| Περίληψη: | Το θειικό βάριο είναι ένα κρυσταλλικό στερεό το οποίο απαντάται ως ορυκτό. Οι χρήσεις του στην βιομηχανία είναι πολλές, καθώς χρησιμοποιείται σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών από την κατασκευή πυράντοχων βαφών έως την βιομηχανία παραγωγής πετρελαίου για την αποφυγή αύξησης της πίεσης κατά την διάρκεια των γεωτρήσεων. Ωστόσο, κατά τη χρήση του στην άντληση πετρελαίου, η χρήση του έχει ως αποτέλεσμα το σχηματισμό επικαθίσεων οι οποίες είναι δύσκολο να απομακρυνθούν λόγω της μικρής τους διαλυτότητας.
Για την απομάκρυνση των επικαθίσεων θειικού βαρίου δεν είναι δυνατόν να χρησιμοποιηθούν κοινά οξέα, καθώς το θειικό βάριο αφενός είναι δυσδιάλυτο σε αυτά αλλά παράλληλα δημιουργούν σοβαρά προβλήματα διάβρωσης του εξοπλισμού (σωληνώσεις, reservoir αποθήκευσης νερού). Για την αντιμετώπιση των καθαλατώσεων αυτού του είδους, χρησιμοποιούνται υδατοδιαλυτές ενώσεις οι οποίες προστίθενται στα ρευστά στα οποία λαμβάνει χώρα καταβύθιση του θειικού βαρίου και έχουν την ικανότητα να παρεμποδίσουν ή να επιβραδύνουν το σχηματισμό του θειικού βαρίου. Ενώσεις αυτού του τύπου είναι οι πολύ-φωσφονικές, πολυηλεκτρολύτες όπως τα πολύ-καρβοξυλικά, πολυσουλφονικά οξέα κ.τ.λ., με ορισμένες από αυτές να είναι αρκετά δραστικές και να μπορούν να περιορίσουν σε μεγάλο βαθμό τον σχηματισμό επικαθίσεων του θειικού βαρίου.
Στην παρούσα εργασία μελετήθηκε η κινητική της καταβύθισης του θειικού βαρίου σε υδατικά υπέρκορα διαλύματά του, στα οποία η αναλογία πλεγματικών ιόντων Ba:SO4 1:1 στους 25οC, απουσία και παρουσία πρόσθετων. Πραγματοποιήθηκαν πειράματα αυθόρμητης καταβύθισης για την εύρεση του εύρους της μετασταθούς ζώνης με την τεχνική “free drift”. Από την συσχέτιση του χρόνου επαγωγής που μετρήθηκε, συναρτήσει του υπερκορεσμού και βάσει της κλασσικής θεωρίας της πυρηνογένεσης υπολογίσθηκε ότι η επιφανειακή ενέργεια του θειικού βαρίου ήταν 17,4 mJ•m-2. Η τιμή αυτή, η οποία είναι σημαντικά διαφορετική από τις τιμές οι οποίες αναφέρονται στην βιβλιογραφία, αντανακλά τη σημασία του τρόπου παρασκευής των υπέρκορων διαλυμάτων στις μετρήσεις αυτές.
Στη σταθερή περιοχή των υπέρκορων διαλυμάτων, και προκειμένου να διερευνηθεί ο μηχανισμός κρυσταλλικής ανάπτυξης του θειικού βαρίου, έγινε σειρά πειραμάτων στα οποία μετρήθηκε ο ρυθμός κρυσταλλικής ανάπτυξης του θειικού βαρίου σε κρυσταλλικά φύτρα θειικού βαρίου. Στα υπέρκορα διαλύματα, η αναλογία πλεγματικών ιόντων Ba:SO4 1:1 στους 25oC. Οι μετρήσεις αυτές πραγματοποιήθηκαν με την τεχνική διατήρησης σταθερού του υπερκορεσμού κατά την διάρκεια της καταβύθισης. Ως παράμετρος παρακολούθησης της εξέλιξης της κρυσταλλικής ανάπτυξης χρησιμοποιήθηκε η ειδική αγωγιμότητα των υπέρκορων διαλυμάτων, η οποία εμετρείτο με τον αντίστοιχο αισθητήρα, το σήμα από τον οποίο, ενεργοποιούσε αυτόματο τιτλοδότη για την προσθήκη αντιδραστηρίων κατάλληλης συγκέντρωσης. Οι μετρήσεις του ρυθμού κρυσταλλικής ανάπτυξης έδειξαν παραβολική εξάρτηση από τον υπερκορεσμό των αντίστοιχων διαλυμάτων ενώ δεν παρουσιάστηκε εξάρτηση του ρυθμού από την συγκέντρωση των φύτρων για τις συγκεντρώσεις κρυστάλλων μεταξύ 0,026 – 0,19 mg.L. Η εξάρτηση του ρυθμού κρυσταλλικής ανάπτυξης του θειικού βαρίου από τον υπερκορεσμό των αντίστοιχων διαλυμάτων έδειξε ότι ο μηχανισμός καθορίζεται από την επιφανειακή διάχυση των δομικών μονάδων.
Οι αναστολείς που χρησιμοποιήθηκαν για την μελέτη στην επίδραση της παρουσίας τους στα υπέρκορα διαλύματα στο ρυθμό της κρυσταλλικής ανάπτυξης φύτρων θειικού βαρίου ήταν το βενζοϊκό- 1,3,5 τρις φωσφονικό οξύ (BTP) και το άμινο τρις-μεθυλενοφωσφονικό οξύ (AMP). Η κυριότερη διαφορά των δυο ενώσεων έγκειται στη μοριακή τους γεωμετρία: Το πρώτο χαρακτηρίζεται από σχετική ακαμψία των δεσμών ενώ το δεύτερο από ευκινησία . Κατά τη διάρκεια των πειραμάτων αυτών διαπιστώθηκε ότι η παρουσία των αναστολέων στα υπέρκορα διαλύματα είχε σημαντική επίδραση (αύξηση) στη διαλυτότητα του θειικού βαρίου, ενώ ταυτόχρονα παρατηρήθηκε μείωση των ρυθμών κρυσταλλικής ανάπτυξης. Το AMP βρέθηκε ότι ήταν περισσότερο αποτελεσματικό στην αναστολή της καταβύθισης του θειικού βαρίου, προκαλώντας μείωση στο ρυθμό σε ποσοστό μεγαλύτερο του 90% σε συγκεντρώσεις της τάξης των 30 ppm. Το BTP ήταν και αυτό αρκετά αποτελεσματικό, παρατηρήθηκε όμως ότι η αποτελεσματικότητα της παρουσίας του ήταν αρκετά υψηλή (>50%) σε χαμηλές (10 ppm) και σε υψηλές συγκεντρώσεις (>50 ppm) συγκεντρώσεις, ενώ στις ενδιάμεσες συγκεντρώσεις η αποτελεσματικότητά του ήταν σημαντικά μικρότερη. Επιπλέον, το AMP είχε ανασταλτική δράση στο ρυθμό καταβύθισης του θειικού βαρίου τόσο σε αλκαλικές (pH=9,5) όσο και σε όξινες (pH=3,6) τιμές pH στα υπέρκορα διαλύματα. Η αποτελεσματικότητα του AMP ήταν αρκετά υψηλή, μεγαλύτερη από 70%, σε συγκεντρώσεις >30 ppm.
|
|---|
