Масляні реагенти та їх властивості
Масляні флокулянти - вуглеводневі рідини, які за своїми технологічними параметрами повинні відповідати ряду вимог, найважливішими з яких є:
- гідрофобність, стійкість до гідратації та розчинення;
- висока поверхнева активність, селективність дії на органічну фазу вугілля, інактивність по відношенню до мінеральної складової вугілля;
- висока адгезія до олеофільних ділянок вугільної поверхні не тільки за рахунок слабкої фізичної адсорбції, але й інших більш міцних зв’язків;
- значний рівень когезійної міцності, який визначається характером та інтенсивністю міжмолекулярних взаємодій всередині реагенту;
- висока аутоґезія плівок флокулянту;
- нетоксичність (особливо для вуглеводнів нафтового походження), недефіцитність та низька вартість (особливо, для вторинних масел).
Найбільш повне уявлення про адгезійні та когезійні характеристики масел дають їх фізико-хімічні властивості. На динаміку окремих стадій та результатів флокуляції суттєво впливають в’язкість та густина, групових хімічний склад, наявність та склад активних функціональних груп масляних реагентів.
Параметр в’язкості визначає повноту плівочного розподілу реагента на вугільній поверхні, що є вирішальним фактором утворення міцного адгезійного контакту.
Високов’язкі адгезиви погано диспергуються, ефективність їх розтікання по вугільній поверхні невелика. В результаті сумарна поверхня контакту «вугілля-реагент» та швидкість процесу агрегації знижується. Для забезпечення достатнього рівня технологічної ефективності високов’язкі адгезиви вимагають підвищених витрат.
Реагенти з малою в’язкістю, забезпечуючи високу ступінь покриття вугільної поверхні маслом, в той же час, різко знижують ефективність флокулоутворення, що проявляється в падінні швидкості агрегації та зменшенні крупності мікрофлокул. Оптимальні значення в’язкості масел встановлюються в кожному конкретному випадку експериментально.
Густина масляного реагенту впливає, в основному, на процес його диспергування, елементарний акт зустрічі вугільних зерен та крапель флокулянта (підрозділ 3.3), а також на густину та щільність готових мікрофлокул.
Важливу роль відіграє груповий хімічний склад адгезиву. Можна виділити такі основні групи хімічних сполук, що суттєво впливають на процес селективної флокуляції вугілля маслами та його результати: парафінові, нафтенові та ароматичні вуглеводні. Вказані хімічні сполуки в масляних реагентах присутні як окремо, так і у вигляді гібридних сполук з високомолекулярною, широко розгалуженою структурою ?150,151?. Перша група вуглеводнів утворює масляну та смолисту фракції масел, друга є складним комплексом ароматичних, ароматично-нафтенових кілець з боковими парафіновими або парафіно-нафтеновими ланцюжками, які утворюють важкі смоли та асфальтени.
Масляна фракція являє собою, в основному, суміш парафінових, нафтенових та ароматичних вуглеводнів і надає флокулянту текучість та рухливість.
Смоли – високов’язкі рідини, високомолекулярні речовини складного складу з перевагою конденсованих ароматичних структур. Вони обумовлюють високу поверхневу активність реагентів.
Асфальтени – найбільш високомолекулярні сполуки в складі реагентів і можуть розглядатися як узагальнені гібриди макромолекул смол. Асфальтени забезпечують високу адгезійну активність масляних флокулянтів. Як показують наші дослідження, з перерахованих груп хімічних речовин найбільш яскраво проявляють себе в процесі селективної флокуляції ароматичні сполуки. Причиною цього, очевидно, є їх висока спорідненість з аналогічними ароматичними структурами вугільної поверхні. Особливу роль тут відіграє явище компланарності ядер та ненасиченість ароматичних С-С зв’язків в цих ядрах.
Суттєво впливає на ефективність адгезійного закріплення масляного реагента на вугільній поверхні характер та концентрація у вуглеводневій рідині поверхнево-активних функціональних груп, особливо кисневих. Активно взаємодіючи з аналогічними структурами на вугільній поверхні, вони вносять значний внесок в баланс сил на межі «адгезив-субстрат», що проявляється у суттєвому підвищенні міцності та вибірковості адгезійних зв’язків «вугілля-реагент».
Практика показує, що як масляні флокулянти можуть застосовуватися різноманітні вуглеводневі рідини: нафтопродукти, продукти вуглехімії та масложирових виробництв, вторинні масла та ін.?8?. Різні адгезиви мають широку гамму фізико-хімічних властивостей, що є передумовою успішного вирішення задачі вибору раціональних адгезійних пар «вугілля-масляний флокулянт».
Реагенти-нафтопродукти характеризуються багатотонажним виробництвом, а їх компоненти - порiвняно низьким класом небезпеки для людини.
Недоліком процесів масляної агрегації є велика дефіцитність масляних реагентів в умовах гострої енергетичної кризи в Україні. На нашу думку, перспективними є продукти переробки кам’яновугільної смоли коксохімічного виробництва, очищені від токсичних компонентів типу фенолів, піридину та його гомологів.
Як показують дослідження масляної грануляції ?104,152?, продукти коксохімічного виробництва характеризуються значною поверхневою активністю та адгезійною здатністю, відрізняються високою когезійною міцністю і здатністю до аутогезії. Тому як об’єкт дослідження нами були вибрані такі реагенти кам’яновугільного походження: обезфенолене масло, вбирне масло, друга антраценова фракція та пековий дистилят виробництва Авдіївського КХЗ. Крім того, були досліджені найбільш широко застосовувані в практиці вуглезбагачення технічні нафтопродукти – освітлювальний гас та реагент-збирач ААР-2.
В цілому проведені дослідження показали, що кам’яновугільні масла характеризуються невисокою густиною, але відносно великою в’язкістю, високим вмістом фракцій з температурою кипіння до 300-360оС. Для їх групового хімічного складу характерне зростання ступеня ароматичності в такому ряді: обезфенолене масло - вбирне масло - друга антраценова фракція - пековий дистилят. Це може бути проілюстровано збільшенням густини, в’язкості і виходу висококиплячих фракцій у масел цього ряду. Очевидно, специфічні особливості будови ароматичних кілець (компланарність, ненасиченість С-С зв’язків) обумовлюють високу активність кам’яновугільних масел до вугільної поверхні. Крім того, наявність ОН-груп у бічних ланцюжках підвищує імовірність виникнення водневих та диполь-дипольних зв’язків з полярними функціональними групами на вугільній поверхні. Технічні нафтопродукти типу гасу і ААР-2 характеризуються низькою густиною і в’язкістю, малим вмістом полярних угрупувань і є типовими представниками аполярних реагентів. Але у порівнянні з гасом, слід очікувати більшої поверхневої активності реаґену ААР-2 , оскільки в його складі переважають низькокиплячі ароматичні сполуки.