发泡剂体系

2024-06-09

发泡剂体系（共7篇）

发泡剂体系篇1

大庆油田已进入高含水开发后期,开展有效的三次采油技术研究是确保油田稳产的关键。聚合物驱油技术已经被大规模工业化应用,三元复合驱也取得了一定效果。尽管如此,仍有约50%的剩余油留在地下[1,2]。为了挖掘这部分潜力,必须研究比聚合物驱和三元复合驱更好的三次采油方法。泡沫是气体分散于发泡剂溶液中所组成的分散体系, 是一种黏弹性流体[3],具有比聚合物更大的渗流阻力,因此泡沫驱是一种很有潜力的提高采收率技术。泡沫流体应用于三次采油,在国内外已有几十年的历史,并取得了肯定的效果[4,5,6,7]。

发泡剂的起泡和稳泡性能好坏,影响泡沫在地下油藏多孔介质中的传播距离和扩大波及体积的效果。而发泡剂的界面性能影响驱油效率,发泡剂的界面张力越低,其驱油效率越高。因此,具有较好起泡性能、稳泡性能和低界面张力的发泡剂可以同时起到扩大波及体积和提高驱油效率作用,可以大幅提高泡沫复合驱的最终采收率。

为了优化适用于大庆油田应用的发泡剂体系配方,针对发泡剂配方起泡性及泡沫稳定性影响因素复杂、不能有效降低界面张力等问题,开展了运用质量管理方法提高发泡剂配方的泡沫及界面性能,收到了良好的效果。

1实验部分

1.1主要试剂及仪器

主要试剂:α-烯烃磺酸钠(AOS),十二烷基硫酸钠(SDS),脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES),非离子双子表活剂(FL),烷基磺酸盐(RDF),十二烷基苯磺酸钠(SDBS),烷基甜菜碱(CD),聚合物(HPAM),低分子量醇(FE),羧甲基纤维素(CMC), 羟乙基纤维素(HEC),聚乙二醇(PEG),氮气,原油(大庆脱水原油)。

主要仪器:全自动泡沫扫描仪,界面张力仪TX-500C。

1.2实验方法

泡沫起泡性和稳泡性测定:泡沫扫描仪采用鼓气方式产生泡沫,在鼓气结束后测量泡沫的最大体积,即泡沫的起泡体积。泡沫体积衰减一半,所用的时间记为泡沫半衰期。泡沫扫描仪自动控制气体流速、流量及进气时间,自动监测表面活性剂溶液的起泡体积和泡沫半衰期。本实验在45℃样品池中注入50m L发泡剂,预热20min后,通入氮气,气体流速为30m L/min,进气时间为5min。测定表面活性剂溶液的起泡体积和泡沫半衰期。

界面张力测定:选用TX-500C界面张力仪进行测量,样品均由污水配制,实验温度45 ℃,转速为5 000r/min,平衡2 h读取界面张力值。

2结果与讨论

2.1不同种类表面活性剂的泡沫性能分析

针对表面活性剂的泡沫及界面性能差,调研国内外文献及相关报道,选择了国内外常用且泡沫性能好的不同种类、不同分子结构的7种表面活性剂, 评价其起泡性能、稳泡性及界面张力。不同类型表面活性剂的起泡性如图1所示。

由图1可知,表面活性剂浓度超过一定值后,起泡体积趋于平稳。不同表面活性剂的起泡体积有一定差别,SDBS和RDF起泡性能较差,其余5种表面活性剂起泡体积均接近160 m L。

不同类型表面活性剂的泡沫稳定性如图2所示。由图2可知,随着表面活性剂浓度的增加,泡沫的稳定性增加,但是当浓度达到一定值时,泡沫的半衰期开始随着表面活性剂浓度的增加而减小。其中CD的泡沫稳定性最好,RDF泡沫稳定性次之, SDBS的泡沫稳定性较差。不同类型表面活性剂的亲水基团的结构、大小和电性存在较大差异,导致表面活性剂分子在气液界面上排列方式及紧密程度不同,因此不同表面活性剂的起泡体积和泡沫半衰期差别较大。通过不同表面活性剂的起泡性和稳泡性综合分析可知,SDS、AES、FL和CD具有较好的泡沫性能。

2.2不同种类表面活性剂的界面性能分析

不同表面活性剂的界面张力如表1所示。表面活性剂浓度为0.1 %,FL与大庆原油可以形成超低界面张力,RDF与大庆原油的界面张力低于1 m N/m, 而其余5种不同表面活性剂与原油的界面张力较高。结合不同表面活性剂泡沫性能,确定FL为发泡剂体系配方中的最佳表面活性剂。

每个FL分子中有两个烷基亲油基团,一个非离子亲水基团,FL分子的油溶性好于其余6种表面活性剂,FL分子更趋向于在原油界面紧密排列,使油水界面张力达到超低。其余6种表面活性剂均为离子型表面活性剂,每个表面活性剂分子只有一个烷基亲油基团,导致其降低界面张力效果较FL差。

2.3稳泡剂种类优化

针对稳泡剂对表面活性剂泡沫性能及界面性能的影响,通过调研文献及相关报道,选用6种常用的稳泡剂,不同稳泡剂对FL的起泡体积和泡沫稳定性影响如表2所示。FL浓度为0.3 %,稳泡剂浓度为0.1 %。

由表2可知,稳泡剂对FL起泡体积影响较小, 其中CMC和HPAM使FL的起泡体积略有降低,其余4种稳泡剂使FL的起泡体积增大。FL溶液中加入不同稳泡剂后,泡沫稳定性差异较大,其中FE、 HEC、PEG6使FL的泡沫稳定性减弱,而CMC、 PEG2、HPAM使FL的泡沫稳定性出现不同程度增强,其中HPAM效果最好,泡沫半衰期增加超过一倍。因此,发泡剂体系配方选用HPAM作为稳泡剂。

2.4发泡剂体系性能优化

为优选出适合大庆油田的发泡剂体系,对FL和HPAM发泡剂体系配方进行泡沫及界面性能优化, 不同浓度FL和HPAM发泡剂体系的泡沫性能如图3所示。FL和HPAM发泡剂体系中,FL浓度大于0.3 %,起泡体积趋于稳定,体系中HPAM浓度增加, 起泡体积减小。FL和HPAM发泡剂体系泡沫半衰期随无碱发泡剂和聚合物浓度增加而增加,不同浓度发泡剂体系配方的泡沫半衰期均明显大于30min。由于体系中HPAM分子增多,FL分子与HPAM、HPAM与HPAM分子间作用力及缠绕作用增强[9,10],这些作用导致泡沫液膜更加稳定,因此泡沫稳定性增强。但当HPAM质量浓度大时,FL和HPAM体系黏度高,起泡性降低。

由表3可知,不同浓度发泡剂体系配方的界面张力均可达到超低。FL和HPAM发泡剂体系配方中FL浓度低于0.3 %时,界面张力变化趋于平稳,而FL浓度大于0.3 %时,界面张力明显增大。这是由于FL在油和水两相的分配系数等于1时,界面张力最小[11]。FL浓度较高时,在胶束中增溶或油相的分布破坏了这种分配系数等于1的平衡,使FL和HPAM发泡剂体系界面张力反而增大。

