Регулирование коллоидно-химических свойств эмульсий из нефтебитуминозных пород тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.11 ВАК РФ

АКАДЕМИЯ НАУК УЗБЕКСКОЙ ССР Институт химии

На правах рукописи

Ходжаназаров Асан Турлибекович

УДК 541.18:662.337:665.456

РЕГУЛИРОВАНИЕ КОМОВДЮ-ХИМИЧЕСКЖ СВОЙСТВ ЭМУЛЬСИЙ ИЗ НЕФТЕБИГУШЮЗНШС ПОРОД.

02.00.11 - коллоидная и мембранная химия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Ташкент - 1990

Диссертационная работа выполнена.в Институте химии Академии наук Уэбекокой ССР и Джамбулском гидромелиоративно-строительном институте.

Научные руководители: доктор химических наук,профессор АРИПОВ Э.А.

кандидат технических наук,доцент БШШЕАЕВ В.К.

Официальные оппоненты: доктор химических наук,профессор АМИНОВ С.Н.

кандидат химических наук .старший научный сотрудник ХАЩДОВ Б.Н.

Ведущая организация: Московский институт нефтехимической и газовой промышленности им. И.М.Губкина

1 00 Защита состоится " 3 "октября 1990 г. в 14 часов

на заседании специализированного совета К 015.13.02 в Институте химии АН УзССР (700170, т.Ташкент,пр.М.Горького, 77, конференц-зал).

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке АН УзССР (г.Ташкент,ул.Муминова, 13).

Автореферат разослан "Ь " сентября 1990 г.

Ученый секретарь специализированного совета, доктор химических наук,

профессор ' С.С.ХАМРАЕВ

; ;'М1

АННОТАЦИЯ

Работа посвящена комплексному решению проблемы переработки и использования природного сырья - нефгебитуминозных пород (ИБП).

Методами лаверно-корреляциокной спектроскопии, вискозиметрии, смачивания и др. изучено влияние концентрации раствора поверхнос! -но-активных веществ (ПАВ), температуры и интенсивности приготовле кия водобитуших эмульсий (ЕБЗ) из нефтебитутяшозких пород на кон центрацшо ВБЭ, степень дисперсности, размеру частиц ВБЭ, структу-^ рообразовашге в них, склеивающие и структурообразующие свойства. Найдены закономерности изменения размеров частиц ВБЭ от условий и. приготовления и корреляционная зависимость между степенью дисперсности ВБЭ с одной стороны, коллоидно-химическими и технологически ми свойствами - с другой. Методом математического планирования эк., перимента на ЭВМ "ЭВМ РС'ХТ' установлены оптимальные условия поду -чения ЕБЭ из ИБП. Определен фракционный и индивидуальный состав ор ганической части, химический и минералогический состав минеральной части НБП Западного Казахстана (месторождений Мортук и Иман-Кара). Разработаны технология и агрегат для получения всдобитушой эмульсии непосредственно на месторождении.

Разработана безотходная технология использования водобитумшм эмульсий для улучшения свойств бетона; как связующего материала к дорожно-строительных работах; в качестве корректирующей и вспучива ющей добавки в керамзит; а также структурообразователя при переволь свободнодисперсних систем почво-грунтрв в свяанодисперсное состояние, а шшералыюй части - как сырья для производства строительных материалов (силикатный кирпич).

На защиту выносятся:

- физико-химические свойства нефтебитумшозных пород месторождения Мортук;

- зависимость коллоидно-химических и технологических свойств водобигушгай эмульсии от среднего размера дисперсных частиц ВБЭ, определенного с применением автоматического лазерного корреляционного спектрометра;

- оптимальные параметры процесса получеши водобитумной эмульсии;

- принципиальная технологическая схема и агрегат для получения водобитумной &мулъсии;

- применение ВБЭ для улучшения свойств бетона, керамзита, в шлеподавленин и укреплении грунтов, а тате как структурообразо-вателя при переводе свободаодисперсных систем в связнодисперсное состояние.

Цель исследования заключается в получении и регулировании свойств водобитумной омульсш из нефтебитуминозных пород с разработкой комплексного использования данного природного сырья..

Изучение состояния вопроса позволим с учетом поставленной цели сформулировать следующие задачи:

- исследование возможности получения водобитумной эмульсии из нефтебитуминозных пород и изучение их коллоидно-химичемсих свойств;

- определеше физико-химических свойств органической части, минералогических и химических составов минеральной части нефте-битуминозных пород;

- разработка принципиальной технологической схемы получения и использования ВБЭ из ИБП, а также комплексного использования нефтебитуминозных пород.

