【文章內容簡介】 廣泛的應用領域是礦物浮選。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，形成泡沫進行浮選。大多數天然礦物的表面是親水的，易為水所潤濕。因而，必須加入表面活性劑作為捕收劑和起泡劑。有時還加入表面活性劑作為調節(jié)劑 ，對捕收劑起促進或抑制作用，以達到對混合礦物作選擇性浮選的目的。泡沫浮選的另一個重要應用是用于敏感性物質的提取和分離，如蛋白質、細胞或其它生物及發(fā)酵產品的提取。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，利用這種性質可以把溶液中的某些物質 (離子性的 )隨所形成的泡沫分離出來。 青島科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 泡沫因其獨特的物理化學性質，在日化、食品、油田開采、礦物浮選等領域被廣泛利用，已引起很多學者對其進行深入的了解，考察泡沫的性質和功能。但是目前泡沫性能的各種評價方法多為自主開發(fā)，很少有統(tǒng)一的標準，定量測定結果可比性差，因此有待開發(fā)操作更加簡便、標準化程度更高的綜合評價技術，建立起泡沫性質的評價體系，研究其他因素對泡沫性能的影響，分析其微觀機制，探索泡沫表觀性質、微觀機制和實際應 用三者之間的內在聯(lián)系，為實際應用提供理論支持。 進入高耗能得工業(yè)化時代之后，人們對能源的需求越來越大。 石油是不可再生的資源，進一步提高已開發(fā)油田的采收率非常重要。目前中國已取代日本成為全球第二大石油消耗國（僅次于美國），預估 10 年內中國的石油需求將從目前的每日 600 萬桶膨脹近一倍至 1150 萬桶。十年前中國進口石油占整體石油需求的比例才 6%，現(xiàn)在已經提高到三分之一，到 2020 年預期將有 60%的石油都必須來自進口。汽車工業(yè)將是汽柴油消費最主要的生意推動力。乙烯工業(yè)的發(fā)展將使化工用油進一步上升，中國需要進口更多的 石腦油。今后 20 年，國內原油產量將繼續(xù)呈上升趨勢，預計 2022 年和2020 年產量將分別達到 億噸和 億噸左右。這主要是由于新技術的應用提高了石油產量。泡沫驅油作為一項重要的三次次采油技術，在降低氣油比，增加原油產量，提高清掃效率等諸多力而具有很大的發(fā)展?jié)摿ΑＥ菽黧w應用于油田開發(fā)在國內外已有 40 多年的歷史，泡沫在驅油、含水氣井的排水采氣、沖砂洗井、鉆井、調剖、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足的發(fā)展，并取得了肯定的效果大量實踐農明，泡沫流體是保護油層、防莊油層污染、提高油氣 產量的重要手段。 目前，我國東部油田已經進入高含水期，三次采油（如聚合物驅油、三元復合驅、泡沫驅油）工藝已得到了較普遍的應用，該領域對泡沫、聚合物水溶液（如聚丙烯酰胺水溶液）的研究也顯得日益活躍。 大慶油田我國目前最大的油田，于 1960 年投入開發(fā)建設，由薩爾圖、杏樹崗、喇嘛甸、朝陽溝等 48 個規(guī)模不等的油氣田組成，面積約 6000 平方公里?？碧椒秶饕|北和西北兩大探區(qū)，共計 14 個盆地，登記探礦權面積 23 萬平方公里。油田自 1960 年投入開發(fā)建設，累計探明石油地質儲量 億噸，累計生產原油 億噸， 占同期全國陸上石油總產量的 47%；探明天然氣地質儲量 億立方米，上繳各種資金并承擔原油價差 1 萬多億元，特別是實現(xiàn)年產原油 5000 萬噸連續(xù) 27 年高產穩(wěn)產，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，以后產量就會遞減。但憑什么大慶油田的產量長期保持在 5000 萬噸的水平線上，大慶油田自上個世紀 70 年代就開始研究和實踐，目前聚合物驅油技術已經在大慶等油田開始成功應用，大慶的科技工作者還在世界表面活性劑對溶液表面張力影響的實驗研究 首創(chuàng)出一種更大幅度提高原油采收率的方法 —— 泡沫復合驅油技術 [16]。這項技術使得大慶油 田地質儲量由原來的 26 億噸增加到 48 億噸，相當于又找到了一個大慶油田。工程師曾在勝利孤島油田 [17]做過一個泡沫驅油試驗，選取中二區(qū)中部聚合物驅單元 28 8 井作為泡沫驅試驗井 (注入井 )。該井注入 3 個小層，受效油井共 12 口，于 2022 年 1 月開始轉入聚合物驅，距離28 8 井最近的油井產出液于 2022 年 9 月監(jiān)測到聚合物， 2022 年 9 月、 10月該油井產出液中監(jiān)測到的聚合物濃度分別為 890mg/ L ,1100mg/ L。另外兩口油井的產出液于 2022 年也監(jiān)測到聚合物，產出中出現(xiàn)聚合物后油井產油量下降，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 日開始注氮氣，由于氣液混注壓力較高，而泵壓較低，注不進水，改為氣液交替注入。