Nghiên cứu sản xuất dầu nhũ thủy lực thế hệ mới thân thiện môi trường, sử dụng trong công nghiệp khai thác than hầm lò

TẬP ĐOÀN HÓA CHẤT VIỆT NAM
CÔNG TY CP PHÁT TRIỂN PHỤ GIA VÀ SẢN PHẨM DẦU MỎ
(APP)


BÁO CÁO ĐỀ TÀI NCKH CẤP BỘ
NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT DẦU NHŨ THỦY LỰC THẾ HỆ
MỚI THÂN THIỆN MÔI TRƯỜNG THÍCH HỢP SỬ DỤNG
TRONG CÔNG NGHIỆP KHAI THÁC THAN HẦM LÒ
Thực hiện Hợp Đồng số 70.10.RD/H Đ – KHCN, ngày 25 – 02 – 2010
Ký giữa Bộ Công Thương và Công ty CP Phát triển Phụ gia và Sản phẩm dầu mỏ

CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: KS. DƯƠNG THỊ ĐÀO
CÁN BỘ THAM GIA:
1. TS. Phạm Thị Thúy
Hà
2. KS. Bùi Hồng Lam
3. KS. Trương Ngọc Đức
4. KS. Nguyễn Toàn Thắng
5. KS. Nguyễn Duy Tường

Hà nội, ngày 22 tháng 12 năm 2010
TỔNG GIÁM ĐỐC PHÊ DUYỆT




8347


Hµ Néi – 2010

MỞ ĐẦU
Cùng với sự phát triển của ngành than, sản lượng khai thác than ngày càng lớn, khai
thác than hầm lò ngày càng chiếm tỷ trọng cao trong công nghiệp khai thác than nói
chung. Nhu cầu sử dụng dầu nhũ thủy lực trong khai thác than hầm lò là rất lớn.
Trong năm 2009, sản lượng khai thác than nguyên khai của Tổng công ty Than và
Khoáng sản Việt Nam (VINACOMIN) là 43,5 triệu tấn và kế hoạch năm 2010 là
47,5 triệu tấn. Dự kiến sản lượng khai thác than sẽ tăng dần trong tương lai: 2015 –
60 triệu tấn; 2020: 100 triệu t
ấn. Trong đó, năm 2008 khai thác than hầm lò đạt 17
triệu tấn chiếm hơn 1/3 tỷ trọng khai thác (nguồn: VINACOMIN). Phục vụ khai thác
than hầm lò, năm 2008 các đơn vị trong VINACOMIN đã sử dụng 1100 tấn dầu
nhũ thủy lực (nguồn: Công ty VMTS – VINACOMIN – là đơn vị cung cấp độc
quyền sản phẩm dầu nhũ thủy lực – sản phẩm do Nhà máy dầu nhờn thuộc VMTS
sản xuất theo chuyển giao công nghệ
từ Công ty APP ). Tỷ lệ khai thác than hầm lò
theo Phương án sản xuất của VINACOMIN xác định sẽ chiếm khoảng 90 – 95 %
tổng sản lượng khai thác than vào năm 2015 (nguồn: Công ty CP Đầu tư và tư vấn
mỏ - VINACOMIN), tỷ lệ sử dụng dầu nhũ thủy lực sẽ tăng dần tương ứng theo tỷ lệ
khai thác than hầm lò của từng năm.
Hiện nay, VINACOMIN đã và đang đầu tư khá l
ớn để triển khai công nghệ mới
trong khai thác than hầm lò với hệ thống giàn giá chống thủy lực di động hiện
đại sử dụng dầu nhũ thủy lực quy hồi, với yêu cầu cao hơn về chất lượng. Do đặc
thù của việc khai thác than hầm lò, việc rò rỉ dầu nhũ ra ngoài môi trường là không
thể tránh khỏi, cùng những yêu cầu ngày càng cao về an toàn sức khỏe cho công
nhân khai thác và an toàn môi trường trong điều kiệ
n khai thác hầm lò nói chung,
nhu cầu về sử dụng dầu nhũ thủy lực chất lượng cao an toàn sức khỏe, thân
thiện môi trường tương đương các thế hệ dầu nhũ đang sử dụng nhưng đáp ứng
công nghệ khai thác than hiện đại là vấn đề cấp thiết hiện nay.