Научная новизна. В работе получены следующие результаты:

- впервые НБП использованы так сырье для получения водоби-тушой эмульсии и найдены закономерности изменения размеров частиц ЕБЭ от условий их приготовления и корреляционная зависимость между степенью дисперсности ВБЭ с одной стороны, колловдно-хдаи-ческими и технологическими свойствами - с другой;

- методом математического планирования эксперимента с использованием ЭВМ "3ÔMPC-XT " найдены параметры оптимальных условий получения ВБЭ из нефтебитуминозных пород;

- впервые разработан способ (A.c. J5 I43I793, СССР) и агрегат (A.c. Jé 1240400, СССР) дощ получения водобитумной эг.гульсии из НБП и определен фракционный и структурно-групповой составы органической части, а также химический и минералогический состав ыинераль-' ной части НБП месторождения Мортук;

- разработана безотходная технология использования НБП, показавшая бооисгшость пршепеная ВБЭ в качестве пластифицирующей

добавки в бетонную смесь, связующего материала в дорожно-строительных работах, вспучивающей и корректирующей добавки для улучшения свойств керамзита (А.св. й 1375607, СССР), пылеподавлешш и укрепления грунтов, структурообразователя при переводе свобод-нодисперсных систем в связнодисперспое состояние, а мшюрашгой части - как сырья для производства строительных материалов, в частности силикатного кирпича.

Практическая ценность. Определен и обоснован режим получения водобитумной эмульсии из ИБП. Разработаны способ и агрегат, а также безотходная технология комплексного использования нефте-битуминозных пород.

Реализация результатов исследований. Осуществлен выпуск опытной партии водобитумной эмульсии из НБП, а также опытно-промышленной партии керамзитового х'равия с добавкой НБЭ на Сарн-атачском керамзитовом заводе Чимкентской области Казахской ССР. Проведены опытные испытания по пылеподавлению и укреплению грунтов на Каратауском производственном объединении.

Апробатцтя работы. Материалы исследований доложены на Всесоюзных совещаниях по комплексной переработке и использованию неф-тебитуминозних пород (г.Гурьев, 1983/1995 гг.), Всесоюзном совещании по высокомолекулярным соединениям нефти (г.Томск, 1985 г.), Всесоюзном научно-практическом совещании "Пути использования вторичных ресурсов при производстве строительных материалов и изделий" (г.Чимкент, 1986 г.), УП-оЙ Межреспубликанской конференции молода ученых "Развитие технологии и довышения качества строительных материалов в двенадцатой пятилетке" (г.Киев, 1987 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ,'в том числе 3 авторских свидетельства СССР на изобретение.

ОБЩАЯ ХШЛСГШЙТИКА РАБОТЫ . ■

Актуальность работа. Коллоидная химия гак наука о закономерностях дисперсного состояния вещества и поверхностных явлсаяй тесно связана с разлачнши областями проглшлешгего и сельскохо1-л;> ствешюго производства, строительства и другие отраслям:: гссод-пого хозяйства. Задача коллоидной тлгли яршеиктёлшо г. ас I г;".:.

и нефтепродуктам заключается в разработке научных основ регулирования реологических свойств, что позволяет увеличить добычу и транспортировку нефти и ее перерабатываемость, а также путей управления дисперсного состояния нефтей и нефтепродуктов и, тем самым, целенаправленного использования эксплуатационных свойств и процессов их переработки. Такая задача решается путем использования добавок, способных регулировать размеры и природу поверхности частиц дисперсной фазы. Достигнуты большие успехи в разработке коллоидно-химических основ получения эмульсии из нефтяного битума, регулирования степени дисперсности эмульсий и управления их устойчивостью и стабильностью, а также эксплуатационными свойствами. Однако получение эмульсий из нефтебитуминозных пород и регулирование их коллоидно-химических свойств практически на изучено. Запасы нефтебитуминозных пород настолько велики, что способны заполнить тлеющийся в настоящее время дефицит между производством и потреблением битума.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, выводов по работе, библиографических источников (170 наименований) и приложения на 17 листах с документами внедрения результатов. Работа изложена на страницах машинописного текста, содержит 17 таблиц, 26 рисунков.

Основное содержание работы. В введении обоснована актуальность проблемы, сформулированы основные задачи исследований, научная новизна и практическая ценность работы.

3 первой главе -приведен обзор литературных данных, в которых рассматривается'современное состояние в области изучения нефтяных дисперсных систем, в частности способы извлечения битума из ИБП (наиболее эффективным признано извлечение водощелочшми растворами), выявлены пути получения водобитумной эмульсии из НБП.

