ИК-спектроскопический анализ загрязненности гидравлической жидкости гидрофицированных горных машин

АННОТАЦИЯ

В последнее время основной проблемой при работе гидрофицированных горных машин является загрязнение гидравлических жидкостей различными мельчайшими пылевыми примесями горных пород. В результате чего происходит быстрое изнашивание деталей таких машин.  Статья посвящена очистке загрязненных жидкостей с уточнением состава загрязненных примесей.  Проведено изучение некоторых физических характеристик (растворимости в органических растворителях, плотности, вязкости). Вязкость исследованных образцов после их перегонки уменьшалась в сравнении с исходными.

ABSTRACT

Recently, the main problem for hydroficated mining machines is the contamination of hydraulic fluids with various impurities of rock formations. Purification of polluted liquids and refined composition of polluted means is relevant. Studied some physical characteristics (solubility in organic solvents, density, viscosity). Hydraulic fluids do not dissolve in water, o-xylene, butanol and gasoline moderately dissolve. The viscosity of the studied samples decreases relative to the initial, due to the formation of colloidal solutions.

Ключевые слова. Гидравлические жидкости, ИК-спектры, вязкость, плотность, растворитель, гидрофицированная горная машина, перегонка, бутанол, циклогексан.

Keywords. Hydraulic fluids, IR spectra, viscosity, density, solvent, hydraulic mining machines, distillation, butanol, cyclohexane

В последнее время основной проблемой для гидрофицированных горных машин является загрязненность гидравлических жидкостей различными пылевыми частицами горных пород. После проникновения в гидравлические жидкости, пылевые частицы начинают перетираться и становятся очень мелкими. В результате, твердые пылевые частички истираются и измельчаются в гидравлическом режиме, что в свою очередь приводит к преждевременному изнашиванию деталей и снижению их амортизационного срока службы.  Очистка отработанных гидравлических жидкостей от загрязняющих пылевых примесей и уточнение их состава является основной целью проводимых исследований. Для решения данной проблемы, были исследованы отработанные и загрязненные гидравлические жидкости из гидрофицированных горных машин. Для решения поставленной цели были намечены следующие задачи:  

- определение вязкости отработанных гидравлических жидкостей;

- отделение загрязняющих примесей методом перегонки отработанных жидкостей;

- изучение ИК-спектров отработанных гидравлических жидкостей (твердого осадка и жидкой фазы);

Для исследований были использованы гидравлические жидкости марки Tellus – 46, Tellus – 68, Chilon – 46, Chilon – 46 в сравнении с их исходными вариантами.  Изучена растворимость исходных и отработанных гидравлических жидкостей в различных органических растворителях (табл. 1).

Таблица 1.

Характер растворимости отработанных гидравлических жидкостей в различных органических реагентах

* НР-не растворяется, МР-мало растворяется, Р-растворяется.

Степень вязкости жидкостей измеряли на вискозиметре ВЗ – 246 и стекляном вискозиметре ВПЖ – 2.

ИК-спектры исследуемых образцов изучали на инфракрасном спектрофотометре JR Tracer – 100 Shimadzu в диапазоне волн от 4000 – 400 см^-1.

Исходные гидравлические жидкости перед применением обычно имеют золотисто-желтую окраску, после отработки они принимают темно-коричневую или коричневую окраску, обусловленную наличием мелко перетертых пылевых частичек. Например, после отработки гидравлические жидкости марки Тellus-46, Chilon-46 приобретают характерные темно-коричневые окраски, а жидкость Chilon–68 темно-серой.  Для отделения загрязняющих примесей от гидравлической жидкости были применены различные методы, в том числе с использованием органических растворителей.  Определено значение кинематической вязкости, плотности и некоторых физических характеристик гидравлических жидкостей [1;4].

Как видно из данных таблицы 1 гидравлические жидкости не растворяются в основных органических растворителях, за исключением бензина, в котором растворяются почти все жидкости, за исключением Chilon–68. Жидкость Tellus-68 оказалась малорастворимой в этом растворителе.