Ngoài ra, qua đánh giá thực tế sử dụng dầu nhũ thủy lực thế hệ cũ vớ
i mục tiêu chủ
yếu áp dụng cho cột chống thủy lực đơn đã cho thấy thực tế nước sử dụng để pha
dầu nhũ thủy lực tại các đơn vị của VINACOMIN có chất lượng rất khác nhau, với
dầu nhũ hiện đang sử dụng, các biện pháp xử lý được áp dụng riêng cho từng nơi,
tuy nhiên, đã bộc lộ các bất tiện và điểm y
ếu ảnh hưởng đến chất lượng dầu nhũ.
Có thể thấy rằng nhu cầu về việc sử dụng dầu nhũ thủy lực đảm bảo chất lượng đủ
bền sinh học, đồng thời khi bị rò rỉ ra môi trường thì có tính phân hủy sinh học đạt
yêu cầu, thích nghi pha chế được với mọi điều kiện nước trong thực tế sử dụng là
vấ
n đề rất cấp bách.
Tỷ trọng sử dụng dầu nhũ thế hệ mới hiện chiếm 1/3 trong tổng lượng dầu nhũ thủy
lực và hứa hẹn gia tăng đến 100 % trong 2 năm tới. Hiện nay, trong nước chưa có
đơn vị nào sản xuất dầu nhũ thủy lực đáp ứng nhu cầu đặt ra.
Công ty CP Phát triển Phụ gia và Sản phẩm dầu mỏ (APP) là đơn vị duy nhất có
truyền thố
ng nghiên cứu phát triển và chuyển giao công nghệ sản xuất dầu nhũ thủy
lực cung cấp cho công nghiệp khai thác than hầm lò. Thấy rằng, việc nghiên cứu
sản xuất dầu nhũ thủy lực thế hệ mới, phù hợp với công nghệ khai thác mới, bắt kịp
sự phát triển hiện đại hóa của ngành công nghiệp khai thác than là vấn đề thực sự
bức thiết, do vậy, công ty APP đề xuất và được B
ộ Công Thương phê duyệt thực
hiện đề tài: "Nghiên cứu sản xuất dầu nhũ thủy lực thế hệ mới thân thiện môi
trường thích hợp sử dụng trong công nghiệp khai thác than hầm lò theo công nghệ
mới" để có thể đưa ra một sản phẩm mới đáp ứng nhu cầu đặt ra.
Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu công nghệ sản xuất dầu nhũ thủy lực đ
áp ứng
được các yêu cầu sau:
− Đáp ứng làm việc trong hệ thống giàn giá chống thủy lực thế hệ mới sử dụng

dầu nhũ thủy lực quy hồi.
− Đủ độ bền sinh học để làm việc đồng thời thân thiện môi trường khi rò rỉ.
− An toàn sức khỏe.
− Thích hợp với mọi loại nước sử dụng trong hầm lò với độ cứ
ng khác nhau và
độ pH khác nhau (pH 4 – 7).
− Sản phẩm đáp ứng triển khai sản xuất và sử dụng sau khi thực hiện đề tài.


MỤC LỤC

CÁC TỪ VIẾT TẮT
DANH MỤC BẢNG BIỂU
DANH MỤC HÌNH VẼ
TÓM TẮT ĐỀ TÀI
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1
1.1. GIỚI THIỆU VỀ CHẤT LỎNG THỦY LỰC CHỐNG CHÁY VÀ DẦU NHŨ
THỦY LỰC 1

1.1.1. Yêu cầu kỹ thuật đối với chất lỏng thủy lực chống cháy 1
1.1.2. Phân loại chất lỏng thủy lực chống cháy 2
1.2. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT 7
1.2.1. Đặc thù công nghệ sản xuất chất lòng thủy lực chống cháy loại HFA 7
1.2.2. Thành phần chất lỏng thủy lực chống cháy HFA 7
1.2.2.1. Chất hoạt động bề mặt sử dụng trong chất lỏng thủy lực HFA 7
1.2.2.2. Phụ gia chống ăn mòn sử dụng cho chất lỏng thủy lực HFA 9
1.2.2.3. Phụ gia diệt khuẩn 10
1.2.2.4. Các thành phần khác 12
1.2.3. Quá trình pha chế 12
1.3. CÁC SẢN PHẨM CHẤT LỎNG THỦY LỰC CHỐNG CHÁY TRÊN THẾ