FL和HPAM发泡剂体系配方中HPAM浓度为0.15 %时,界面张力明显增大,在HPAM浓度较低时界面张力变化不是很明显。由于HPAM浓度增加, 体系黏度逐渐增加,FL分子在高黏度体系中的运动非常困难,使油水界面分布的FL分子排列改变,导致FL和HPAM发泡剂体系的界面张力增大[12]。

2.5应用情况分析

通过筛选和优化得到了适合大庆油田泡沫复合驱矿场试验所需的发泡剂体系配方。目前该发泡剂体系配方已经在大庆油田泡沫复合驱试验得到应用,试验区共有注入井6口,共需注入表面活性剂2 300t,每吨发泡剂体系配方的成本比三元发泡剂体系配方节约1.06万元。

3结论

1)通过对不同表面活性剂起泡性和稳泡性的综合分析,SDS、AES、FL和CD具有较好的泡沫性能,FL与大庆原油可以形成超低界面张力,HPAM稳泡效果最好。

2)FL浓度为0.3 %,HPAM浓度为0.1 %,二元发泡剂体系的泡沫及界面性能最优,其起泡体积大于160 m L,泡沫半衰期接近60 min,同时界面张力可以达到超低水平。

参考文献

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硅泡沫材料发泡体系的研究篇2

关键词：硅泡沫材料、发泡剂,树脂交联体系,匹配性

硅泡沫材料是以有机硅树脂为基本组分而制备的一种高性能聚合物软质泡沫材料, 其发泡成型过程归属于传统的泡沫塑料成型机理[1]。根据泡沫塑料气泡膨胀机理, 泡体的发泡倍数除了受气体扩散速度控制外, 还受泡体材料的物性参数和流变性能的影响[2,3,4,5], 要得到高发泡倍数的泡体, 材料要有适宜的粘弹性, 足够的拉伸强度[6], 泡体膨胀速率要与树脂体系交联速率相适应[7]。研究不同发泡体系 (即发泡剂及发泡助剂组成的体系) 的热分解温度及动力学特性, 并基于已有的树脂交联体系来选择合适的发泡体系, 对于制备高发泡倍率、泡孔结构均匀细密的软质硅泡沫材料有着重要的理论意义和应用价值。

1 实验部分

1.1 仪器及设备

差示扫描量热仪, 2910型, TA Instrument Company;TA Instrument Company, TGA Q50型, TA Company;光学显微镜, WV-GP470型, 北京泰克仪器有限公司。

1.2 发泡体系的分析与筛选

对发泡剂NaHCO3、OBSH、H、AC进行示差扫描量热分析及热失重分析;并测定以发泡剂OBSH, H与季戊四醇, AC与尿素3种发泡体系时泡体的发泡倍率和发泡时间的关系曲线以及发泡剂H与发泡助剂季戊四醇、发泡剂AC与发泡助剂尿素之间的协同效应。

1.3 泡体结构表征

采用明基6678-0 WM扫描仪扫描泡沫材料表面, 计算平均泡孔尺寸。采用日本尼康ECLIP-SE-E400-POL型偏光显微镜观察泡孔结构, 将制得的泡沫材料切成2mm薄片, 试样横切面朝向物镜, 放大倍率为40倍。

2 结果与讨论

2.1 发泡剂的筛选

在制备硅泡沫材料时, 树脂的交联速率应与发泡体系的分解速率相适应, 过早或过迟开始交联, 交联速度太慢都不利于提高泡体膨胀的效果, 因气液相并存一般是处在不稳定状态, 气泡不及时固化定型就容易合并或塌陷, 影响发泡倍率[8,9]。因此, 应先研究不同发泡剂分解的热力学特性, 而后再根据其热分解温度来选择适合制备硅泡沫材料的发泡体系。

本方法就几种典型的无机、有机化学发泡剂的热分解特征进行研究, 即发泡剂NaHCO3、OBSH、H以及AC。为了全面了解这4种发泡剂的热分解过程, 我们进行了示差扫描量热分析 (DSC) , 由实验可知4种发泡剂大致的热分解温度:H约为212～238℃, AC约为219～264℃, OBSH约为163～213℃, NaHCO3约为82～194℃。发泡剂H分解时的放热量最大, OBSH次之, AC的放热量最小, 发泡剂NaHCO3则属于吸热型发泡剂[10,11]。根据之前研究结果, 树脂的交联反应温度为173℃[12], 依照在选用化学发泡剂时, 发泡剂的热分解温度应比交联体系的交联反应温度高出10℃左右, 故可选择的发泡剂有:OBSH、H和AC。为了进一步了解这3种发泡剂的性质, 以便与树脂的交联反应速率相比较, 我们做了不同温度下发泡剂的热失重实验, 得到的结果是:OBSH的热分解温度为150～170℃, 几乎不需要发泡助剂就能与树脂交联体系的交联温度相匹配;而AC、H的分解温度都在210℃以上, 因此必须加入发泡助剂来调节发泡剂的分解温度和分解速度, 促进发泡工艺, 稳定泡沫结构和发泡体的质量。

有关文献指出, 发泡助剂尿素、季戊四醇是发泡剂AC、H的有效发泡助剂, 能显著降低两者的分解温度及促进热分解速度。

2.2 发泡速率和交联速率匹配性的研究

发泡速率和交联固化速率是否匹配, 是制备泡沫材料的关键。为了筛选合适的发泡体系, 我们测定了不同发泡体系发泡倍率和发泡时间的关系曲线, 分析讨论树脂交联体系的交联反应与发泡反应的匹配性问题。我们分别采用发泡剂OBSH, H和季戊四醇, 发泡剂AC和尿素为相应的发泡体系, 相对应的羟基封端硅树脂、乙烯基封端硅油和含氢硅油为交联体系, 组成交联-发泡体系。

2.2.1 OBSH发泡体系与树脂交联体系的匹配性研究

OBSH发泡体系的发泡倍率与发泡时间的关系见图1。从图1可看出, 泡体在反应4.5min后即达到发泡倍率的最大值, 发泡倍率最大值为3。泡体结构均匀、泡孔稀少, 呈橡胶状, 不是理想的硅泡沫材料。这是因为, 发泡剂OBSH在空气中的热分解温度较低约为150～170℃;而交联体系的交联温度则比较高, 为173℃, 所以发泡体系的热分解温度是低于树脂交联体系的交联温度。而我们在制备硅泡沫材料时所采用的反应温度是基于树脂交联体系的交联反应温度的, 故进行模压发泡时在比较高的反应温度下 (模腔内的温度高于170℃) 发泡剂OBSH的分解速率很大, 在很短的时间内会分解产生大量的气体;而交联反应却滞后于发泡反应, 且交联反应速率小于发泡剂的分解速率, 所以未交联的泡体无法封包住发泡剂分解产生的气体, 导致大量气体从泡体表面逸出而不参与泡体增长。发泡反应与交联反应在反应温度上的不匹配, 表现为二者反应速率的不匹配, 这样就无法使泡体均匀、适速的膨胀, 不能制备出理想的硅泡沫材料。