Во второй главе дана характеристика объектов и методов исследования. В качестве объектов исследовашт взяли нефтебитуминозше породы месторождений Мортук- (Актюбинска^ область) и, для сравнения, Иман-Кара (ХУрьевская область), на котором существует'карьерное хозяйство; в ткачество растворителей дая экстракции битума из НБП'брали этанол и бензол; поверхностно-активные вещества: окспэтилирован-кыа полизтилегаипшлфенол ОП-Ю, сульфитно-дрожевая бражка (отход

Кзил-Ординского целлклозно-картонного комбината) и дибутнлфталат С6Н^(С00С411д) классификации "ЧПД"; водобитумную эмульсию на основе ИБП.

В работе использованы методы, позволившие: а)рассчитать степень извлечения органической части ИБП (методом экстракции на аппарате Сокслета) и содержание битума в ВБЭ (метод сжигания навесок); определить размеры частиц ВБЭ (лазерно-корреляциошшй спектроскопический анализ); оценить реологические свойства (вискозиметрия) ВБЭ; выявить прочность адгезии ее на поверхности субстрата (метод адгезии с определением работы отрыва, склееного ВБЭ субстрата с гладкой поверхностью); определить краевой угол смачивания различных поверхностей, а также структурообразующие свойства ВБЭ в свободнодисперсных системах (метод разрушения структуры под действием воды); установить оптимальные параметры процесса получения водобитумной эмульсии (метод математического планирования эксперимента). Применены также методы исследования, изложенные в ГОСТах 28245-76, 11011-64, 18659-81 и др., методы химического, физико-химического, рентгеноструктурного анализа, оптическая микроскопия, ИК- и УФ-спектроскопия органической и минеральной частей ИБП.

Третья глава посвящена установлению структурно-группового и фракционного состава органической части ИБП и изучению их физико-химических свойств, а также определению химического и минералогического состава минеральной части ИБП.

Содержание битума, экстрагированного в аппарате Сокслета с использованием смеси бенгол:этанол (соотношение 1:1) составляет 17,2$ для ИБП месторождения Иман-Кара и 15,7$ - для ИБП 1Мортук. Плотность органической части ИБП колеблется в пределах 0,98781,0384 кг/м3, что объясняется различным фракционным составом битумов. Содержание смол, масел и асфальтенов для месторождения ИБП Пман-Кара соответственно равно 36,4; 51,1 и 12,5$, а для месторождения Мортук - 29,3; 68,7 и 2,0%, Температура размягчения битумов обоих месторождений различается незначительно и колеблется от 293 до 295 К. Растяжимость предопределяется различным содержанием смол: чем выше их содержание, тем она выше и наоборот. Высокий показатель пенетрации битумов объясняется большим содержанием масел. По данным элементного анализа органическая часть ИБП более, чем

- а -

на 82,1$ состоит из углерода, концентрация водорода колеблется в пределах 11,0-13,4$, а гетероатомов (кислород, азот, сера) - более 3$.

Перегонкой органической части ИБП в аппарате ректификации нефти (АРН-2) получены керосино-газойлевые фракции, выкипающие при температуре 573-623 К, содержание которых составляет 7,8-15,0$; маслчные продукты, выкипающие при температуре 623-673 К, составили 6,9-8,7$; около 75,6-82,4$ приходится на продукты, выкипающие при температуре выше 673 К. Керосино-газойлевые фракции характеризуются высокими значениями плотности и представляют интерес как источник сероорганических и кислородсодержащих соединений. Они имеют в основном нафтено-арочатический состав. Характерной особенностью масляной фракции 623-67С К является низкая температура застывания, что свидетельствует о низком содержании во фракции парафинов. Остаток выше 673 К характеризуется высоким содержанием серы и является сырьем деструктивных процессов. Органичеысая часть ИБП представляет собой тяжелый и вязкий продукт. Бензиновые и легкие керосиновые фракции практически отсутствуют.

Значительный интерес представляют структурно-групповые составы органической части ИБП. Фракции масел месторождений Иман-Кара и Мортук представлены в основном парафино-нафтеновыми компонентами. Органическая составляющая ИБП характеризуется высоким содержанием смол, причем количество тяжелых спирто-бензолышх смол для исследованных образцов значительно выше (в 1,2-2,1 раза), чем легт-ких петролейно-бензольных. Содержание асфальтенов колеблется в пределах 2,0-12,5$, они являются сильнополярнши и содержат кислород в форме сложных афиров, кислот, фенолов. А самой полярной является фракция смол, представленная смесью нафтеновых и асфалъте-новых полифункционалышх кислот.

