СПОСОБ ОЦЕНКИ СМАЧИВАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ РАСТВОРОВ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ В ОТНОШЕНИИ МИНЕРАЛОВ И ГОРНЫХ ПОРОД Российский патент 2016 года по МПК G01N13/00 

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.

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 m₀ 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 (m₁). Масса Δm раствора, оставшегося в бюретке, это масса раствора, удерживаемого капиллярными силами в смачиваемом материале, которую определяют по формуле:

Δm=m₀-m₁, где

m₀ - предварительно взвешенный раствор смачивателя,

m₁ - масса раствора, отобранного в бюксу.

Характеристикой смачиваемости частиц раствором служит величина m=Δm/М т.е. масса раствора смачивателя, удерживаемая 1 г смачиваемого материала, т.е. m=Δm/М=(m₀-m₁)/M.

Относительной характеристикой смачивающей способности смачивателя является отношение массы m исследуемого раствора к массе m_Э раствора эталонного смачивателя, определенной в той же последовательности: m/m_Э.

В качестве эталонного принимают ДБ - продукт реакции окиси этилена и смеси моно- и дитретбутилфенолов:

(СН₃)₃С-С₆Н₄-O(СН₂СН₂O)_nН и ((СН₃)₃С)₂-С₆Н₃-O(СН₂СН₂O)_nН,

где n в среднем равно 7 [Смачиватель ДБ. ТУ 6-02-530-90].

При m/m_ДБ>1 смачивающая способность исследуемого раствора ниже эталонного, а при m/m_ДБ<1 смачивающая способность исследуемого раствора выше эталонного.

По величинам m/m_э 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.

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. Способ оценки смачивающей способности растворов поверхностно-активных веществ (ПАВ) в отношении минералов и горных пород заключается в том, что оценивают смачивающую способность растворов по массе раствора, удерживаемого в порошке капиллярными силами, при этом смачивающие растворы подбирают с концентрацией, равной критической концентрации мицеллообразования (ККМ). Частицы заливают раствором выше их поверхности, а по прошествии заданного времени раствор сливают и определяют его массу, оставшуюся в сосуде с частицами, удерживаемую капиллярными силами и отнесенную к массе частиц, при этом удерживаемую капиллярными силами массу раствора сравнивают с удерживаемой массой раствора эталонного смачивателя. Техническим результатом является повышение точности оценки смачивающей способности добавок ПАВ к воде, простота измерения и повышение производительности труда. 2 ил.

Способ оценки смачивающей способности растворов поверхностно-активных веществ (ПАВ) в отношении минералов и горных пород, заключающийся в приготовлении частиц определенного размера, заполнении ими цилиндрического сосуда, приведении частиц в контакт с раствором ПАВ, отличающийся тем, что смачивающие растворы подбирают с концентрацией, равной критической концентрации мицеллообразования (ККМ), частицы смачиваемого материала погружают в раствор полностью, по прошествии трех часов раствор сливают и определяют оставшуюся в сосуде массу раствора, удерживаемую капиллярными силами и отнесенную к массе частиц смачиваемого материала, по формуле:
m=Δm/М=(m₀-m₁)/M, где
m₀ - предварительно взвешенный раствор смачивателя,
m₁ - масса раствора, отобранного в бюксу после опыта,
М - масса смачиваемого материала,
при этом удерживаемую капиллярными силами массу сравнивают с удерживаемой массой раствора эталонного смачивателя (m_э), при m/m_ДБ>1 смачивающая способность исследуемого раствора ниже эталонного, а при m/m_ДБ<1 смачивающая способность исследуемого раствора выше эталонного, и по величинам m/m_э смачиватели сравнивают между собой и устанавливают влияние концентрации раствора, температуры и времени контакта раствора с частицами породы, где m_ДБ - продукт реакции окиси этилена и смеси моно- и дитретбутилфенолов.