GIỚI 12

1.4. TIÊU CHUẨN NƯỚC DÙNG ĐỂ PHA CHẾ CHẤT LỎNG THỦY LỰC
CHỐNG CHÁY TRONG KHAI THÁC THAN HẦM LÒ 14

1.5. MỘT SỐ QUY ĐỊNH VỀ MỨC ĐỘ ĐỘC HẠI ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỨC
KHỎE VÀ MÔI TRƯỜNG 15

1.5.1. Mức độ độc hại sức khỏe 15
1.5.2. Mức độ độc hại môi trường 16
1.6. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT DẦU NHŨ THỦY
LỰC CHỐNG CHÁY LOẠI HFA Ở VIỆT NAM 16

1.7. KẾT LUẬN TRÊN CƠ SỞ PHÂN TÍCH TỔNG QUAN TÀI LIỆU 19
CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM 21
2.1. NGUYÊN LIỆU HÓA CHẤT SỬ DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU 21
2.1.1. Dầu gốc khoáng 21
2.1.2. Nguyên liệu có nguồn gốc dầu thực vật thay thế một phần dầu khoáng 21
2.1.3. Các phụ gia 21
2.1.4. Chất nhũ hóa 22
2.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH SỬ DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU 22
2.2.1. Xác định độ bền chống tách của dầu nhũ đặc 22
2.2.2. Xác định độ bền nhũ trong nước cứng 23
2.2.3. Xác định khả năng chống ăn mòn của dung dịch nhũ 24
2.2.4. Xác định khả năng chống ăn mòn kim loại trong nước muối 24
2.2.5. Xác định tính chất bọt của dung dịch nhũ 25
2.2.6. Xác định độ bền chống vi khuẩn của dung dịch nhũ 25
2.2.7. Đánh giá tính thân thiện môi trường 25
2.2.8. Đánh giá đặc tính an toàn sức khỏe 26
CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 27

3.1. NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT CHẤT LƯỢNG NƯỚC SỬ DỤNG PHA DẦU
NHŨ THỦY LỰC TẠI QUẢNG NINH 27

3.2. NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN NGUYÊN LIỆU 30
3.2.1. Lựa chọn chất nhũ hóa và dầu gốc 31
3.2.1.1. Chất nhũ hóa 31
3.2.1.2. Lựa chọn dầu gốc và chất nhũ hóa phụ trợ 32
3.2.2. Lựa chọn các phụ gia 34
3.2.2.1. Lựa chọn phụ gia chống ăn mòn 34
3.2.2.2. Lựa chọn phụ gia diệt khuẩn 35
3.2.2.3. Xác lập đơn pha chế trong phòng thí nghiệm 36
3.3. NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT DẦU NHŨ THỦY LỰC APP TL
2NC 37

3.3.1. Xác lập điều kiện đưa dầu gốc vào dầu nhũ thủy lực 37
3.3.2. Lựa chọn điều kiện pha chế chất nhũ hóa 37
3.3.3. Lựa chọn điều kiện đưa phụ gia vào dầu nhũ 38
3.3.4. Quy trình công nghệ sản xuất dầu nhũ thủy lực APP TL2 NC 40
3.4. NGHIÊN CỨU CÁC TÍNH CHẤT CỦA DẦU NHŨ THỦY LỰC TRONG
PHÒNG THÍ NGHIỆM 41

3.4.1. Tính chất của dầu nhũ đặc 42
3.4.1.1. Độ bền chống tách 42
3.4.1.2. Các tính chất hóa lý khác 42
3.4.2. Tính chất của dung dịch nhũ làm việc 42
3.4.2.1. Độ pH 42
3.4.2.2. Khả năng chống ăn mòn 43
3.4.3. Độ bền nhũ 44
3.4.4. Tính chất bọt 45
3.4.5. Độ bền chống khuẩn 45