2.2.2 H发泡体系与树脂交联体系的匹配性研究

H发泡体系的发泡倍率与发泡时间的关系见图2。从图2可看出, 泡体在反应5min后即达到发泡倍率的最大值, 发泡倍率最大值为10.25, 泡体结构均匀、泡孔细密, 呈海绵状, 是理想的硅泡沫材料。这是因为在H发泡体系中, 发泡助剂季戊四醇能有效的降低发泡剂H的热分解温度, 使之与交联体系的交联反应温度 (173℃) 相匹配, 在发泡过程中就表现出二者在反应速率上的匹配。在泡体膨胀过程中, 不但交联体系能充分的进行交联, 而且发泡体系也能匀速的分解, 泡体中的过饱和气体以成核剂 (气相法白炭黑) 为中心形成气泡核, 从液体中析出形成气泡;与此同时聚合物的粘弹性赋予泡体充分的变形能力, 气泡通过扩散不断长大;随着发泡过程的继续, 泡体逐渐交联固化, 黏度增大, 变形能力下降, 气泡由于内外压力平衡不再长大, 而且由于扩散困难, 不再有新的气泡生成, 此时发泡倍率达到最大值;最后交联反应进行完毕, 体系变成固态, 失去流变能力, 使泡孔结构得以稳定下来, 即得到理想的硅泡沫材料。

2.2.3 AC发泡体系与树脂交联体系的匹配性研究

AC发泡体系的发泡倍率与发泡时间的关系见图3。从图3可看出, 泡体在反应进行5min后达到第1阶段发泡倍率的最大值, 发泡倍率最大值为2.4, 10min后, 泡体再次膨胀并达到第2阶段发泡倍率的最大值, 最大发泡倍率为15。虽然泡体有2个阶段的膨胀, 最大发泡倍率也很大, 但制得的泡沫材料泡体结构不均匀, 泡孔尺寸参差不齐, 泡体塌陷十分严重且泡体表皮被吹破, 泡沫材料劣质。主要原因为, 在AC发泡体系中发泡助剂尿素不能有效的降低发泡剂AC的分解温度, 使得发泡体系的热分解温度还是远高于交联体系的交联反应温度, 在发泡过程中就表现出二者在反应速率上的不匹配。在泡体膨胀过程中, 交联体系首先进行交联反应, 泡体黏度增大, 而发泡体系在反应初期较低的反应温度下只是很少部分分解, 泡体内只有少量的气体产生, 所以在反应的第1阶段内, 泡体的发泡倍率很小;随着反应的进行, 发泡体系不断分解、泡体逐渐膨胀, 模腔温度随着模腔压力的上升而不断上升, 等温度上升到发泡体系的分解温度时, 发泡体系再次分解且产生大量气体, 所以泡体在第2阶段会出现突然且迅速增长的现象, 但此时泡体的增长是很不均匀的, 因为发泡剂产生的气体只能使泡体中尚未完全交联固化的部分膨胀, 而泡体中已完全交联固化的部分则被气体吹破, 这样只能得到劣质的硅泡沫材料。

2.3 泡体结构表征

我们对采用H发泡体系所制备出的硅泡沫材料进行泡体结构表征, 结果表明, 泡孔分布均匀、尺寸小, 为闭孔结构, 经计算泡孔平均直径为0.26mm。图4为硅泡沫材料外观扫描照片, 图5为硅泡沫材料光学显微镜照片。

3 结论

(1) 通过分析发泡剂OBSH、H、AC和NaHCO3在空气中的热分解特性, 确定出了制备硅泡沫材料所需的放热型发泡剂。

(2) 综观发泡剂H与发泡助剂季戊四醇和发泡剂AC与发泡助剂尿素之间的协同效应以及发泡剂OBSH、H与季戊四醇、AC与尿素3种发泡体系与树脂交联体系的匹配性关系, 按照制备有机硅泡沫材料的加工工艺要求, 筛选出制备硅泡沫材料采用发泡剂H与发泡助剂季戊四醇为发泡体系是最适宜的。

(3) H发泡体系的分解速率能与树脂交联体系的交联固化速率相匹配, 可达到发泡倍率的最大值且使泡体均匀、适速的膨胀, 能得到泡孔均匀细密的硅泡沫材料。

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发泡剂体系篇3

高温发泡陶瓷是陶瓷原料高温发泡而成，与一般的多孔陶瓷不同，它具有直径为0.1～3 mm的气孔，气孔之间互相不连贯、不吸水，而目前各类多孔陶瓷如泡沫陶瓷和蜂窝陶瓷等气孔之间相互贯通、吸水、不防潮。高温发泡陶瓷是一种性能优异的新型保温材料，其隔热性比混凝土高8～20倍，可制成颗粒状或板状，广泛用于墙体材料、保温材料和地下工程材料。

我国是建筑陶瓷第一生产大国，2005年建筑陶瓷产量达42亿m2，其中抛光砖年产量超过2亿m2。在抛光砖生产过程中会产生大量的砖屑，据初步统计，生产1 m2抛光砖将产生1.9 kg的砖屑，这样每年产生抛光砖废渣达40多万t，目前国内外大都采用地下填埋的方法处理。膨胀珍珠岩是一种保温材料，由于膨胀珍珠岩的原料粒度要求40～80目，矿石经破碎筛分后，通常要产生占原矿约30%的尾矿(大于80目的粉矿)，每年有近15万t的珍珠岩尾矿。浙江省珍珠岩矿产丰富，开采也有几十年历史，目前这些尾矿基本废弃。如此大量的陶瓷废料和珍珠岩尾矿已经不是靠简单填埋就可以解决的问题。随着经济的发展和社会的进步，环境已经成为人们关注的焦点，如何变废为宝，已经成为当务之急。

抛光砖废渣比较细(大于60目)，主要化学成分为Al2O318%～21%、Si O267%～70%、(K2O+Na2O)6%～8%以及磨料Si C、Si3N4等。珍珠岩尾矿主要化学成分为Al2O313.2%、Si O270%、(K2O+Na2O)5.6%、CaO2.05%，可利用其制备新型的发泡陶瓷保温材料。目前对泡沫玻璃发泡剂研究比较多[1,2]，而研究发泡陶瓷的较少，由于泡沫玻璃发泡温度较低(约800℃)，发泡陶瓷的发泡温度要高，发泡剂的影响也不相同[3,4]，本文利用碳粉、碳酸钙、废玻璃和铁矿粉作发泡剂，以抛光砖废渣和珍珠岩尾矿为主要原料，研究其对发泡性能的影响。

1 实验

采用工厂抛光砖废渣和珍珠岩矿区抛弃的尾矿，加入不同比例的发泡剂，不同配比经混料、成型、干燥，在实验室电炉1120～1180℃、0.5～1 h下烧成(工艺流程见图1)，样品按GB/T 3810.3—2006测量吸水率和密度。

