CC BY
83
УДК 622.807.7
Д.А.Трубицына (директор ООО «ЦОТ Горный»)
Экспресс-метод оценки эффективности применения смачивателей для борьбы с пылью
Для определения эффективности смачивателей для борьбы с пылью разработан экспресс-метод на основе измерения краевых углов смачивания ПАВ. Представлена методика определения краевых углов смачивания, результаты исследования смачивателей Эльфор, Неолас, Смуг и ДБ.
Ключевые слова: СМАЧИВАТЕЛИ, ЭКСПРЕСС-МЕТОД, БОРЬБА С ПЫЛЬЮ, КРАЕВОЙ УГОЛ СМАЧИВАНИЯ, ГИДРООБЕСПЫЛИВАНИЕ, СМАЧИВАЕМОСТЬ
В настоящее время на рынке появляется все больше современных, более эффективных технических смачивателей, которые используются в системе гидрообеспыливания угольных предприятий. Однако изучению свойств растворов смачивателей не уделяется должного внимания, по-прежнему эталоном считается смачиватель ДБ, который является устаревшим на данный момент времени.
Сегодня существует несколько методик определения эффективности применения смачивателей для борьбы с пылью и их рабочих концентраций. Это метод определения смачивающей способности растворов ПАВ по величине сорбции их углем, метод краевого угла смачивания, метод сталагмометра для определения поверхностного натяжения растворов ПАВ как меры смачиваемости гидрофобных частиц (угля). Однако все они трудоемки и требуют больших затрат времени, в связи с чем был разработан экспресс-метод определения эффективности применения смачивателей на основе метода краевого угла смачивания.
Методика определения смачивающей способности растворов поверхностно-активных веществ (ПАВ) по отношению к промышленной пыли угольных шахт предназначена для определения качества технических смачивателей, используемых в системе гидрообеспыливания, и их рабочих концентраций. Оценка растворов ПАВ производится в результате сравнения их смачивающей способности с раствором смачивателя ДБ.
Смачивающая способность растворов поверхностно-активных веществ (ПАВ) по отношению к угольной и другой пыли определяется краевым углом смачивания (КУС), образуемым поверхностью расплывающейся капли, нанесенной на горизонтальную поверхность образца. Краевой угол смачивания характеризует поведение жидкости на твердой поверхности. При помещении жидкости на твердую поверхность она абсорбирует пары жидкости, пока летучесть поглощенного материала не станет равной летучести жидкости. Когда установится равновесие, между двумя фазами образуется поверхность раздела. Угол касательной между твердой и жидкой фазой называется углом смачивания.
Краевой угол смачивания можно определить по касательной, проведенной к поверхности смачивающей жидкости и смачиваемой поверхности твердого тела через точку соприкосновения трех фаз (рисунок 1).
Рисунок 1 - Смачиваемость твердого тела жидкостью
Для проведения испытаний с целью определения краевого угла смачивания использовалось следующее оборудование: штатив (фотографический или химический); цифровой фотоаппарат с возможностью макросъемки; микрошприц (до 1-2 мл); дистиллированная вода; растворы ПАВ -ДБ, Эльфор, Неолас и Смуг.
Методика измерения краевого угла приведена ниже.
Для определения краевого угла собирают установку (рисунок 2).
компьютер
Рисунок 2 - Схема установки для определения краевого угла
Готовят три раствора смачивателя (ПАВ) с различной концентрацией, проводят первичную очистку в изопропиловом спирте и просушку подложки.
Наносят на поверхность образца каплю дистиллированной воды шприцем таким образом, чтобы диаметр капли не превышал 3 мм, так как капля в этих условиях будет представлять собой сферический сегмент.
Изображение капли фотографируют цифровым фотоаппаратом в режиме «макро» (оптическая ось аппарата должна быть продолжением плоскости образца, т.е. съемка ведется с уровня образца) в течение нескольких секунд после ее нанесения.
Полученные изображения обрабатывают на компьютере с помощью специальных программ обработки изображений, определяют краевой угол между горизонтальной линией и касательной, проведенной к поверхности капли в точке пересечения контура капли с поверхностью угля.