3.5. NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH AN TOÀN SỨC KHỎE VÀ MÔI TRƯỜNG 46
3.5.1. Nghiên cứu khả năng thân thiện môi trường 46
3.5.1.1. Khả năng thân thiện môi trường của APP TL2NC trên cơ sở lựa chọn
nguyên liệu 46
3.5.1.2. Nghiên cứu khả năng thân thiện môi trường bằng phương pháp đánh giá độ
nảy mầm của hạt đỗ xanh 48
3.5.2. Đánh giá đặc tính an toàn sức khỏe 49
3.6. THỬ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG 51
3.6.1. Chất lượng nước pha dầu nhũ thủy lực 51
3.6.2. Đánh giá về dung dịch dầu nhũ APP TL 2NC trong quá trình thử nghiệm và
sau khi kết thúc quá trình thử nghiệm 51

3.6.3. Đánh giá chung về kết quả thử nghiệm 52
3.7. KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG 52
KẾT LUẬN 54
KIẾN NGHỊ 55
TÀI LIỆU THAM KHẢO 56
DANH MỤC PHỤ LỤC Error! Bookmark not defined.

CÁC TỪ VIẾT TẮT
ASTM Tiêu chuẩn Quốc gia Mỹ (viết tắt của tiếng Anh American
Society for Testing and Materials)
CLTLCC Chất lỏng thủy lực chống cháy
DK - 20 Hỗn hợp dầu khoáng SN70/SN150 có độ nhớt 20 cSt ở 40
o
C
DNTL Dầu nhũ thủy lực
DTVBT Sản phẩm dầu thực vật biến tính sản xuất tại Công ty APP
DS Sản phẩm chất nhũ hóa phụ trợ sản xuất tại Công ty APP
HĐBM Hoạt động bề mặt

HLB Cân bằng ái dầu / ái nước của chất hoạt động bề mặt
(hydrophil/lipophilic balance)
HWBF High – water – based - fluid
LZ-AM Phụ gia amid dầu thực vật biến tính của Lubrizol
LZ-MP Phụ gia trên cơ sở bis – morpholine
LZ-TZ Ph
ụ gia trên cơ sở Hexahydro-1,3,5-tris (2-hydroxyethyl)-S-
triazine
ME-BS Este metyl mỡ cá basa
PHSH Phân hủy sinh học
TAN Trị số axit tổng
TBN Trị số kiềm tổng
TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam
TDHKL Phụ gia thụ động hóa bề mặt kim loại 1,3,4-thiadiazol, 2,5-bis
(tert-nonyldithio-)
Tiêu chuẩn IP Tiêu chuẩn do Viện Dầu mỏ (Institute of Petroleum) của Anh
ban hành
TQ Trung Quốc
VHWBF Viscous high-water-based fluids
VINACOMIN Tập đoàn Công nghiệp Than và Khoáng sản Việt Nam (Vietnam
National Coal Mineral Industries Holding Corporation Limited)
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1-1: Phân loại chất lỏng thủy lực chống cháy 2
Bảng 1-2: Cảm quan của dung dịch nhũ và kích thước hạt nhũ 4
Bảng 1-3: Một số sản phẩm thương mại, đặc tính kỹ thuật và giá bán các loại
CLTLCC 6

Bảng 1-4: Chỉ số HLB của một số chất HĐBM tiêu biểu 9
Bảng 1-5: Phụ gia diệt khuẩn sử dụng để sản xuất chất lỏng thủy lực chống cháy
dạng nhũ tương 10


Bảng 1-6: Thông số kỹ thuật của các sản phẩm chất lỏng thủy lực Quintolubric của
Hãng Quaker Chemical 13

Bảng 1-7: Tiêu chuẩn Trung Quốc MT 76-83 quy định chất lượng nước để pha chế
và kiểm tra chất lượng dầu nhũ thủy lực 14
Bảng 1-8: Tiêu chuẩn quy định chất lượng nước để pha chế và kiểm tra chất lượng
DNTL theo British Coal Board 15