2 结果与讨论

2.1 烧成温度和保温时间对废渣和尾矿混合料发泡状况的影响

以抛光砖废渣为主料加入少量珍珠岩尾矿，经混料、成型、干燥和烧成工艺制备发泡陶瓷，研究不同烧成温度和时间对发泡状况的影响，结果见表1。

从表1可看出，在1160～1180℃下经0.5～1.0 h烧成，废渣与尾矿混合料烧成产物随烧成温度的升高，吸水率有所增加，但变化不大，而密度减少，泡径扩大，说明温度升高，玻璃相增加，有利于发泡;随烧成时间的增加，密度减少，泡径增大，但吸水率增加，因为废渣与尾矿中玻璃质料在高温中产生的气体作用下，形成大量细小微孔，时间延长，微孔扩大，体积增加，密度下降，同时部分气孔破裂，变成开口气孔，造成吸水率增加。考虑发泡体结构均匀性，烧成时间不宜太长。

2.2 不同发泡剂对废渣和尾矿混合料发泡性能的影响

2.2.1 碳粉对发泡性能的影响

在废渣和尾矿混合料中添加一定量的碳粉，其对发泡性能影响的试验结果见表2。

从表2可看出，加入0.1%碳粉时，随温度升高和时间增加，废渣和尾矿混合料的吸水率和密度都有所减少，孔径有所增大。加入0.2%碳粉时，随温度升高，密度有所减少，但吸水率增加;随时间增加，吸水率和密度都有所减少，孔径有所增大。加入0.5%碳粉时，随温度升高，密度有所减少，但吸水率增加，孔径增大;随时间增加，烧成温度1160℃时，密度减少，吸水率显著增加，烧成温度1180℃时，密度没变化，吸水率增加，孔径增大。说明碳粉在高温下反应，形成气体，有利于微孔的产生，提高发泡效果，但加入量过多，内部气体压力较大，冲破玻璃体形成连通气孔的可能性增加，从而留下空间和开口通道。在1160℃烧成1 h时，加入0.1%碳粉的吸水率较不加碳粉时基本没变化，超过0.1%后，随碳粉加入量的增加吸水率显著上升(从3.33%增加到40.56%)。碳粉的增加，密度并没有显著减少，大气泡反而增多，容易造成结构不均;随温度提高和时间增加，由于烧结程度提高，气孔通道有所减少。碳粉以0.1%为宜。

2.2.2 Ca CO3加入量对发泡性能的影响

试验发现，加入CaCO3，在1120～1180℃，烧成0.5 h下，1120℃时未发泡，1160℃时已发泡。随着温度的升高，密度明显下降(见图2)，泡径增大。说明CaCO3的增加并没有提高发泡效果，分解产生的CaO反而促进反应烧结，过多CaCO3导致小气泡贯通形成大气泡，密度反而增加，结构也不均匀。

2.2.3 Fe2O3加入量对发泡性能的影响（见图3)

从图3可看出，Fe2O3的加入量为1%和3%时，随温度升高，密度下降，在1120～1160℃烧成段特别显著，1160～1180℃烧成段下降幅度趋缓;Fe2O3加入量为5%时，在1120～1160℃烧成段密度下降较快，1160～1180℃时，密度反而有所升高。试验还发现，温度升高，其泡径增大。加入1%的Fe2O3，在1160℃烧成0.5 h时，发泡较均匀、孔径约0.2 mm,1180℃烧成0.5 h时，孔径增大到约0.5 mm，且随Fe2O3增加，孔径增大。在1180℃烧成0.5 h下，掺入3%的Fe2O3时，发泡较均匀、孔径约1 mm;掺入5%的Fe2O3时，孔径可增大到1.5 mm，但均匀性下降。随Fe2O3量的增加，吸水率下降，同在1160℃烧成0.5 h时，Fe2O3掺量分别为1%和3%，其吸水率分别是1.7%和0.6%。Fe2O3可作为熔剂组分，降低烧成温度，能增加玻璃体表面张力，有利于稳定气泡和控制泡径，Fe2O3掺量增加其泡径也相应增加，但用量较多时容易形成大气泡，造成气泡结构不均，同时颜色变深。Fe2O3掺量控制在3%以内为宜。

2.2.4 废玻璃粉对发泡性能的影响

在1#配比基础上以5%和10%废玻璃粉分别取代相同量的抛光砖废渣、以15%废玻璃粉取代10%抛光砖废渣和5%尾矿制备试样(11#)，并测试其发泡性能，结果见表3。

从表3可看出，加入废玻璃，随温度升高，其密度明显下降，泡径也在增大，废玻璃加入量越多，形成的泡径越大，但密度基本没变化，说明高温下发泡不仅要有玻璃体，也需要相应发泡剂，玻璃相增多，熔体黏度下降，气泡增大。因此，在高温下发泡时，以废渣和尾矿的混合料中废玻璃不宜过多。

3 结语

加入碳粉、Fe2O3、CaCO3发泡剂和废玻璃能提高抛光砖废渣和珍珠岩尾矿为基料制备闭气孔发泡陶瓷的发泡效果，但其加入量不宜过多，碳粉以0.1%为宜，CaCO3在5%以内，废玻璃不超过5%，并以Fe2O3发泡效果最好，它能有效控制泡径，但制备结构均匀性发泡陶瓷，Fe2O3加入量不宜超过3%。

摘要：以抛光砖废渣和珍珠岩尾矿为基料,探讨碳粉、CaCO3、Fe2O3和废玻璃作为发泡剂对制备闭孔发泡陶瓷的影响。试验结果表明,在1160～1180℃烧成温度下,掺入0.1%碳粉、不大于5%CaCO3、不大于3%Fe2O3和小于5%废玻璃,能提高发泡效果,形成闭孔为主的发泡陶瓷,其中掺Fe2O3效果最佳,且能控制泡径。

关键词：抛光砖废渣,珍珠岩尾矿,Fe2O3,碳粉,闭孔,发泡陶瓷

参考文献

[1]李月明,李华,邹卓辰,等.利用废玻璃研制泡沫玻璃[J].中国陶瓷工业,2000,7(2):4-7.

[2]田英良,赵飞,邹玉林,等.生产泡沫玻璃的关键工艺及质量控制[J].新型建筑材料,2000(10):29-31.

[3]张留生,邱永斌.高温发泡陶瓷及其应用[J].新型建筑材料,2005(5):58-59.