УФ-спектры исследованных битумов по -геи сходны между собой: 01Ш характеризуются максимумами поглощения близ 240-250 нм, связанными с присутствием в молекулах ароматических ядер, содержащих сконденсированные 1-4 бензольные кольца, и плавным батохромным спадом интенсивности поглощения до 600 нм. Поглощение при больших ■ длинах указывает на присутствие небольшого количества поликонден-сировашшх структур.

В инфракрасных спектрах исследуемых образцов ИБП обоих место-

рождений установлен ряд интенсивных полос поглощения в области 3000-2800 сг.Г1 с максимума!,-ш 2976 , 2872 см-*, отвечающих валентным колебаниям метилышх и метиленовых групп алканов, менее интенсивные полосы 1700, 1600, 1460 и 1375 см"*, соответствующе деформационным колебаниям указанных выше групп, полосы в области 1000-700 см-"*, которые принадлежат колебаниям валентных связей метилышх групп парафинов.

Минералогический состав минеральной части ИБП является в основном кварцево-полевошпатовым. Данные рентгеиоструктурного и петрографического анализа свидетельствуют о наличии следующих минералов: кварца, полевых шпатов, слюды, диопсида. Сравнение рентгенограмм минеральной части НШ изученных месторождений показывает, что в целом они подобны друг другу, отличаются лишь тем, что дая шпю-ралыгой части месторождения Мортух характерны линии глауконита и монтмориллонита,

В четвертой главе приводятся результаты исследований: а)воз-можности получения водобитушой эмульсии'из НБП; б)определения оптимальных параметров процесса; в)разработки принципиальной технологической схемы получения ЕБЭ на основе .ИБП, а такие агрегата, с помощью которого осуществляется этот процесс.

При получении водобитушой эмульсин из НБП были использованы такие реагенты как л/а. ¿СО! ,^аОН I Лаг ; среда щелоч-

ная - рН = II и выше. Опыты проводили при соотношении НЕП:водоще-лочной раствор (Т:Ж) =1:2 и температуре раствора 343 К. Для увеличения интенсивности процесса извлечения органической части НБП с получением водобитушой эмульсии выбран режим энергичного перемешивания, интенсифицирующий гидродинамические факторы воздействия, способствующие разрушению сложной дисперсной системы нефтебитуми-нозных пород, представляющих собой четырехкомпонентную систему: минеральная часть, газы, реликтовая вода, битум. Наибольшая степень извлечения органической части ИБП достигается растворами ме-тасиликата натрия при концентрации от I до 10$. Исследования по выделению битума Ю/г-нып раствором матасиликата натрия в присутствии по 5% дибутилфталата, сульфитно-дрошззой бражки и оксиэ нитрованного полиэтнленалкилфечола ОП-Ю показали, что их введете увеличивает степень извлечения органической части НБП до 65, 85 и 4)2% соответственно. При этом получаются устойчивые водобитугише омуль-

они. Исхода из этого, были выбраны раствор метаоияиката натрия в продукт оксиэтилирования алкилфенолов ОП-Ю, При отсутствии ПАВ ОП-Ю и наибольшем содержании жидкого отекла в растворе (10/2) степень извлечения битума низкая и составляет 19,2$; использование же 2$-ного раствора ОП-Ю и жидкого стекла повышает степень извлечения до 96/5. Увеличение концентрации ПАВ до Ъ% позволяет достичь полного извлечения битума при более низкой концентрации жидкого стекла.

Исследования с применением метода математического планирования эксперимента позволили выбрать в качестве параметра, характеризующего процесс получения ЕБЭ из НШ, степень извлечения органической части НБП (У, %). Независимыми переменными в рассматриваемом процессе явились; - концентрация ПАВ ОП-Ю, равная 0,5-2,5$;

2г - концентрация жидкого стекла (0-4$); г3 .. концентрация л^ЯУ 0-2г^ - время перемешивания - 1-5 мин; ¿5 - температура - 313353 К. Поскольку предварительные исследования показали нелинейный характер зависимости степени извлечения от выбранных переменных, для получения уравнения регрессии наш был выбран ротатабельный план второго порядка Бокса-Хантера для пяти факторов. Была составлена программа для выполнения расчетов по планированию экспериментов второго порядка; результаты были обработаны на ЭВМ "ЗВМР£~ХТ". Программа образует ротатабельный план для л/ факторов, вычисляет уравнения регрессии, проверяет адекватность полученного уравнения по критерию Фишера, определяет значимость коэффициентов по Стью-денту и убирает незначимые коэффициенты, вновь проверяет на адекватность полученное уравнение. Программа написана на языке Бейсик. Результаты выданы на печать.

