表面活性剂在工业中的应用_方战强

2 3 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。
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。
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
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。 3 1 选煤中的应用
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。
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。
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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日用化学品科学
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 意义。但是在球磨或碾磨过程中会出现破裂和冷焊现
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。
阴离子型
羧酸盐: 硬脂酸钠 磺酸盐: 萘磺酸甲醛缩合物
木质素磺酸盐
非离子型 高分子型
脂肪醇聚氧乙烯醚 烷基酚聚氧乙烯醚 脂肪胺环氧乙烷加成物 环氧乙烷环氧丙烷共聚物 烯酸与马来酸酐共聚物 羟乙基纤维素 聚乙烯醇
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2000 年 2 月
方战强, 方战胜: 表面活性剂在工业中的应用
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The Usage of Surfactant in Industry
FANG Zhan- qiang, FANG Zhan- Sheng ( 1. Environment and Resources Engineering Department of Guangdong University of Technology, Guangzhou, 510090, China; 2. The First Middle School of Yancheng in Henan, 462000, China) Abstract: The usage of surfactant in electroplate, material, coal, oil, mining etc and its working mechanisms were discussed in this paper. The ma-r ket prospect was conducted and the market prospects of surfactant in coal, oil, mining industries were widened. Key words: surfactant; surface transform; collector; usage
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。 2 1 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
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 0 1 % ~ 0 5 % ( 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。
第 23 卷第 1 期 2000 年 2 月
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 ( 1 广东工业大学环资系, 广州 510090; 2 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
象。破裂有利于合金化的进行, 而冷焊却使粒料聚集, 阻碍合金化。如 Al- Mg 系等, 冷焊作用很强, 如果向混 合料中加入少量的表面活性剂, 它吸附在粒料颗粒的 表面, 使断裂面上的价键力得到饱和, 颗粒间的附聚力 得到了屏障, 因而抑制了冷焊现象的发生。 2 2 无机粉料表面改性中的应用
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 Al2 O3 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。
拓宽电镀液的 pH、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。
另外, 在电镀工业中, 机械零件在电镀前通常要
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。
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。 3 2 水煤浆中的应用
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) 。
表 1 水煤浆用表面活性剂