Исследование влияния смачивателя «Неолас» на содержание активных кислых групп в угле Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

© О.В. Скопинцева, Е.Б. Лесникова, А.Ю. Прокопович, 2008

О.В. Скопинцева, Е.Б. Лесникова, А.Ю. Прокопович

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СМАЧИВАТЕЛЯ «НЕОЛАС» НА СОДЕРЖАНИЕ АКТИВНЫХ КИСЛЫХ ГРУПП В УГЛЕ

~П угольных пластах содержатся разнообразные минералы: каолин (2Н2О А12О3 28102), альбит (N20 АЬОз 68102), ортоклаз (К20 А1203 68102), кальцит (СаС03), кварц (8102), сидерит (БеС03), арагонит, магнезит и др. Кроме того, насколько можно судить по составу золы угля, в пластах имеются титановые, германиевые и сернистые соединения. Химические реакции, имеющие место при размыве минералов угольного пласта, происходят по ионному механизму.

При внедрении в уголь рабочих жидкостей происходит вытеснение метана и замещение части его в сорбционном объеме угля, что определяется скоростью и временем движения жидкости по трещинам и порам угольного пласта. Введение в рабочую жидкость добавок поверхностно-активных веществ (ПАВ) способствует увеличению скорости вытеснения газа из сорбционного объема угля.

Все полярные группы, входящие в состав ПАВ, обладающие дипольным моментом (-ОН, -СООН, ^Н2 и др.) являются гидрофильными. Именно они увеличивают растворимость в воде, тогда как химически связанные с ними углеводородные радикалы понижают ее [3]. Результатом такого гидрофобно-гидрофильного баланса и является итоговая растворимость веществ в воде. Гидрофильные (в общем случае лиофильные) тела самопроизвольно образуют коллоидные растворы в воде или в другой жидкости - коллоиды, являющиеся предельно высокодисперсными термодинамически устойчивыми двухфазными системами.

Понятие гидрофильности применимо не только к телам (фазам), у которых оно является свойством поверхности, но и к отдельным молекулам, их группам, атомам и ионам. Гидрофильными являются все тела, в которых интенсивность молекулярных (атомных, ионных) взаимодействий достаточно велика. Особенно резко

203

выраженной гидрофильностью обладают минералы с ионными кристаллическими решетками (окислы и их гидраты, карбонаты, силикаты, сульфаты, фосфаты, галогениды, глины, а также стекла).

Для определения суммарного содержания активных кислых групп (фенольных - ОН и карбоксильных - СООН) в углях применен метод ионного обмена с Ва(ОН)2. Исследовались фракции угля размером 0,5-1,0 мм пласта Е5. В соответствии с ГОСТ 25543-88 уголь пласта Е5 характеризуется следующими качественными показателями: марка угля - Ж, Средний показатель отражения витри-нита, % -1.01, сумма фюзенизированных компонентов, % - 8, влажность, % - 2.8, выход летучих веществ, % - 32.1, зольность пластовая, % - 23.7, зольность чистых угольных пачек, % -8.3, содержание серы, % - 0.48; минеральные примеси в углях, %: глинистые минералы - 3.0, сульфиды - доли,карбонаты - 2.

Были подготовлены две навески угля:

• 1-я навеска: исходный, необработанный уголь;

• 2-я навеска: уголь, обработанный концентрацией смачивателя «Неолас» 0,2 % при температуре 20 °С.

Карбоксильные группы и фенольные гидроксилы реагируют с едким баритом по реакции:

Начальная концентрация раствора Ва(ОН)2 составляла 0,06 н., масса навески угля равнялась 0,2 г, объем раствора барита составил 20 мл, время установления реакции выдерживалось не менее 3 суток. Навеска угля помещалась в коническую колбу объемом 25 мл с притертой пробкой, заливалась 20 мл раствора барита и перемешивалась несколько раз в течение 3 суток. На 4 день из колбы пипеткой отбирали 10 мл раствора, переносили в коническую колбу объемом 150 мл и добавляли 15 мл 1н. раствора соляной кислоты. Раствор оттитровывали исходным едким баритом в присутствии фенолфталеина. Полученные результаты можно трактовать как определение обменной емкости угля по ионам бария.

Результаты рассчитывали по следующей формуле [1]:

(1)

ЛКО =

ЫЬ - 20 - 2 (0,1 -15 - ЫЬ - УЬ )

(2)

т

204

где АКО - содержание активных кислых групп, мг-экв/г^; ЫЬ -нормальность раствора едкого бария; УЬ - объем барита, пошедший на титрование, мл; т - масса навески угля, г.

С помощью хемосорбционного (баритного) метода показано практическое отсутствие активных кислых групп (фенольных - ОН и карбоксильных - СООН) в 1-й навеске угля: их содержание составило АКО = 0,1 мг-экв/г^ . Это меньше точности метода расчета, равной 0,2 мг-экв/г^.

Во 2-й навеске обработанного угля его лиофильность увеличилась незначительно (в пределах точности метода расчета) и составила

= 0,056 - 20 - 2 (0,1 -15 -16,7 - 0,056) = 1,12 - 2 (1,5 - 0,9352) =

ЛК° = 0,2 = 0,2 = (3)

1,12 - 0,5648 0,5552 0 (

—0~2— = 0 2 = 02776;(мг - экв / гла/).

Это позволяет сделать вывод, что взаимодействие органической части угля со смачивателем «Неолас» происходит по сорбци-онному механизму.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Колышкин Д.А., Михайлов К.К. Активные угли. Справочник. - Изд-во «Химия», 1972.

2. Думанский А.В. Лиофильность дисперсных систем. - Киев, 1960.

3. Ребигдер П.П. Физикохимия флотационных процессов. - М.-Л.-

Свердловск, 1933. ЕШ

— Коротко об авторах -

Скопинцева О. В. - доцент, кандидат технических наук, Прокопович А.Ю. - аспирант,

Московский государственный горный университет.

Лесникова Е.Б. - кандидат химических наук, Московский институт уг-

лехимии.

Д._

--© В.К. Ушаков, С.В. Баловцев,

2008

205