Ниже приведены уравнения, адекватно описывающие процесс извлечения органической части НБП с получением водобитумной эмульсии, в натуральном масштабе:

а) для НБП месторождения Кман-Кара

У = 133,062, + 31,742^ + 63,723 + 51,532« + 6,769 2 5 +

+ 5,32,22 - 0,2482,082,25 + 0,4012223- 2,8222^

- 0,3262^- 0,3042-3£5- 34,042.?- 8,62|- 17,882|-

- 4,582|- 0,0422|- 440,54 (I) ,

б) дай ИБП месторождения Мортук

У = 172,482,+ 50,0£2+ 86,6423+ 52,93^+ &,19725 -

- 3,722,2Д- 5,5бг,гэ+ 3,242,?, - 0,4622,15- 2,28гаг3- 1,бзг2г^+ о.гзэг^д- о,7142^г5-

- 0,3282?- 35,88г|- 8,74£д- 14,242^- 0,0532|-

- 574,43 Г?Л

Из анализа уравнений (1,2) следует, что в изученных интервалах все независимые переменные влияют на процесс получения ВБЭ из ИБП положительно. Наличие в уравнении большого числа квадратичных членов и эффектов взаимодействия между переменными подтверждает нелинейный характер зависимости степени извлечения органической части НБП ог параметров процесса, а также на взаимосвязь между факторами.

Согласно уравнениям регрессии максимальные степени извлечения определялись методом Хука-Дживса на ЭВМ "7/5Л7 РСХТ" - Экспериментальная проверка подтверждает оптимальные значения параметров процесса. Наиболее благоприятные оптимальные условия получения битумной эмульсии приведены ниже:

В пятой главе приводятся результаты исследований коллоидно-химических свойств водобитумных эмульсий на основе НБП. Коллоидно-дисперсное состояние НБЭ, стабилизированной ПАВ, как и во всех дисперсных системах, определяется гаммой специфических взаимодействий между компонентами этой системы, которые в общем случае относятся к межмолекулярным. Поскольку битум характеризуется смесью высокомолекулярных (нефтяного происхождения) углеводородов и их гетеро-производных, содержащих кислород, серу, азот, а также натрий или др.металлы, то есть вещества, могущие быть п- - и #-донорами, то. в исследуемой системе ВЕЗ реализуется ряд специфических взаимодействий, приводящих к образованию органических молекулярных комплексов к комплексов с водородной связь» (Н-комадексы) как кегду ко:-:—

Эмульгатор ОП-Ю Жидкое стекло

аОН Продолжительное тъ Температура

2,0$ 3,0$ 0,5$

3 мин. 343 К

понентами битума, так и медду составляющими дисперсной фазы и молекулами дисперсионной среды. Следовательно, ВБЭ можно рассматривать как единую систему со специфическими характеристиками.

Вязкость ВБЭ, являющаяся критерием ее текучести, зависит от большого числа факторов, наиболее важным из которых является процентное содержание битума в ВБЭ и размер частиц битумной фазы в готовой эмульсии.

При изменении температуры процесса (в интервале 303-333 К) средний размер частиц битума приблизительно одинаков - 0,82-0,88« 103 нм при дисперсии распределения частиц по размерам ло£-о,61-1,35'103нм. Дальнейшее увеличение температуры ведет к росту среднего размера частиц до Ы^ = 0,95-0,99» 103нм и уменьшению лс( до 0,07.Ю3 нм. При Т = 343-349 К достигается наибольшая степень извлечения - 98-100?. Стабилизация битумной эмульсии объясняется более эффективным действием ПАВ при высоких температурах, повышением степени и качества отмывки органичеокой части НБП.

¡Значения с(ер и до( при концентрации ПАВ 1-5$ составляют 0,921,04*103 и 0,48« 103 нм, а при повышении концентрации ПАВ до 10$ -З'Ю3 и 1,6»103нм соответственно. Это, вероятно, связано с коале-сценцией частиц. При изменении концентрации жидкого стекла от I до 10$ ЫСризменяется от 1,01-1,2.103 до 3,5«103 нм, а дисперсия распределения меняется от 0,5'Ю3 до 1,8-Ю3 ни.

