органические. К неорганическим разжижителям относятся 4 вида добавок: с щелочной реакцией (щелочи пли соли щелочных металлов и слабых кислот, карбонаты, фосфаты и т. д.), используемые самостоятельно или в смеси друг с другом; с нейтральной реакцией (сульфаты металлов); с кислой реакцией (углекислота); комбинированного действия, например, щелочная соль с углекислотой.

Поверхностно-активные вещества в зависимости от характера активных групп, обусловливающих разжижающее действие, предложено разделить на 4 основных класса:

1. С преобладающим влиянием S0₃H-групп, которые состоят из 2 видов: лигносульфонатных разжижителей на основе продуктов переработки целлюлозы и разжижителей, содержащих сульфокислоты и их соли. К этому классу веществ относятся сульфитные щелочи, ССБ, СДБ, сульфанол, нейтрализованный черный контакт и др.

2. С преобладающим влиянием ОН-групп, которые образованы из 4 видов: фенол-, таннин-, гуматсодержащих разжижител» и добавок на основе отходов сахарной промышленности с фенол- и гуматсодержащей составляющими. К этому классу разжижителей принадлежат экстрактивные фенолы, галловая кислота, лигнин, таннин, дубильные экстракты, синтаны, кожсокн, торфо- и углещелочные реагенты и отходы сахарной промышленности.

3. С совместным влиянием S0₃H-, ОН- групп и ионов металлов включают два вида: щелочные соли органических и кремнийорганических кислот и композиции органических и неорганических соединений.

4. Мылосодержащие вещества с гидрофобными свойствами. По другой классификации химические вещества по-своему действию на дисперсные системы разделены на три группы: защитные коллоиды, структурообразователи и коагуляторы.

Общепринятый механизм разжижающего действия органических поверхностно-активных веществ можно представить следующим образом: молекулы ПАВ своими полярными активными группами адсорбируются на поверхности частиц шлама, вытесняют молекулы воды с поверхности вещества и препятствуют образованию прочной псевдотвердой водной пленки. В случае полимолекулярной адсорбции возможно образование второго слоя вещества, когда неполярные части молекул обращены друг к другу, а полярные части, обращенные к воде, гидрофилизируют поверхность частиц. Добавки ПАВ снижают структурную вязкость, вызывают разрушение пространственной сетки, что повышает подвижность сырьевого шлама и создаст возможность уменьшения его влагосодержания.

Механизм разжижающего действия неорганических электролитов обусловлен процессами ионного обмена между катионом добавки и катионом, находящимся в диффузном слое мицеллы сырьевого шлама.