至 2022 年 3 月 25 日試驗結束，累計注入氮氣 114. 2 萬立方米 (標準狀態(tài) )，聚合物干粉 57. 4t,泡沫劑 274. 3t。生產井綜合含水率明顯降低，日產油量由 100t 增加到 140 t。生產井在泡沫復合驅后 3 月開始見效，日產油量由試驗前的 75. It 增加到 151. 8t，綜合含水率由試驗前的 93. 9%下降到 88. 1% ,累計增產原油 1. 1 萬噸。 應 當指山，泡沫是相當復雜的體系，日前國內外泡沫驅油的研究仍基本處在理論研究階段，現(xiàn)場應用還正在進行摸索，距大規(guī)模的實際應用還有一定的距離。 另外，隨著溫室氣體導致的全球變暖問題愈來愈嚴重，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)良的輸運介質，已經走入了越來越多的科學家的視線。 在開采的油氣層和廢棄的油氣層是地下儲藏二氧化碳的最有利場所。在儲層壓力不是過大且不存在井周泄露和儲層裂縫的條件下，不會形成通向地表或鄰近地層的通道，這些儲層能容納二氧化碳。另外，通過二氧化碳強化油 氣的開采，對儲層的參數，如容量和地質狀況等比較了解，利用現(xiàn)有的油氣技術，可減少這種儲藏方式所需要的勘探費用。通過強化采油，可以多開采出 5% ~20%的油。國外的許多采油機構都采用強化采油，借此將大量的二氧化碳注入地下。從儲藏角度看，強化采油技術代表了一種儲藏二氧化碳的方法 [18]。預計在強化采油中，全世界共有 121011 t 的氧化碳儲藏能力。 青島科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 圖 14 二氧化碳強化采油過程示意圖 Process of enhanced oil recovery 這樣在減少了溫室氣體的含量的同時，獲得 了巨大的經濟效益，具有巨大的應用潛力。而泡沫就是實現(xiàn)這一過程的優(yōu)良媒介。由上述可見加強對泡沫的研究，擁有很高的價值。本課題旨在研究 表面活性劑對溶液表面張力的影響 ，加深對泡沫液流變特性 的 理解。 表面活性劑對溶液表面張力影響的實驗研究 2 表面張力理論基礎 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，我們把這種沿著表面的，使液面收縮的力稱為表面張力。 它產生的原因是 液體跟氣體接觸的表面存在一個薄層 ,叫做表面層 ,表面層里的分子比液體內部稀疏 ,分子間 的距離比液體內部大一些 ,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。正是因為這種張力的存在，有些小昆蟲才能無拘無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)物質所特有的許多現(xiàn)象，如泡沫的形成、毛細現(xiàn)象、浸潤現(xiàn)象等 [22]。在工業(yè)技術上，浮選技術、液體輸送技術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。液體內部的分子和分子間幾乎是緊挨著的，分子間經常保持平衡距離，稍遠一些就相吸，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限擴散，而只能在平衡位置附近振動和旋轉 [10]。在液體表面附近的分子由于只顯著受到液體內側分子的作用，受力不均，使速度較大的分子很容易沖出液面，成為蒸汽，結果在液體表面層 (跟氣體接觸的液體薄層 )的分子分布比內部分子分布青島科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 來得稀疏。相 對于液體內部分子的分布來說，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，在這個特殊層中分子間的引力作用占優(yōu)勢。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 b 部分的吸引力， F6 表示右部分表面層中的分子對 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，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，表面張力就在這個平面上。 如果液面是曲面，表面張力就在這個曲面的切面上。 表面張力 F的大小跟分界線 MN的長度成正比?？蓪懗?F=σL 或 σ=F/L 。比值σ 叫做表面張力系數，它的單位常用 dyn／ cm。在數值上表面張力系數就等于液體表面相鄰兩部分間單位長度的相互牽引力。液膜表面張力系數 =液膜的表面能 /液膜面積 =F表面張力/(2*所取線段長）。表面張力系數與液體性質有關，與液面大小無關。 臨界膠束濃度 表