Если при невысоких частотах вращения (7-16 сек"1) имеет место изменение размеров частиц эмульсии и их дисперсии распределения

1,02-0,81.103нм, 0,56-0,89«103нм), то при высоких частотах вращения (25-33 сек"*) происходит уменьшение разброса и некоторое возрастание размеров частиц. При частоте вращения вала более 40 сек дисперсия распределения частиц по размерам значительно увеличивается. По-видимому, повышение частоты вращения вала способствует не только возрастанию степени отделения минеральной части НБП от органической, но и вовлечению в движение и тонкой фракции минеральной части из-за повышения скорости движения, а это действует на эмульсию дестабшшзирующе.

Согласно коллоидно-химическим представлениям о нефти и нефтепродуктах вообще и о битумах в частности, а также исходя из структурно-группового состава органической части НБП, мы предположили, что капельки ВБЭ состоят из сложных структурных: единиц (ССЕ) биту-

ма - органической части НБП. Ядро данной ССЕ состоит из асфаль-тенов, карбенов и карбоидоз; к нш примыкают смолы, диспергированные в маслах; далее располагаются слои компонентов все более низкой молекулярной массы - ароматические и алифатические углеводороды, и все это составляет сложную структурную единицу водо-битумной дисперсии. В свои очередь сама ССЕ окружена молекулярной пленкой ПАВ (эмульгатора). Надо полагать, что между капельками осуществляются контактные взаимодействия, в результате которых могут иметь место агрегирование и коалесценция.

Сопоставление изменения размеров частиц дисперсии ВБЭ от концентрации ПАВ и ее вязкости показало, что по мере роста эффективного диаметра частичек эмульсии возрастает ее вязкость, а с определенного среднего размера частиц вязкость остается постоянной. Это свидетельствует о наличии граничного размера частиц, выше которого при заданном ПАВ преобладают контактные взаимодействия, придающие дисперсной системе особую оструктуренность.

Определение краевых углов.смачивания ВБЭ на поверхности стали, стекла, плексигласа и парафина показали, что с ростом времени контакта капли эмульсии и поверхности субстрата и с увеличением содержания битума в ВБЭ значения краевых углов смачивания уменьшаются. Следует отметить, что значения краевых углов смачивания самые наибольшие на поверхности парафина, несколько меньше на плексигласе, за шили следует поверхность неорганического стекла и металла.

Расчеты работы адгезии по уравнению Дюпре-Юнга с использованием дашшх0 показали, что значение это тем больше, чем больше время контакта ВБЭ с субстратами и чем больше содержание битума в водобитумной эмульсии.

Проведенные исследования свидетельствуют о том, что работа отрыва склеенных ВБЭ двух.одинаковых субстратов (пластинка из нержавеющей стали, силикатное стекло и плексиглас) увеличивается по мере возрастания времени контакта склеенных субстратов между собой и по мере роста содержания битума в эмульсии. Причем рост работы отрыва идет вначале быстро, а затем медленнее. Так, если прирост работы отрыва от начала опита за первые 2 минуты составляет 300$, то последующее возрастание времени контакта на 8 минут увеличивает работу на отрыв на 100-150$.

Порядок расположения субстратов по величине затраченной на отрыв работы через 5 минут после склеивания такой же, как и при их расположении по значениям краевых углов смачивания. Рост величины работы отрыва склеенных субстратов по мере удаления дисперсионной среды или роста содержания битума в эмульсии обусловлен появлением адгезионных сил сцепления между дисперсной фазой и поверхностью субстрата, а также усилением когезии мезду шариками эмульсии. Заметное возрастание работы при концентрации НБЭ ЗС$ и выше является результатом усиления когезии.

Наличие адгезионных сил между субстратами и ВБЭ указывает на возможность использования эмульсии из нефтебитуминозных пород в качестве структуранта (мелиоранта) при переводе свободнодисперсной системы, в которой частицы твердой фазы не связаны друг с другом и перемещаются самостоятельно, в связнодисперсные системы, в которых частицы твердой фазы связаны друг с другом посредством структуранта и не могут перемещаться отдельно.

Образцы почво-грунтов Приаралья, содержащие 12$ (обр.1) и 35$ (обр.2) солей сульфидно-магнезиально-хлоридного состава, обрабатывались ВБЭ (расход - 25 м^ на I га) с получением структур. Прочность была оценена методом размокания - разрушения структуры в результате пропитки водой. Установлено, что чем больше содержание битума в эмульсии, тем больше требуется времени на разрушение структуры почво-грунтов с меньшим ее содержанием. Механизм разрушения связнодисперсной системы в воде, по-видимому, сводится к следующе.-му: при контакте оструктуренной системы с водой последние диффундируют в структуру и, таким образом, находятся в ней в виде интер-мицеллярной жидкости, которая оказывает расклинивающее действие в местах контакта твердой фазы с битумом. Вследствие ослабления последнего связнодасперсная система переходит в псевдосвободно-дисперсную систему.