ADC发泡剂生产工艺的完善方法篇4

关键词：ADC发泡剂,生产工艺,完善方法

化工行业危险度非常高, 不但易燃, 而且易爆, 毒害性还特别的强, 尤其是高温高压等非正常的条件下, 如果不能够予以恰当的处理的话, 那么无论是在生产, 还是运输, 或者使用等不同的环节中, 都有可能发生高危危险事故。事故一旦发生, 造成的损失都难以估量, 所以, 需要改进ADC发泡剂的具体装置技术, 这样生产装置对应的稳定性和安全性才能够得到很好的保证。

1 ADC发泡剂的具体生产工艺

ADC发泡剂在所有的泡沫制品里面, 非常的通用, 而且用量大, 并且用途广, 当前在我国的产能超过了20万t/a。但是ADC发泡剂的具体生产过程中, 无论是消耗的烧碱, 还是氯气, 抑或者是尾氯都非常得多, 一般情况下, 一吨ADC生产出来, 耗用的烧碱量为两吨, 耗用的氯气量为1.7吨。ADC发泡剂生产中, 无论是烧碱, 还是氯酸钠, 毒性都很强, 而且腐蚀性也很强, 所以工艺对应的安全性尤其需要得到重视, 为此, 就需要改进相关的生产技术和生产工艺。

2 工艺方面的比对

2.1 次氯酸钠

2.1.1 原工艺

次氯酸钠对应的原工艺为塔式吸收氯气, 具体的过程可以描述为:自塔底氯气进入, 进到反应池里面的碱液, 借助循环泵自塔顶向下予以喷淋, 碱液在塔内会接触到逆流的氯气, 吸收液最终自塔底流出, 而后来到反应池里面, 经过循环泵, 来到塔顶, 对氯气予以循环的吸收。对于整个控制系统而言, 属于微负压条件下的工作, 对应的反应温度在四十度以下, 这样吸收液里面的N a O H与有效氯对应的含量指标财富和具体的工艺要求, 获得的次氯酸钠也才会合格。下面为对应的反应式。

主反应:

副反应:

工艺对应的操作为间歇式的, 假定反映的具体温度太高或者通氯的具体速度太快的话, 那么就有可能造成还没有予以反应的氯气被泄露, 也有可能使得次氯酸钠被分解。无论是哪种情况, 都会对工作人员的身体健康度产生很大的伤害, 如果严重的话, 还有可能造成人员死亡。

2.1.2 连续化的具体工艺

为了避免出现氯气泄漏事故, 也是为了避免次氯酸钠出现分解, 借助连续化的具体生产工艺, 让生产获得更为稳定的保证。这个工艺可以描述为:稀释烧碱成液体, 冷却以后, 自尾气塔顶向下喷淋, 通过和来自塔底逆流的氯气之间发生反应, 获得次氯酸钠。对于整个控制系统而言, 属于微负压条件下的工作, 对应的反应温度在四十度以下, 这样吸收液里面的Na OH与有效氯对应的含量指标财富和具体的工艺要求, 获得的次氯酸钠也才会合格。获得的次氯酸钠会有一部分被输送到贮槽里面, 另外一部分经由反应塔再次对氯气予以循环吸收。

连续化对应如下几点的工艺创新:

(1) 自动控制的具体系统为DCS, 连锁化处理如下因素:反应塔里面的温度、反映槽里面的温度情况、中间槽里面的温度情况、循环泵、氯气流量, 还有尾气风机以及冷却水对应的进水阀, 实现自动化的报警系统以及很好的紧急停车对应的系统。

(2) 设检测氯气的自动报警装置到尾气塔中的放空管道上面。

(3) 将如下设施设置在氯气缓冲罐上面:紧急放空阀以及安全阀, 将液位计设定于反应槽中, 将单向阀与紧急切断的相关设置安装于氯气管线的上面。

(4) 次氯酸钠对应的反应池, 还有尾气塔以及吸收塔之间组建一个高密必度的系统, 这样氯气就可以避免发生外泄。

2.2 氯化的具体工序

联二脲经检测之后, 确认合格的话, 就通过制浆池, 经泵到达氯化釜里面, 将催化剂加入其中, 借助通氯获得ADC而后放到滤缸里面, 经过洗涤到达中性条件, 对应如下反应式:

要想让工艺具备更好的安全性, 改进的具体措施为:

(1) 充分的搅拌反应釜中的压力、温度和气流, 借助于和夹套冷却水对应的进水阀之间的连锁设置, 实现自动化的报警, 做到紧急停车。

(2) 将安全阀以及紧急放空的阀门设置于氯气缓冲罐里面, 将紧急切断的相关设备与装置和单向阀安装在氯气管线里面。

(3) 将防爆膜设置于氯化尾气的具体管线里面。

(4) 将检测氯气的相关报警装置设到尾气塔里面的放空管道中。

2.3 干燥的具体工序

(1) 原来的干燥工序为间歇式的, 在氯化工序的条件下生产获得的ADC, 经过洗涤到中性的条件下, 通过加水获得悬浮液, 并且输送悬浮液到高位槽里面, 通过重力作用, 流入到离心机里面, 经过甩干处理以后, 送到一级的干燥箱里面, 而后借助引风机向二级干燥箱予以输送, 接下来到达卸料斗, 经过磅以后予以包装。

(2) 连续气流干燥的具体工艺:洗涤氯化工段成为中性, 通过加水获得对应的浆料, 输送浆料到ADC的高位槽里面, 在重力的作用下, 来到离心机里面, 在离心甩干的作用条件下, 借助于输送机输送至干燥管理面;经过滤器过滤的空气会来到加热器中, 在加热以后, 热空气就到达了干燥管里面。在热空气的吹动下, 湿ADC就会被吹散, 在空气的带动下就会到达旋风分离器里面, 经过分离热空气和ADC, 在引风机的工作下, 空气就会被释放掉, 而对于经过干燥之后的ADC, 在振动筛的作用下, 通过电子磅的形式实现包装做好入库。

气流干燥这种工艺有如下几个方面的优点:

(1) 时间短, 一般为半秒到两秒之间, 对于物料来讲, 其热变性的的具体函数对应的是温度与时间, 气流干燥条件下, 是借助于气流和固流的并行操作实现的, 而且在表面汽化阶段物料温度始终处于与其接触的气体的湿球温度, 一般不超过60～65℃, 干燥末期在物料温度上升阶段, 气体温度已大大降低, 不超过70～90℃, 因此, 确保干燥系统内部温度远远低于ADC的分解温度, 从而避免其分解, 确保工艺的安全性。

(2) 将干燥系统内温度与解碎机连锁, 在解碎机处设立紧急停车系统, 如干燥系统内温度超标, 可自动报警并自动停止进料。蒸汽系统与解碎机连锁, 停供蒸汽时, 即停止进料。

(3) PLC自动干燥的具体控制工序能够使得相关的指标符合具体的标准要求, 能够避免因为蒸汽压力出现较大的波动造成干燥温度局部太高。

3 结论

改造技术保证生产的安全实现, 这个进程中对于重点的岗位要予以重点的管理, 借助于自动化的监控系统实现高度自动化的监管, 严格管理诸多的工艺指标, 预防管理从事后提前到事前, 这样就能够分级对风险予以管控, 将重大的事故消除在萌芽状态。

参考文献

[1]施光明.ADC发泡剂干燥工艺改进[J].氯碱工业, 2010, 46 (2) :31-33

振荡法研究混凝土发泡剂性能篇5

1 原材料及试验方法

1.1 试验原材料及设备

原材料:植物源复合发泡剂 (绿森化工有限公司) ;微生物蛋白发泡剂 (天津市裕川微生物制品有限公司) ;KH复合水泥发泡剂 (河南翔龙工程集团有限公司) , 饮用水。

设备:机械振荡器 (SD-Ⅱ型, 苏州市路达计量仪器仪表有限公司) , 透明塑料制圆柱形试筒 (外径40mm, 内径32mm, 高度420mm) , 直尺, 游标卡尺, 秒表。