Плотности гидравлических жидкостей менялись в интервале от 0,827 г/мл до 0,869 г/мл. В контрольном варианте с исходной жидкостью плотность составляла 0,880 г/мл. Вязкость отработанных жидкостей также уменьшалась в сравнении с исходным вариантом. По-видимому, данное обстоятельство может быть объяснено наличием истертых пылевых частичек, которые вместе с жидкостью привели к образованию устойчивых коллоидных растворов.

В ИК-спектре исходной гидравлической жидкости отмечены полосы поглощения в области 2910 см^-1, относящиеся к функциональной СН-группе, а для группы –СН₂, -СООН появляются более интенсивные полосы в области 2854 см^-1, мало-интенсивные полосы при 2364-2345 см^-1 относятся к RC≡R¹. Слабые полосы поглощения отмечены в интервале 1720см^-1-1543см ^-1, которые можно отнести к α- или –β ненасыщенным кетонам. Более интенсивные полосы поглощения также появляются в области 1462 см^-1, которые соответствуют функциональным группам - СН₃С-или (СН₃)₂ С-группам, полосы поглощения которых при 1377 см^-1 характерны для валентных колебаний С-О (-СОО^- группы) и деформационных колебаний –ОН (≡С-ОН группы) групп. Полосы поглощения 725 см^-1 можно отнести к -С=С- группам [1;3].

В ИК-спектрах гидравлических жидкостей марки Chilon-68 и  Tellus-68, а также их образцов после перегонки наблюдаются соответствующие полосы поглощения как  в исходной гидравлической жидкости.  Сравнения ИК-спектров показывает, что в отличие от исходных в спектре отработанных гидравлических жидкостей наблюдаются полосы поглощения в области 964 см ^-1 , 4594 см^-1, относящиеся к РО₄^-3,НРО₄^-2,Н₂РО₄^- и силикатам.

Таблица 2.

ИК-спектроскопия отработанных гидравлических жидкостей

Рисунок 1. Инфракрасные спектры гидравлических жидкостей

Исходя из данных ИК-спектра (таблица 2, рис 1) можно заключить, что используемая исходная гидравлическая жидкость является синтетическим органическим соединением, которое содержит функциональные группы карбоксила (-СОО^-), гидроксила (-ОН), углеродные цепочки с двойными и тройными связями (-С≡С-). Основными загрязнителями могут быть силикатные и фосфоритные пылевые частички горных пород, которые при длительном использовании гидравлических жидкостей в гидрофицированных машинах взаимодействует с катионами металлов Fe³⁺, Cu²⁺, Ca²⁺ и т.д.

Рисунок 2. Инфракрасные спектры гидравлической жидкости Tellus 68

В результате трения гидравлических устройств с пылевыми частичками, отделяются металлические частицы деталей, которые вместе измельчаются и истираются, приводя впоследствии к образованию коллоидных растворов силикатов и фосфатов с гидравлическими жидкостями.

В ИК-спектрах гидравлических жидкостей отмечены также полосы поглощения для функциональных групп RC≡R¹, что свидетельствует наличии в отработанных жидкостях сажи, окислов азота и углерода, сульфатов, гликолей, а также воды.

Таким образом, резюмируя вышесказанное, можно заключить, что перегонка отработанных жидкостей может представлять интерес для последующей их регенерации и повторном их использовании. Необходимо установить оптимальные температуры перегонки, которые не приведут к снижению вязкости.

Список литературы:
1. Посыпайко В.И., Козырева Н.А., Логачева Ю.П. Химические методы анализа. Москва «Высшая школа», 1989 г.
2. Накамато К. Инфракрасные спектры неорганических и координационных соединений. Издательство «Мир» Москва 1966 г.
3. Беллами Л. Инфракрасные спектры молекул. Иностранный литература. Москва, 1967 г.
4. Дулицкая Р.А., Фельдман Р.Н. Практикум по физической и коллоидной химии, Москва, «Высшая школа» 1978 г, стр. 250-270.