Шестая глава посвящена изучению возможности использования водобитумной эмульсии из нефтебитуминозных пород. I. При введении ВБЭ в бетонную смесь наблюдалось интенсивное воздухововлече-ние, увеличение прочности, подвижности, удобоукладываемости, морозостойкости и водонепроницаемости. Найдено, что наиболее оптимальной является 2^-ная концентрация вводимой в бетонную смесь ВБЭ.

2. ВБЭ применялась дая пылеподавления, С этой целью были использованы грунты карьера Каратауокого бассейна. Исследования по определению прочности показали, что образцы, приготовленные методом смешения с ВБЭ, выдерживают нагрузку от 0,94 до 1,41 кг/см3. Испытания на погодоустойчивость при переменном высушивании и увлажнении показали удовлетворительные результаты. Опытно-промышленные испытания, проведенные на Производственном объединении "Каратау',' свидетельствуют о возможности использования ВБЭ дая стабилизации грунтов.

3. Применение водобитумной эмульсии в качестве выгорающей и вспучивающей добавки позволило улучшить свойства керамзита. Данные лабораторных исследований подтверждены опытно-прогльпшгешшми испытаниями, проведенными на Сарыагачском керамзитовом заводе.

4. Изучение возможности применения минеральной части ИБП показало, что на их основе можно получать строительные материалы,

в частности силикатный кирпич марки 100.

Седьмая глава посвящена разработке безотходной технологии применения НБП и водобитумной эмульсии на ее основе в различных отраслях народного хозяйства. Приводится принципиальная схема данной технологии. Установлена ожидаемая экономическая эффективность получения битумной эмульсии из НБП, применения ВБЭ и минеральной части НБП. Данные расчетов приводятся ниже (тыс.руб.):

Получение водобитумной эмульсии из НБП - 27,35

Применение ВБЭ для улучшения свойств керамзита - 170,0 Применение ВБЭ для улучшения свойств бетона - 150,0 Использование ВБЭ для пылеподавления и укрепления грунтов . - 80,0

Применение минеральной части НБП дал получения силикатного кирпича - 25,0

Общий экономический эффект с учетом решения экологических проблем, транспортирования НБП и использования местного сырья Западного Казахстана составит около I Млн.рублей.

ВЫВОДЫ.

I. Впервые изучено влияние концентрации ПА.В и реагентов, температуры и интенсивности перемешивания при приготовлении водобитум них эмульсий из НБП на концентрацию битума, степень дисперсности

отруктурообразование в водобитумных эмульсиях, их адгезионные, склеивающие и структурообразующие свойства. Найдены закономерности изменения размеров и степени дисперсности частиц ЕБЭ от условий их приготовления и корреляционная зависимость между размерами частиц ЕБЭ с одной стороны, и коллоидно-химическк'.ш свойствами (вязкость, адгезия, смачивание, отруктурообразование) - с другой.

2. Впервые разработаны и опробованы способ и агрегат для получения водобитушой эмульсии из НБП; методом математического планирования эксперимента установлены оптимальные условия приготовления водобитушой эмульсии из нефтебитуминозных пород.

3. Установлены пределы концентрации битума в ВБЭ из НБП, начиная с которых размеры частиц битума практически постоянны, а вязкость возрастает вследствие увеличения контактных взаимодействий между шариками эмульсии и начинает превалировать когезионное взаимодействие над адгезионным при склеивании однородных поверхностей.

4. Установлен фракционный и структурно-групповой состав органической части, а также химический и минералогический состав минеральной части нефтебитуминозных пород месторождений Мортук и Иман-Кара.

5. Коллоидно-химически обосновано и показано в лабораторных условиях, а также опробовано в укрупненных масштабах использование ВБЭ в качестве:

- пластифицирующей добавки в бетонную смесь, позволяющей уменьшить водоцементное отношение и получить бетон с повышенной морозостойкостью и водонепроницаемостью;

- связующего материала для укрепления грунтов и пылелодавления;

- корректирующей и вспучивающей добавки для улучшения свойств керамзита;

- структурообразователя при переводе свободнодисперсных систем почво-грунтов в связнодисперсные.