1.2 试验方案

1.2.1 发泡剂溶液起泡方法

试验采用振荡法制泡。将发泡剂按照一定的比例配制成发泡溶液, 取一定量溶液加入透明塑料制圆柱形试筒内, 试筒口用橡胶瓶塞紧。

将试筒水平固定在振荡器上, 按照振幅203mm, 频率180次/min振荡一定的时间[2]。取下试筒竖直放回试验台, 对发泡剂起泡比、泌液量等指标进行测定。

1.2.2 计算方法

(1) 起泡比:泡沫体积 (m L) :试液体积 (m L)

(2) 耗液比:泡沫体积 (m L) :消耗试液体积 (m L)

2 试验结果及分析

2.1 原材料基本性能指标

本次实验所采用的三种发泡剂基本性能指标为:植物源复合发泡剂, 外观无色黏稠液体, 相对密度1.03, 固含量31.4, PH为6.78;微生物蛋白发泡剂, 外观微黄色黏稠液体, 相对密度1.18, 固含量34.5, PH为7.34;KH复合水泥发泡剂, 外观无色黏稠液体, 固含量34.2, PH为7.27。

2.2 振荡法测定不同的发泡剂的起泡能力

选择实验所用三种发泡剂, 按照比例1∶20、1∶40, 1∶60, 1∶80, 1∶100, 1∶200配成发泡剂溶液。分别取50m L加入试筒内, 采用振荡法分别振荡30s, 测定起泡比, 结果如下表1所示。

由起泡比结果可以得出: (1) 不同种类的发泡剂起泡能力不同; (2) 发泡剂溶液浓度对发泡剂起泡能力有一定的影响; (3) 采用振荡法测定发泡剂的起泡比是可行的。

2.3 振荡法测定发泡剂的耗液比

选择实验所用三种发泡剂, 按照比例1∶60配成发泡剂溶液。分别取50m L加入试筒内, 采用振荡法分别振荡30s, 测定泡沫体积和剩余发泡液体积;将泡沫过滤, 取剩余发泡剂溶液加入试筒内, 振荡30s, 依次试验六次, 测定发泡液的耗液比结果如下表2所示。

由上表可知: (1) 发泡剂溶液在第一次起泡时效果最好; (2) 发泡剂溶液起泡能力随着起泡次数的增加逐渐降低, 在3~5次后发泡剂起泡能力趋于稳定。

3 结论

本文采用一种新的振荡方法对三种不同种类的发泡剂起泡能力和耗液比性能进行了测定, 可以得出: (1) 发泡剂溶液浓度的变化对发泡剂的起泡能力影响不大; (2) 发泡剂溶液的耗液比随着振荡次数的变化逐渐趋于稳定; (3) 采用本文推荐的振荡方法对比各种发泡剂的性能是可行的。

我国目前还没有发泡剂性能的有关技术标准和设备。发泡剂生产厂家及研究单位都根据各自研究情况制订了自己的技术指标及测试方法[3]。为加大发泡剂的推广应用, 需尽快制定出发泡剂的相关试验规程标准。

摘要：本文提供了一种新的测定发泡剂性能的方法, 并采用该方法对市场上主流的三种发泡剂进行的起泡能力、耗液比的测定。实验结果表明: (1) 发泡剂溶液浓度的变化对发泡剂的起泡能力影响不大; (2) 发泡剂溶液的耗液比随着振荡次数的变化逐渐趋于稳定; (3) 采用振荡法对比各种发泡剂的性能是可行的。

关键词：发泡剂,机械振荡,起泡能力,耗液比

参考文献

[1]孙萌, 陈巧志.低密度泡沫混凝土发泡剂的研究[J].城市道桥与防洪, 2014, 06∶297-299+25.

[2]毛菊良, 赵西文, 王玉龙, 王泽峰.细集料砂当量指标的试验分析与改进[J].公路交通科技 (应用技术版) , 2007, 01∶102-104.

发泡剂体系篇6

目前, 针对ADC发泡剂清洁生产评价方面的研究较少。在构建评价指标体系方面, 主要有李文军[2]的定量体系和朱宝菊等[3]的综合体系。在确定评价指标权重方面, 常用方法包括专家咨询法[2]、层次分析法[3,4,5,6]和模糊综合评价法[7,8]等。对于评价指标的单向评价指数, 常采用比值法确定[2,3];对于综合评价指数, 则采用加权求和法确定[2,3]。这几种方法简单直观, 但存在主观性强、指标间信息交叉、线性效果差、需要寻找或求基准值等缺点。

本工作提出了基于逐层序关系分析法、极差标准化法、主成分分析法的ADC发泡剂清洁生产评价模型, 有效克服了原模型的诸多不足。

1 理论与方法

1.1 基于尿素法和酮联氮法的评价指标体系

朱宝菊等[3]的定量与定性评价指标体系较为完善地覆盖了尿素法ADC发泡剂清洁生产工艺的各个方面, 虽然其定性部分主观性过于强烈且相关资料不易获取, 可操作性不强, 但其定量部分可从一定程度上反映出定性体系的部分内容。因此, 采用朱宝菊等的定量评价指标体系。

该定量评价指标体系包括目标层 (A层) 、准则层 (B层) 和方案层 (C层) 。目标层 (A层) 包括资源与能源消耗指标 (A1) 、产品特征指标 (A2) 、污染物产生指标 (A3) 、资源综合利用指标 (A4) 和环境管理与劳动安全卫生指标 (A5) 。准则层 (B层) 包括能量消耗指标 (B1) 、原料消耗指标 (B2) 、新鲜水消耗指标 (B3) 、产品优级品率 (B4) 、产品特征 (B5) 、产品改性比例 (B6) 、废水 (B7) 、废气 (B8) 、废渣 (B9) 、盐酸综合利用率 (B10) 、含氨废水综合利用率 (B11) 、硫酸钙综合利用率 (B12) 、十水碳酸钠综合利用率 (B13) 、职业病发生率 (B14) 、年投入环保资金 (B15) 、伤亡事故率 (B16) 和劳保投入额 (B17) 。方案层 (C层) 包括尿素消耗 (C1) 、硫酸消耗 (C2) 、烧碱消耗 (C3) 、氯气消耗 (C4) 、产品发气量 (C5) 、产品分解温度 (C6) 、产品含水量 (C7) 、废水量 (C8) 、COD (C9) 、废水中氨氮含量 (C10) 、废水中盐总量 (C11) 、废气量 (C12) 、废气中氯化氢含量 (C13) 和废渣 (十水碳酸钠+硫酸钙干基) 量 (C14) 。

针对酮联氮法的评价指标体系与针对尿素法的评价指标体系基本相同, 不同之处在于尿素法生产过程需要原料硫酸, 而酮联氮法需要氨和丙酮 (丙酮实际并未消耗) 。为综合评价不同工艺的产品生产企业, 假定硫酸在尿素法评价指标体系中的重要性与氨和丙酮在酮联氮法评价指标体系中的重要性相同。