Bảng 1-9: Thành phần nước cứng nhân tạo theo Tiêu chuẩn quy định chất lượng
nước để pha chế và kiểm tra chất lượng DNTL theo British Coal Board 15
Bảng 1-10: Phân loại mức độ độc hại sức khỏe của sản phẩm 15
Bảng 1-11: Phân loại mức độ độc hại của sản phẩm trong môi trường nước 16
Bảng 1-12: Chất lượng nước sạch theo quy định của Bộ Y tế (phần II. Chỉ tiêu cảm
quan và thành phần vô cơ) 18

Bảng 2-1: Chất lượng của các loại dầu gốc khoáng sử dụng trong đề tài 21
Bảng 3-1: Kết quả phân tích độ cứng tổng các mẫu nước lấy tại Quảng Ninh, nước
sạch Gia Lâm Hà Nội và nước cứng nhân tạo. 28

Bảng 3-2: Kết quả thử ảnh hưởng của độ cứng của nước pha chế (mẫu I và mẫu II –
Vàng Danh) đến một số tính chất của các loại dầu nhũ thủy lực 29
Bảng 3-3: Kết quả phân tích một số mẫu nước đại diện lấy tại Quảng Ninh (thực
hiện tại Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam) 29

Bảng 3-4: Ảnh hưởng của các chất nhũ hóa đến tính chất của dầu nhũ trên cơ sở dầu
SN 150 31

Bảng 3-5: Ảnh hưởng của các chất nhũ hóa đến tính chất của dầu nhũ trên cơ sở dầu
SN 150 33


Bảng 3-6: Ảnh hưởng của các chất nhũ hóa phụ trợ đến tính chất của dầu nhũ trên
cơ sở hỗn hợp giữa dầu khoáng (SN70/SN150) và dầu gốc trên cơ sở DTV 34

Bảng 3-7: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của các phụ gia chống ăn mòn và thụ động
hóa bề mặt kim loại đến tính chất của dầu nhũ 35

Bảng 3-8: Kết quả khảo sát tác dụng của các phụ gia diệt khuẩn lên DNTL thử
nghiệm trong đề tài 36

Bảng 3-9: Chỉ tiêu kỹ thuật cửa DNTL pha chế theo đơn pha chế đã lựa chọn trong
phòng thí nghiệm so sánh với chỉ tiêu kỹ thuật đăng ký trong đề tài 37

Bảng 3-10: Ảnh hưởng của điều kiện nạp phụ gia trong quá trình pha chế đến đặc
tính chống ăn mòn của dầu nhũ thủy lực 39

Bảng 3-11: Kết quả đánh giá độ bền chống khuẩn của các mẫu dầu nhũ với chế độ
pha phụ gia khác nhau 40
Bảng 3-12: Tính chất hóa lý của DNTL APP TL2NC 42
Bảng 3-13: Kết quả đánh giá khả năng chống ăn mòn tấm gang của một số mẫu
DNTL so sánh với APP TL 2NC 43
Bảng 3-14: Kết quả đánh giá khả năng chống ăn mòn của một số mẫu DNTL so
sánh với APP TL 2NC trong điều kiện nước muối theo MT 76-83 TQ 44

Bảng 3-15: Kết quả khảo sát độ bền nhũ của APP TLNC và một số loại dầu nhũ
khác trong các loại nước có độ cứng khác nhau 44
Bảng 3-16: Kết quả đánh giá tính chất bọt của một số mẫu DNTL so sánh với APP
TL 2NC theo MT 76-83 TQ 45
Bảng 3-17: Kết quả đánh giá độ bền chống khuẩn của một số mẫu dầu nhũ thủy lực
so sánh với APP TL 2NC 46


Bảng 3-18: Thông tin về an toàn của các chất nhũ hóa sử dụng trong đề tài 47
Bảng 3-19: Thông tin về an toàn của các phụ gia sử dụng trong đề tài 47
Bảng 3-20: Số chuột chết ở các lô trong vòng 72 giờ 49
Bảng 3-21: Mô tả tình trạng chuột ở các lô sau dùng thuốc 50
Bảng 3-22: Chỉ tiêu kỹ thuật của dầu nhũ thủy lực APP TL 2NC dùng để thử
nghiệm, so sánh với các thông số đã đăng ký trong thuyết minh đề tài 51