Также при невозможности точного проведения касательной по полученному изображению рассчитывают высоту и ширину основания капли и по формулам для сферического сегмента величину КУС:
Г2 - И2 при 0 < 900 СОБ0 = —2----—;
г2 + и 2
И
при 0 > 900 ООБ0 = 1 - — ,
Г
где И -высота капли и гк - радиус площади контакта капли с поверхностью.
При тщательной работе и параллельных измерениях погрешность составит доли градуса. Эксперимент проводился при невысокой относительной влажности (не более 40-50 %) в нормальных условиях при комнатной температуре.
Измерялись статические углы смачивания (рисунок 3) и углы в процессе изменения объема капли (рисунок 4). Краевые углы смачивания возрастают при увеличении объема капли во всех исследованных случаях (рисунок 3).
Рисунок 3 - Примеры измерения краевых углов смачивания Неоласа, Смуга и Эльфора
Рисунок 4 - Процесс изменения объема капли воды
КрМІЮИ ymn сии^ЦіЛНнІВі
Статистическую обработку результатов проводили с использованием программного продукта «Microsoft Excel». Выборочные результаты замеров краевого угла смачивания представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Краевые углы смачивания ПАВ и дистиллированной воды, полученные на стеклянной подложке
№ пп. Вода Поверхностно-активные вещества
Эльфор Смуг Неолас ДБ
Время измерения, с
1 5 1 5 1 5 1 5 1 5
1 25,08 16,95 17,3 15,9 19,58 13,88 18,23 16,5 24,18 19,95
2 32,39 22,43 18,2 17,52 18,21 16,79 18,87 13,83 29,9 25,3
3 26,27 26,13 16,01 15,77 19,29 14,13 17,71 16,27 25,75 24,31
4 25,88 20,33 16,59 16,1 18,38 12,64 19,62 17,8 24,98 19,33
5 27,04 22,37 17,08 16,72 19,09 14,37 19,93 18,73 26,54 20,7
6 27,33 21,64 17,03 16,40 18,91 14,36 18,87 16,62 26,27 21,91
По результатам полученных данных о величине краевого угла смачивания были построены следующие диаграммы (рисунок 5), а также рассчитаны относительные коэффициенты краевых углов смачивания ПАВ и воды (таблица 2).
) 2 І 4 Ь 0
кем*ft Німа0-0НИ-Ч
□ Би» вэгылер сіСи>г вкеогчс *ДЬ
Рисунок 5 - Значения краевых углов смачивания ПАВ и воды
Таблица 2 - Относительные коэффициенты краевых углов смачивания ПАВ и воды
Вода Эльфор Смуг Неолас ДБ
1 0,623299 0,691863 0,690473 0,961144
В данном случае можно сделать вывод о том, что краевой угол смачивания ДБ практически не отличается от воды в концентрации 0,1%. Смачиватели же нового поколения - Эльфор, Неолас и Смуг имеют значительно лучшие показатели смачивания даже при концентрации 0,1%, что свидетельствует об их эффективности при использовании в системе гидрообеспыливания.
Таким образом, предлагаемый экспресс-метод определения эффективности применения смачивателей может быть использован как для исследовательских разработок новых видов ПАВ, так и для определения рабочих концентраций смачивателей для конкретных пластов.
EXPRESS-METHOD OF MOISTENERS EFFICIENCY DEFINITION FOR DUST SUPPRESSION
D.A. Trubitsyna
In order to define moisteners efficiency for dust suppression an express-method is worked out on the basis of moistening contact angle measuring PAV. Methodology of moistening contact angles definition is presented, and results of Elfor, Neolas, Smug and DB moisteners research.
Key words: MOISTENERS, EXPRESS-METHOD, DUST SUPPRESSION, MOISTENING CONTACT ANGLE, HYDRAULIC DUST SUPPRESSION, WETTABILITY
Трубицына Дарья Анатольевна Tел.(3842)64-29-35