1.2 逐层序关系分析法

确定目标层A1, A2, A3, A4, A5的序关系 (指标重要性的排序) [9]。

参考 (10/10) ~ (18/2) 标度[10], 给出序关系下相邻两指标的权重 (ω) 的比值 (r) 。

计算各定量评价指标的影响因子, 计算结果见表1。

1.3 极差标准化法

清洁生产评价指标体系分为正向指标和逆向指标两部分。对于正向指标, 数值越大越符合清洁生产的要求;对于逆向指标, 数值越小越符合清洁生产的要求[2]。极差标准化法[11]有正线性相关式和负线性相关式两种表达形式, 分别见式 (6) 和式 (7) 。极差标准化法符合正向指标与逆向指标的要求, 且在实际应用中的线性效果较好。

式中:xij表示第j个指标、第i个试样的原指标值;yij表示xij经极差标准化后的数值;n为试样的个数;p为指标的个数。

极差标准化法消除了各评价指标数据量纲和数量级的影响。但各指标数据不具备同趋性, 即重要性水平不同。所以, 将各评价指标数据乘以对应的影响因子, 从而使其具备可比性。

1.4 主成分分析法

主成分分析法是指将具有一定相关关系的指标重新组合成一组新的少数相互无关的综合指标的统计方法[12]。在实际应用中, 几个最大的主成分所包含信息的总和即代表了大部分的原有信息。该方法避免了指标间的相关性对分析结果造成影响, 克服了加权求和法信息重叠的缺陷。

2 实例分析

本工作选取7家尿素法ADC发泡剂生产企业 (分别为江苏某公司、福建某公司1、福建某公司2、江西某公司、湖南某公司、广东某公司和山东某公司2) 和1家酮联氮法ADC发泡剂生产企业 (山东某公司1) , 并获得了各项清洁生产评价指标数据。对于正向指标, 用式 (6) 标准化;对于逆向指标, 用式 (7) 标准化。通过式 (6) 与式 (7) 将原指标值变换到[0, 1]区间, 以消除量纲和数量级影响。将经过极差标准化法处理后的各评价指标数值乘以对应的影响因子, 使各指标数据具备同趋性, 然后进行主成分分析。

由于极差标准化属于标准化的一种, 故可略过主成分分析中原有的z-score标准化过程, 直接用MATLAB数学软件编程, 进行后续计算。主成分分析的计算过程如下。

1) 建立试样协方差矩阵S。

2) 求试样协方差矩阵S的特征值及相应的单位特征向量。

3) 选择主要的主成分:经计算, 前两个主成分的方差累计贡献率大于85%, 说明前两个主成分基本包含了原指标所具有的信息, 因此仅提取前两个主成分即可。

4) 构造综合评价指标 (F) 。

式中:F1为提取的第一主成分的评价指标, F2为提取的第二主成分的评价指标。根据前两个特征值对应的特征向量组成的矩阵, 可找出每个主成分对应的有较大影响力的原指标。第一主成分对应的有较大影响力的指标为尿素消耗量、硫酸消耗量、烧碱消耗量、氯气消耗量、新鲜水消耗量、废水量、COD和废水中氨氮含量, 各指标对主成分的影响值[12]分别为0.403 0, 0.161 7, 0.317 5, 0.262 9, 0.205 8, 0.232 3, 0.424 6, 0.539 6。前5个指标为资源消耗, 后3个指标为主要污染物, 所以第一主成分可命名为资源消耗与废水污染物产生指标;第二主成分对应的有较大影响力的指标为含氨废水综合利用率 (指标对主成分的影响值为0.705 1) , 其影响值远大于其他指标的影响值, 故将第二主成分命名为含氨废水综合利用率指标。

3 结果与讨论

3.1 主成分分析法的计算结果

根据综合评价指标计算各企业得分。企业得分越高, 说明其清洁生产水平越高, 反之越低。主成分分析法的计算结果见表2。

按照加权求和法[2,3]计算得到的各公司的得分及排名见表3。

对比表2和表3可知:在主成分分析法中, 福建某公司2和湖南某公司分别排名第四和第六, 广东某公司和山东某公司2分别排名第七和第八;在加权求和法中, 福建某公司2和湖南某公司分别排名第六和第四, 广东某公司和山东某公司2分别排名第八和第七, 与主成分分析法所得排名相反。这是由于, 原指标间具有一定的相关性, 即指标间有不同程度的信息重叠, 加权求和会导致信息的重复计算, 导致最终结果失真, 而主成分分析法将相关指标转化为新的相互无关指标, 避免了指标间的相关性对结果造成的影响。综合分析比较, 主成分分析法所得结果更具可信性。

3.2 清洁生产水平等级划分和结果成因分析

将ADC发泡剂生产企业清洁生产水平划分为优秀 (90.0~100 (折合后得分, 下同) ) 、良好 (70.0~89.9) 、一般 (60.0~69.9) 、不合格 (0~59.9) 4个等级。各企业的清洁生产等级见表4。

由表4可知, 在8家ADC发泡剂生产企业中, 有6家清洁生产水平合格, 2家不合格。山东某公司1作为唯一一家使用酮联氮法的企业, 得分显著高于其他公司, 清洁生产等级为优秀。酮联氮法在较大程度上避免了酸、碱的无效消耗, 原料利用率提高, 副产物的种类和数量减少, 物料消耗显著降低;与尿素法相比, 酮联氮法不需要冷冻脱盐, 能量消耗低;酮联氮法的外排废水主要成分为氯化钠, 污染物产生量小。

江苏某公司综合能耗和新鲜水消耗量明显小于其他6家公司, 而且严格控制污染物的排放, 废水中主要污染物氨氮、COD排放量小, 清洁生产等级为良好。广东某公司和山东某公司2在资源消耗和污染物产生方面较差, 前者的尿素、烧碱、硫酸消耗多, 废水中氨氮、COD、总盐量含量极高;后者的新鲜水、尿素、烧碱和氯气消耗多, 废水中氨氮、COD含量极高。

3.3 小结

逐层序关系分析法是对层次分析法的改进, 该方法不用建立判断矩阵和检验一致性, 计算量减少。相对于专家咨询法, 逐层序关系分析法可以计算大量指标的影响因子, 且计算结果精确。极差标准化法不需要寻找或计算各评价指标的基准值, 克服了比值法中逆向指标公式非线性的缺陷。主成分分析法避免了指标间信息交叉对结果的影响。将以上3种方法首次应用于ADC发泡剂清洁生产评价领域, 优势明显且实证效果好。

4 结论

a) 提出了一套完整的针对不同生产工艺的ADC发泡剂清洁生产企业综合评价模型。该模型涉及逐层序关系分析法、极差标准化法和主成分分析法3种方法。

b) 采用逐层序关系分析法可确定各评价指标的影响因子, 采用极差标准化法可消除指标数据量纲和数量级影响, 采用主成分分析法可对各生产企业进行排名。

c) 该模型合理可行, 为ADC发泡剂生产企业的清洁生产评价提供了一个参考方案。

摘要：提出了针对不同工艺的偶氮二甲酰胺 (ADC) 发泡剂生产企业的清洁生产综合评价方案。利用逐层序关系分析法确定各指标的影响因子, 采用极差标准化法对正逆向指标数据进行初步处理, 使用主成分分析法对ADC发泡剂生产企业进行排名。该研究为ADC发泡剂清洁生产评价提供了一个更加客观和精确的方案。

