【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域是礦物浮選。在浮選前，首先將礦石粉碎至一定大小，以利于隨氣泡漂浮，然后加水制成礦漿，再加入浮選劑，攪拌或通入空氣，形成泡沫進(jìn)行浮選。大多數(shù)天然礦物的表面是親水的，易為水所潤(rùn)濕。因而，必須加入表面活性劑作為捕收劑和起泡劑。有時(shí)還加入表面活性劑作為調(diào)節(jié)劑 ，對(duì)捕收劑起促進(jìn)或抑制作用，以達(dá)到對(duì)混合礦物作選擇性浮選的目的。泡沫浮選的另一個(gè)重要應(yīng)用是用于敏感性物質(zhì)的提取和分離，如蛋白質(zhì)、細(xì)胞或其它生物及發(fā)酵產(chǎn)品的提取。泡沫浮選在海水脫鹽、能源工程方面也有廣闊的應(yīng)用前景，如脫除海水中的乳化石油，海水淡化后表面活性劑的回收，還可用于從液化煤中脫除 40%的殘余固體，從焦砂中分油等。 離子浮選： 離子浮選與一般的泡沫浮選不同之處在于，前者沒有固體表面潤(rùn)濕的問題，盡管兩者皆為利用泡沫分離混合物，在離子浮選中，起泡劑為離子型表面活性劑。表面活性劑離子在氣液界面上吸附，形成定向離 子層，此離子層對(duì)反離子有電性引力，不同的反離子吸引力亦不同，利用這種性質(zhì)可以把溶液中的某些物質(zhì) (離子性的 )隨所形成的泡沫分離出來。 青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 泡沫因其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，在日化、食品、油田開采、礦物浮選等領(lǐng)域被廣泛利用，已引起很多學(xué)者對(duì)其進(jìn)行深入的了解，考察泡沫的性質(zhì)和功能。但是目前泡沫性能的各種評(píng)價(jià)方法多為自主開發(fā)，很少有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，定量測(cè)定結(jié)果可比性差，因此有待開發(fā)操作更加簡(jiǎn)便、標(biāo)準(zhǔn)化程度更高的綜合評(píng)價(jià)技術(shù)，建立起泡沫性質(zhì)的評(píng)價(jià)體系，研究其他因素對(duì)泡沫性能的影響，分析其微觀機(jī)制，探索泡沫表觀性質(zhì)、微觀機(jī)制和實(shí)際應(yīng) 用三者之間的內(nèi)在聯(lián)系，為實(shí)際應(yīng)用提供理論支持。 進(jìn)入高耗能得工業(yè)化時(shí)代之后，人們對(duì)能源的需求越來越大。 石油是不可再生的資源，進(jìn)一步提高已開發(fā)油田的采收率非常重要。目前中國(guó)已取代日本成為全球第二大石油消耗國(guó)（僅次于美國(guó)），預(yù)估 10 年內(nèi)中國(guó)的石油需求將從目前的每日 600 萬(wàn)桶膨脹近一倍至 1150 萬(wàn)桶。十年前中國(guó)進(jìn)口石油占整體石油需求的比例才 6%，現(xiàn)在已經(jīng)提高到三分之一，到 2020 年預(yù)期將有 60%的石油都必須來自進(jìn)口。汽車工業(yè)將是汽柴油消費(fèi)最主要的生意推動(dòng)力。乙烯工業(yè)的發(fā)展將使化工用油進(jìn)一步上升，中國(guó)需要進(jìn)口更多的 石腦油。今后 20 年，國(guó)內(nèi)原油產(chǎn)量將繼續(xù)呈上升趨勢(shì)，預(yù)計(jì) 2022 年和2020 年產(chǎn)量將分別達(dá)到 億噸和 億噸左右。這主要是由于新技術(shù)的應(yīng)用提高了石油產(chǎn)量。泡沫驅(qū)油作為一項(xiàng)重要的三次次采油技術(shù)，在降低氣油比，增加原油產(chǎn)量，提高清掃效率等諸多力而具有很大的發(fā)展?jié)摿?。泡沫流體應(yīng)用于油田開發(fā)在國(guó)內(nèi)外已有 40 多年的歷史，泡沫在驅(qū)油、含水氣井的排水采氣、沖砂洗井、鉆井、調(diào)剖、堵水、酸化、水泥固井及壓裂等油氣田開發(fā)中的諸多力而獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展，并取得了肯定的效果大量實(shí)踐農(nóng)明，泡沫流體是保護(hù)油層、防莊油層污染、提高油氣 產(chǎn)量的重要手段。 目前，我國(guó)東部油田已經(jīng)進(jìn)入高含水期，三次采油（如聚合物驅(qū)油、三元復(fù)合驅(qū)、泡沫驅(qū)油）工藝已得到了較普遍的應(yīng)用，該領(lǐng)域?qū)ε菽⒕酆衔锼芤海ㄈ缇郾０匪芤海┑难芯恳诧@得日益活躍。 