Bảng 3-23: So sánh khả năng ứng dụng của APP TL2NC với các loại dầu nhũ thủy
lực đang được sử dụng rộng rãi trong công nghệ khai thác than hầm lò 52

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1-1: Cấu tạo của hạt nhũ HFA – E (a) và HFB (b) 3
Hình 1-2: Cơ chế làm đặc của polyme trong chất lỏng thủy lực loại VHWBF 4
Hình 1-3: Hệ thống dàn chống thủy lực hệ quy hồi để thử nghiệm dầu nhũ thủy lực
17

Hình 1-4: Hệ thống dàn chống thủy lực hệ quy hồi trong thực tế khai thác than hầm
lò 17

Hình 1-5: Dung dịch dầu nhũ tại bể tuần hoàn, sử dụng nước có độ pH = 4.5 17
Hình 2-1: Thử độ bền chống tách của dầu nhũ đặc: mẫu đạt (bên trái) và mẫu không
đạt (bên phải) 23

Hình 2-2: Thử độ bền nhũ trong nước cứng: mẫu đạt (phía trên) và mẫu không đạt
(phía dưới); bình định mức với mẫu nhũ thử nghiệm đạt với nồng độ 5:1 và 20:1
(phía bên phải) 23
Hình 2-3: Thử khả năng chống ăn mòn của dung dịch nhũ: mẫu đạt (P, I) và mẫu
không đạt (S, L) 24
Hình 3-1: Kết quả khảo sát sự phụ thuộc của độ bền chống tách của mẫu dầu nhũ ở

nhiệt độ cao theo thời gian khuấy 38

Hình 3-2: Sơ đồ công nghệ sản xuất dầu nhũ thủy lực APP TL2NC 41
Hình 3-3: Hình ảnh kết quả khảo sát độ bền chống khuẩn của DNTL APP TL2NC
(1) so với các DNTL APP TL2A (2), APP TL2 (3), Shell (4) và TQ (5) sau 80 ngày
thử nghiệm 45

Hình 3-4: Ảnh hưởng của DNTL APP TL2NC, APP TL2A và mẫu Trung Quốc lên
chất lượng đất (đánh giá thông qua mức độ nảy mầm của hạt đỗ xanh) 48


TÓM TẮT ĐỀ TÀI
Để đáp ứng nhu cầu đặt ra, đề tài có nhiệm vụ: nghiên cứu sản xuất dầu nhũ thủy
lực đáp ứng làm việc trong điều kiện khai thác than hầm lò theo công nghệ hiện đại:
khai thác bằng hệ giàn giá thủy lực dùng dầu nhũ quy hồi (hồi lưu – không xả bỏ
như công nghệ cũ) kết hợp với cột chống đơn có rò rỉ ra môi trường trong điều ki
ện
nước pha dầu nhũ có độ cứng luôn biến động tại Quảng Ninh. Do vậy, so với các
thế hệ dầu nhũ đã và đang được sử dụng tại Quảng Ninh, dầu nhũ nghiên cứu trong
đề tài phải đạt được các tiêu chí sau đây:
Đạt yêu cầu quy định của dầu nhũ thủy lực theo các chỉ tiêu đăng ký trong đề tài
− Làm việc được trong điều kiện nước có
độ cứng thay đổi tại Quảng Ninh
− Có tính an toàn môi trường tương đương với các thế hệ dầu nhũ đã sử dụng
nhưng vẫn đảm bảo độ bền sinh học để duy trì các tính chất của dầu nhũ
trong điều kiện làm việc quy hồi trong hầm lò
− Có tính an toàn sức khỏe: LD
50
đạt ở cấp độ trong khoảng từ 4000 – 5000
mg/kg

