СПОСОБ ОЦЕНКИ СМАЧИВАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ РАСТВОРОВ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ В ОТНОШЕНИИ МИНЕРАЛОВ И ГОРНЫХ ПОРОД
METHOD FOR ASSESSING WETTING ABILITY OF SOLUTIONS OF SURFACTANTS IN RELATION TO MINERALS AND ROCKS

Изобретение относится к горной промышленности и, в частности, к способам оценки смачивающей способности растворов поверхностно-активных веществ (ПАВ) в отношении твердых тел, а именно минералов, природных углей и других горных пород.
Известны способы оценки смачивающей способности жидкостей, в том числе растворов ПАВ, например, методом пленочной флотации [Мелвин-Хьюз Э.А. Физическая химия. М.: Издательство иностранной литературы. - 1962. - 1132 с.].
Способ обладает большой погрешностью и трудоемок. Для получения результата требуется многократное повторение измерения из-за трудности равномерного нанесения порошка на поверхность раствора и неопределенности в определении времени погружения его в раствор.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ, основанный на измерении высоты подъема раствора в цилиндрическом сосуде, заполненном частицами и приведенном в контакт с раствором, находящемся в нижней части цилиндра [Зимон А.Д. Адгезия жидкости и смачивание. М.: Химия. - 1974. - 416 с.].
Недостатком данного способа является погрешность измерения высоты подъема раствора, которая обусловлена неравномерностью распределения раствора в объеме частиц и по поверхности фронта жидкости, т.к. между частицами образуются пустоты, раствор поднимается не плоским фронтом, а по отдельным каналам, что не позволяет правильно измерить высоту подъема раствора в порошке, при этом способ требует многократного повторения измерений.
Целью изобретения является повышение точности оценки смачивающей способности добавок ПАВ к воде, простота измерения и повышение производительности труда.
Указанная цель достигается тем, что смачивающую способность растворов оценивают по их массе, удерживаемой в порошке капиллярными силами, при этом берут смачивающие растворы с концентрацией, равной критической концентрации мицеллообразования (ККМ). Частицы помещают в делительные воронки и заливают раствором выше их поверхности, а по прошествии заданного времени раствор сливают и определяют его массу, оставшуюся в сосуде с частицами, которую относят к массе частиц. Удерживаемую капиллярными силами массу раствора сравнивают с удерживаемой массой раствора эталонного смачивателя.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показано устройство для оценки смачивающего действия растворов ПАВ; на фиг. 2 приведена зависимость массы жидкости, удерживаемой углем, от концентрации смачивателя.
На чертеже (фиг. 1) показано устройство, включающее делительную воронку (бюретку) - 1 с насыпанными в нее частицами смачиваемого материала - 2 и краном - 3, закрепленную на штативе - 4, и бюксу - 5 с раствором - 6.
Способ реализуется следующим образом.
0
1
В делительную воронку (бюретку) - 1 устройства закрепленную на штативе - 4 (фиг. 1), насыпают массу М частиц смачиваемого материала - 2, определяемую взвешиванием. Частицы смачиваемого материала - 2 заливают предварительно взвешенным раствором смачивателя m с концентрацией, равной критической концентрации мицеллообразования (ККМ). Раствор заливают в количестве, полностью покрывающем частицы смачиваемого материала - 2. ККМ предварительно определяют, например, методом сталагмометра. По прошествии трех часов раствор через кран - 3 выливают в бюксу - 5 и взвешивают (m). Масса Δm раствора, оставшегося в бюретке, это масса раствора, удерживаемого капиллярными силами в смачиваемом материале, которую определяют по формуле:
0
1
Δm=m-m, где
0
m - предварительно взвешенный раствор смачивателя,
1
m - масса раствора, отобранного в бюксу.
0
1
Характеристикой смачиваемости частиц раствором служит величина m=Δm/М т.е. масса раствора смачивателя, удерживаемая 1 г смачиваемого материала, т.е. m=Δm/М=(m-m)/M.
Э
Э
Относительной характеристикой смачивающей способности смачивателя является отношение массы m исследуемого раствора к массе mраствора эталонного смачивателя, определенной в той же последовательности: m/m.
В качестве эталонного принимают ДБ - продукт реакции окиси этилена и смеси моно- и дитретбутилфенолов:
3
3
6
4
2
2
n
3
3
2
6
3
2
2
n
(СН)С-СН-O(СНСНO)Н и ((СН)С)-СН-O(СНСНO)Н,
где n в среднем равно 7 [Смачиватель ДБ. ТУ 6-02-530-90].
ДБ
ДБ
При m/m>1 смачивающая способность исследуемого раствора ниже эталонного, а при m/m<1 смачивающая способность исследуемого раствора выше эталонного.
э
По величинам m/m смачиватели сравнивают между собой и устанавливают влияние, влияние концентрации раствора, температуры и времени контакта раствора с частицами породы.
Для растворов исследуемого и эталонного смачивателей время от заливки делительной воронки (бюретки) - 1 до открытия крана - 3 должно составлять не менее трех часов (т.е. время сорбции основной массы смачивателя), а время истечения раствора выбирают равным ~10 минутам.
На фиг. 2 представлены результаты определения смачивающей способности растворов двух смачивателей в отношении природного угля марки Ж с размером фракции от 2,5 до 5 мм.
В результате реализации способа повышается точность измерения смачивающей способности растворов ПАВ порошковых материалов и появляется возможность сравнительной оценки растворов смачивателей в отношении частиц неправильной формы сложного петрографического состава.