大慶油田我國(guó)目前最大的油田，于 1960 年投入開發(fā)建設(shè)，由薩爾圖、杏樹崗、喇嘛甸、朝陽(yáng)溝等 48 個(gè)規(guī)模不等的油氣田組成，面積約 6000 平方公里。勘探范圍主要包括東北和西北兩大探區(qū)，共計(jì) 14 個(gè)盆地，登記探礦權(quán)面積 23 萬(wàn)平方公里。油田自 1960 年投入開發(fā)建設(shè)，累計(jì)探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量 億噸，累計(jì)生產(chǎn)原油 億噸， 占同期全國(guó)陸上石油總產(chǎn)量的 47%；探明天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量 億立方米，上繳各種資金并承擔(dān)原油價(jià)差 1 萬(wàn)多億元，特別是實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)原油 5000 萬(wàn)噸連續(xù) 27 年高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，創(chuàng)造了世界油田開發(fā)史上的奇跡。從歷史上看，一般油田的開采高峰只能維持三五年，以后產(chǎn)量就會(huì)遞減。但憑什么大慶油田的產(chǎn)量長(zhǎng)期保持在 5000 萬(wàn)噸的水平線上，大慶油田自上個(gè)世紀(jì) 70 年代就開始研究和實(shí)踐，目前聚合物驅(qū)油技術(shù)已經(jīng)在大慶等油田開始成功應(yīng)用，大慶的科技工作者還在世界表面活性劑對(duì)溶液表面張力影響的實(shí)驗(yàn)研究 首創(chuàng)出一種更大幅度提高原油采收率的方法 —— 泡沫復(fù)合驅(qū)油技術(shù) [16]。這項(xiàng)技術(shù)使得大慶油 田地質(zhì)儲(chǔ)量由原來的 26 億噸增加到 48 億噸，相當(dāng)于又找到了一個(gè)大慶油田。工程師曾在勝利孤島油田 [17]做過一個(gè)泡沫驅(qū)油試驗(yàn)，選取中二區(qū)中部聚合物驅(qū)單元 28 8 井作為泡沫驅(qū)試驗(yàn)井 (注入井 )。該井注入 3 個(gè)小層，受效油井共 12 口，于 2022 年 1 月開始轉(zhuǎn)入聚合物驅(qū)，距離28 8 井最近的油井產(chǎn)出液于 2022 年 9 月監(jiān)測(cè)到聚合物， 2022 年 9 月、 10月該油井產(chǎn)出液中監(jiān)測(cè)到的聚合物濃度分別為 890mg/ L ,1100mg/ L。另外兩口油井的產(chǎn)出液于 2022 年也監(jiān)測(cè)到聚合物，產(chǎn)出中出現(xiàn)聚合物后油井產(chǎn)油量下降，綜合含水率 上升至 94%， 2022 年 4 月 24 日開始注入聚合物和泡沫劑的前置段塞 。同年 5 月 4 日開始注氮?dú)?，由于氣液混注壓力較高，而泵壓較低，注不進(jìn)水，改為氣液交替注入。至 2022 年 3 月 25 日試驗(yàn)結(jié)束，累計(jì)注入氮?dú)?114. 2 萬(wàn)立方米 (標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài) )，聚合物干粉 57. 4t,泡沫劑 274. 3t。生產(chǎn)井綜合含水率明顯降低，日產(chǎn)油量由 100t 增加到 140 t。生產(chǎn)井在泡沫復(fù)合驅(qū)后 3 月開始見效，日產(chǎn)油量由試驗(yàn)前的 75. It 增加到 151. 8t，綜合含水率由試驗(yàn)前的 93. 9%下降到 88. 1% ,累計(jì)增產(chǎn)原油 1. 1 萬(wàn)噸。 應(yīng) 當(dāng)指山，泡沫是相當(dāng)復(fù)雜的體系，日前國(guó)內(nèi)外泡沫驅(qū)油的研究仍基本處在理論研究階段，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用還正在進(jìn)行摸索，距大規(guī)模的實(shí)際應(yīng)用還有一定的距離。 另外，隨著溫室氣體導(dǎo)致的全球變暖問題愈來愈嚴(yán)重，有人提出將二氧化碳注入地下封存起來，以減少全球的二氧化碳含量，而泡沫作為一種性能優(yōu)良的輸運(yùn)介質(zhì)，已經(jīng)走入了越來越多的科學(xué)家的視線。 在開采的油氣層和廢棄的油氣層是地下儲(chǔ)藏二氧化碳的最有利場(chǎng)所。在儲(chǔ)層壓力不是過大且不存在井周泄露和儲(chǔ)層裂縫的條件下，不會(huì)形成通向地表或鄰近地層的通道，這些儲(chǔ)層能容納二氧化碳。