关键词：偶氮二甲酰胺发泡剂,清洁生产评价,逐层序关系分析,极差标准化,主成分分析

参考文献

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发泡剂对钼渣多孔玻璃性能的影响篇7

关键词：发泡剂,钼渣,多孔玻璃,抗折强度

引言

多孔玻璃是一种人工制作的多孔材料,它是一种内部充满无数微小均匀连通或封闭气孔的玻璃材料[1]。多孔玻璃属于无机材料的范畴,它除具有无机材料的共同特点外,还具有其自身独特的性质。例如,除了具有优良的耐热性、耐微生物污染性和化学稳定性等外,多孔玻璃还具有密度小、强度高、导热系数小等物理性质,使其赋予了保温、隔热、吸声、防潮、防火等功能[2]。这类材料自发明以来,已在固定化酶、病毒过滤、色谱分析、光纤通讯、建筑材料等方面得到了广泛的应用[3~5],它的应用和发展已成为人们关注的热点。当前各种尾矿废渣堆积如山,不仅占用大片土地,造成环境污染,而且对尾矿废渣这一潜在的资源也是严重的浪费。新中国第一尾矿库葫芦岛杨家杖子钼矿尾矿至今已有50多年的历史,淤积尾矿达5.8万立方米,使原有的耕地、植被、水质等生态环境遭到严重破坏,被国家尾矿调查专家称之为病库。经过对尾矿的成分严格的技术分析,确定里面含有丰富的Si O2、Ca O和Al2O3等,此三种物质是生产玻璃的主要原料。本文以此废渣为原料,选择合适的发泡剂,改进传统工艺,采用尾矿废渣高温熔融直接发泡制备钼渣多孔玻璃,研究了不同发泡剂对钼渣多孔玻璃性能的影响。

1 实验

1.1 试样的制备

实验原料为葫芦岛杨家杖子钼矿尾矿,该尾矿的成分组成如表l所示。100%的尾矿为主要原料,分别加入Si C1.0%wt、C5%wt(原料中已有4.90%wt Fe2O3)、Ba CO310%wt作为发泡剂,磨细混合均匀后装入石墨坩埚内,放入箱式电阻炉中,分别在1200℃、1250℃、1300℃、1400℃保温一定时间。然后放入预热到500℃的低温电阻炉内进行退火保温1h,消除残余应力,制得钼渣多孔玻璃。

1.2 性能测试

用WDT-10微机控制电子万能试验机测定抗折强度,参照国家标准GB/T1966~1996多孔陶瓷显气孔率试验方法测定多孔玻璃显气孔率,物相分析在Y500型X射线衍射仪上进行,采用JSM-6363LV扫描电镜观察形貌。

2 结果与讨论

2.1 不同发泡剂的作用机理

在高温熔融直接发泡制备多孔玻璃研究中,发泡剂的选用最为关键,Si C、Fe2O3及C粉等均是常被采用的高温发泡剂[6]。Si C在高温下会发生氧化反应,产生CO和CO2,其方程式为:Si C+2O2→Si O2+CO2↑和2Si C+3O2→2Si O2+2CO↑,碳化硅发生的氧化反应,表面生成一层玻璃态、粘度高的Si O2膜,氧气在Si O2膜中的扩散非常慢,所以在较低的温度下很难继续发生氧化反应,一般需要大于1250℃的温度,但当体系中存在使粘性显著下降的物质,导致氧容易通过Si O2膜接触到Si C的表面,其反应温度会有所下降。Si C做发泡剂时加入量较少,一般仅在0.05%wt~1.0%wt[7]。在碳粉还原作用下,发泡剂Fe2O3发生分解、还原反应生成CO、CO2和O2,在1050℃~1250℃温度时有良好的发泡性能,其添加量一般为2%wt~5%wt[8]。Ba CO3的分解温度为900℃~1300℃,分解产生的CO2可使物料发泡,同时生成的Ba O具有助熔作用。

2.2 发泡剂对钼渣多孔玻璃气孔率影响

在添加不同发泡剂情况下,钼渣多孔玻璃在不同熔融温度下气孔率的变化情况见图1。由图可看出,Fe2O3、C粉为发泡剂的钼渣多孔玻璃气孔率最高,其次是Ba CO3,Si C最低。Fe2O3在碳粉还原作用下,1250℃时达到了发泡完全阶段,但该原料是100%的尾矿,其熔融温度为1400℃,1250℃只达到了尾矿的软化温度,未达到其熔融温度,体系还未进入熔融态就已经开始发泡。当温度继续升高,在常压烧结情况下,气泡开始不断逸出,出现消泡现象,当温度升到其熔融温度1400℃时,其气孔率已下降到2.8%。Si C为发泡剂气孔率比较低是由于Si C发泡需要氧气的参与,在高温密闭的炉里,氧气含量是非常低的,如果想得到高气孔率的多孔玻璃,需得在氧气气氛下烧结。Ba CO3发泡是由于高温热分解,无需氧气气氛,产生的氧化钡对本系统的助熔效果显著,熔融温度由原来的1400℃下降到1200℃,因此Ba CO3在本体系中发泡效果最好。

2.3 Ba CO3含量对钼渣多孔玻璃性能的影响

在熔融温度为1250℃、发泡时间为20 min,发泡剂含量为8%wt、10%wt、12%wt和14%wt时钼渣多孔玻璃的气孔率和抗折强度变化情况见图2。由图2可看出,随着发泡剂含量的增加,钼渣多孔玻璃的气孔率和抗折强度相应随之变化。当Ba CO3含量10%wt时,气孔率最高,为16.8%。但总体上发泡剂含量的增加对钼渣多孔玻璃的气孔率、抗折强度的影响不是很明显。Ba CO3高温热分解产生的二氧化碳同时也产生了氧化钡,氧化钡能使玻璃的粘度降低,气体逸出速度增加,当Ba CO3含量大于10%时,气体逸出速度大于分解速度,因此气孔率下降。在一定的熔融温度、发泡时间下,力学性能主要受气孔率的影响。

2.4 钼渣多孔玻璃的性能表征

钼渣多孔玻璃的X射线衍射图主要为非晶质(图3),其中有少量的石英特征峰。主要是因为在熔融玻璃时有石英残留,致使玻璃中残留的石英一直保留在烧结钼渣多孔玻璃的过程中,从而有石英特征峰的出现。孔结构基本上是不连通的,为闭孔材料,大孔分布比较均匀,孔径可达500um(图4)。

3 结论

(1)不同发泡剂对钼渣多孔玻璃性能有不同的影响,Ba CO3在本体系有显著发泡作用,为最佳发泡剂,其生成的Ba O有助熔作用,降低融化温度。

(2)随着发泡剂Ba CO3含量的增加,钼渣多孔玻璃气孔率和抗折强度均发生变化,当Ba CO3含量10%时,孔隙率最高,为16.8%。

(3)经X射线衍射分析,钼渣多孔玻璃中有少量石英残留,显微结构表明孔结构基本上不连通,为闭孔材料。

参考文献

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