6. Разработана и экономически обоснована безотходная технология использования НБП, состоящая из получения и использования ВБЭ, и минеральной части НБП как сырья для производства строительных материалов. Экономический эффект от использования НБП, ВБЭ и минеральной части НБП в сумме составляет 452,35 тыс.руб. в год, а с учетом решения экологических проблем и транспортирования НБП, а также использования местного сырья Западного Казахстана - около

I МЛН.руб. 3 год.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах: ..

1. A.C. 1240400 СССР, МКИ 3 В 03 В 9/00. Агрегат для переработки запесочешшх нефтебитуминозных пород./Бишимбаев В.К., Надиров Н.К., Ходааназаров А.Т. и др. (СССР) //Открытия.Изобретения. - 1986. - .№24. - С.8.

2. A.C. 1431793 СССР. МКИ 3 В Ol 11/00. Способ получения битумной эмульсии из запесоченных нефтебитуминозных пород. /Бишимбаев В.К., Ходааназаров А.Т., Надиров Н.К. и др. (СССР) //Открытия. Изобретения. - 1988. - № 39. - С.22.

3. A.C. 1375607 СССР, МКИ 3 С 04 В 14/12. Сырьевая смесь для получения керамзита. /Бишимбаев В.К., ItepacoB A.M., Ходааназаров А.Т., Кенжебаев A.B. (СССР) //Открытия. Изобретения. -1988. - № 7. - С.99.

4. Бишимбаев В.К., Макарова A.B., Бахрамов М., Ходжаназа-ров А.Т. Исследование возможности применения эмульсий на основе нефтебитуминозных пород в технологии сборного железобетона.//Тезисы докладов Республиканского научно-технического совещания "Интенсификация и повышение качества сборных железобетонных изделий". - Бухара, 1984. - C.II2-II3.

5. Бишимбаев В.К., Буркитбаев С.М., Кенжебаев А.Б., Ходааназаров А.Т. Измерение дисперсности и стабильности водобитушнх эмульсий методом лазерной корреляционной спектроскопии. //Тезисы докладов Совещания по высокомолекулярным соединениям нефти. -Томск, 1985. - С.29-30.

6. Бишимбаев В.К., Буркитбаев С.М., Кенжебаев А.Б., Ходааназаров А.Т. Влияние параметров экстракции на'дисперсность углеводородных эмульсий из битуминозных пород. //Химия л технология топ-лив и масел. - 1987. - 16 6. - С. 12-13.

7. Бишимбаев В.К., Ходааназаров А.Т. Исследование кинетики извлечения органической части нефтебитумшозной породы. //Сб.научных трудов ДШСИ "Использование отходов промышленности в производстве строительных материалов", - Ташкент. - 1987. - С.28-36.

8. Бишимбаев В.К., Карасов A.M., Ходааназаров А.Т. Получение битумных эмульсий из нефтебитуминозных пород для повышения качества керамзита. //Тезисы докладов УП-ой Межреспубликанской конференции молодых ученых "Развитие технологии и повышение качества стрс-

ительных материалов в 12-ой пятилетке". - Киев, 1988. - С,133-135.

9. Бишимбаев В.К., Ходжаназаров А.Т., Нарасов A.M., Надиров Н.К. Агрегат для получения битумных эмульсий из нефтебитуминозных пород Западного Казахстана. /В кн. "Нефтебитуминозные породы: достижения и перспективы". -Алма-Ата: Наука, 1988. - G. 299-301.

10. Алтаев Ш.А., Тумаков В.А., Уалиева М.К., Стороженко Н.Д., Ходжаназаров А.Т. Технология получения битумной эмульсии из нефте-битуминозных пород. //Комплексное использование минерального сырья. - Алма-Ата, 1989. - ii I. - С.75-79.

11. Арипов Э.А., Ходжаназаров А.Т., Бишимбаев В.К. Исследование некоторых коллоидно-химических свойств битумной эмульсии из нефтебитуминозных пород. //Деп, в ВИНИТИ 9.08.90 г. Л 4557-В90.

12. Ходжаназаров А.Т., Бишимбаев В.К., Арипов Э.А. Исследование органической части нефтебитуминозных пород месторождений Иман-Кара и Mopiyic и возможности получения эмульсии на кх основе. //Деп. в ВИНИТИ 9.08.90 г. & 4558-В90.

Подписано к печати 29.08.90г. Заказ № 223 Тираж ТОО экз Обьем I п/л.

Отпечатано на ротапринте й>АН/зССР г.Ташкент ул.Муминова 13