另外，通過二氧化碳強(qiáng)化油 氣的開采，對(duì)儲(chǔ)層的參數(shù)，如容量和地質(zhì)狀況等比較了解，利用現(xiàn)有的油氣技術(shù)，可減少這種儲(chǔ)藏方式所需要的勘探費(fèi)用。通過強(qiáng)化采油，可以多開采出 5% ~20%的油。國(guó)外的許多采油機(jī)構(gòu)都采用強(qiáng)化采油，借此將大量的二氧化碳注入地下。從儲(chǔ)藏角度看，強(qiáng)化采油技術(shù)代表了一種儲(chǔ)藏二氧化碳的方法 [18]。預(yù)計(jì)在強(qiáng)化采油中，全世界共有 121011 t 的氧化碳儲(chǔ)藏能力。 青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 圖 14 二氧化碳強(qiáng)化采油過程示意圖 Process of enhanced oil recovery 這樣在減少了溫室氣體的含量的同時(shí)，獲得 了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，具有巨大的應(yīng)用潛力。而泡沫就是實(shí)現(xiàn)這一過程的優(yōu)良媒介。由上述可見加強(qiáng)對(duì)泡沫的研究，擁有很高的價(jià)值。本課題旨在研究 表面活性劑對(duì)溶液表面張力的影響 ，加深對(duì)泡沫液流變特性 的 理解。 表面活性劑對(duì)溶液表面張力影響的實(shí)驗(yàn)研究 2 表面張力理論基礎(chǔ) 液體表面好像一張繃緊的橡皮膜一樣，具有盡量縮小其表面的趨勢(shì)，我們把這種沿著表面的，使液面收縮的力稱為表面張力。 它產(chǎn)生的原因是 液體跟氣體接觸的表面存在一個(gè)薄層 ,叫做表面層 ,表面層里的分子比液體內(nèi)部稀疏 ,分子間 的距離比液體內(nèi)部大一些 ,分子間的相互作用表現(xiàn)為引力。就象你要把彈簧拉開些，彈簧反而表現(xiàn)具有收縮的趨勢(shì)。正是因?yàn)檫@種張力的存在，有些小昆蟲才能無(wú)拘無(wú)束地在水面上行走自如 ，曲別針雖然密度比水大卻還能漂浮在水面上。 利用它能說明液態(tài)物質(zhì)所特有的許多現(xiàn)象，如泡沫的形成、毛細(xì)現(xiàn)象、浸潤(rùn)現(xiàn)象等 [22]。在工業(yè)技術(shù)上，浮選技術(shù)、液體輸送技術(shù)等方面都要研究液體的表面張力。 圖 21 曲別針漂浮在水面上 Clip floating in the water 表面張力是分子力的一種表現(xiàn)。它發(fā)生在液體和氣體接觸時(shí)的邊界部分。是由于 表面層 的液體分子處于特殊情況決定的。液體內(nèi)部的分子和分子間幾乎是緊挨著的，分子間經(jīng)常保持平衡距離，稍遠(yuǎn)一些就相吸，稍近一些就相斥，這就決定了液體分子不像氣體分子那樣可以無(wú)限擴(kuò)散，而只能在平衡位置附近振動(dòng)和旋轉(zhuǎn) [10]。在液體表面附近的分子由于只顯著受到液體內(nèi)側(cè)分子的作用，受力不均，使速度較大的分子很容易沖出液面，成為蒸汽，結(jié)果在液體表面層 (跟氣體接觸的液體薄層 )的分子分布比內(nèi)部分子分布青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 來得稀疏。相 對(duì)于液體內(nèi)部分子的分布來說，它們處在特殊的情況中。表面層分子間的斥力隨它們彼此間的距離增大而減小，在這個(gè)特殊層中分子間的引力作用占優(yōu)勢(shì)。因此，如果在液體表面上任意劃一條分界線 MN 把液面分成 a、 b 兩部分，如圖所示。 F 表示 a 部分表面層中的分子對(duì) b 部分的吸引力， F6 表示右部分表面層中的分子對(duì) a 部分的吸引力 [11]，這兩部分的力一定大小相等、方向相反。這種表面層中任何兩部分間的相互牽引力，促使了液體表面層具有收縮的趨勢(shì)，由于表面張力的作用，液體表面總是趨向于盡可能縮小，因此空氣中的小液滴往往呈圓球形狀 力的方向和單位 表面張力的方向和液面相切，并和兩部分的分界線垂直，如果液面是平面，表面張力就在這個(gè)平面上。 如果液面是曲面，表面張力就在這個(gè)曲面的切面上。 表面張力 F的大小跟分界線 MN的長(zhǎng)度成正比?？蓪懗?F=σL 或 σ=F/L 。比值σ 叫做表面張力系數(shù)，它的單位常用 dyn／ cm。在數(shù)值上表面張力系數(shù)就等于液體表面相鄰兩部分間單位長(zhǎng)度的相互牽引力。液膜表面張力系數(shù) =液膜的表面能 /液膜面積 =F表面張力/(2*所取線段長(zhǎng)）。表面張力系數(shù)與液體性質(zhì)有關(guān)，與液面大小無(wú)關(guān)。 臨界膠束濃度 表