Để đạt được mục tiêu đề ra, đề tài đã tiến hành tìm kiếm nguồn nguyên liệu an toàn
có tính chất ít độc hại và thân thiện môi trường. Lựa chọn nguyên liệu dựa trên
nghiên cứu so sánh khảo sát các tính chất của dầu nhũ thủy lực. Quy trình công
nghệ pha chế được nghiên cứu trên cơ sở nghiên cứu các giai đoạn công nghệ trong
phòng thí nghiệm và hiệu chỉnh qua việ
c thực hiện sản xuất thử nghiệm trên dây
chuyền công nghệ sản xuất chất lỏng chuyên dụng của Công ty CP Phát triển Phụ
gia và sản phẩm dầu mỏ (APP). Chất lượng của dầu nhũ thủy lực được kiểm tra
trong phòng thí nghiệm dựa trên mẻ sản xuất thử nghiệm và qua kết quả thử nghiệm
hiện trường. Tính an toàn sức khỏe và môi trường được khẳng định qua thành ph
ần
nguyên liệu lựa chọn, qua phép đo ảnh hưởng của dầu nhũ thủy lực đến chất lượng
đất bị nhiễm bẩn và qua xác định độ độc hại trên chuột tại Phòng thí nghiệm Dược
lý – Bộ môn Dược lực – Đại học Dược Hà Nội.
Đề tài đã đạt được các kết quả đăng ký với Bộ Công Thương: kết quả khảo sát chất
lượng n
ước tại vùng than Quảng Ninh; xác lập đơn pha chế và quy trình công nghệ
của dầu nhũ thủy lực thực thi trong sản xuất; kết quả thử nghiệm hiện trường trong
điều kiện sản xuất bình thường tại Công ty Than Thống Nhất thuộc VINACOMIN
(nơi có chất lượng nước biến động điển hình) và các kết quả đánh giá tính an toàn
sức khỏe và môi trường.


1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. GIỚI THIỆU VỀ CHẤT LỎNG THỦY LỰC CHỐNG CHÁY VÀ DẦU
NHŨ THỦY LỰC
Chất lỏng thủy lực chống cháy (CLTLCC) đóng vai trò hết sức quan trọng trong
công nghiệp khai thác than hầm lò. Chúng thay thế cho dầu thủy lực gốc khoáng sử
dụng trong các hệ cột chống và giàn chống thủy lực với yêu cầu khả năng chịu áp
đến 30 Mpa và đòi hỏi mức độ an toàn chống cháy n

ổ cao. Trước đây, dầu thủy lực
trên nền dầu khoáng được sử dụng rộng rãi trong khai thác than hầm lò. Vào năm
1956 tại Macxinel – Bỉ, đã xảy ra vụ cháy với nguyên nhân là do dầu thủy lực bị bắt
cháy khi có sự cố sinh tia lửa điện trong khi đường dẫn dầu thủy lực bị rò rỉ trong
hầm lò làm 267 người thiệt mạng. Từ đó Châu Âu và Mỹ đã bắt buộc phải dùng
CLTLCC trong khai thác than h
ầm lò [19]. Tùy theo điều kiện khai thác cụ thể,
cũng như tùy theo cấu tạo của loại giàn và giá chống thủy lực, công nghiệp khai
thác than hầm lò của thế giới sử dụng nhiều loại CLTLCC khác nhau: CLTLCC hệ
glycol – nước, CLTLCC hệ nhũ nước trong dầu (nhũ ngược), hệ nhũ dầu trong
nước, hệ dầu phosphat hoặc este tổng hợp. Trong số các CLTLCC, chất lỏng thủy
lực hệ nhũ d
ầu trong nước (dung dịch 3 – 5 % nhũ dầu trong nước) dần chiếm ưu
thế với giá thành rẻ, thuận tiện trong sử dụng. Dạng chế phẩm đặc của chúng (chế
phẩm đặc dùng để pha tạo dung dịch nhũ 3 – 5 % dầu trong nước) gọi là dầu nhũ
thủy lực.
Tại Việt Nam, từ năm 1995 trở về trước, CLTLCC ít được quan tâm sử dụng.
CLTLCC chỉ bắt
đầu thực sự được chú ý, khi Tổng công ty Than nay là Tập đoàn
Than và Khoáng sản Việt Nam triển khai đưa vào sử dụng hệ thống giàn và cột
chống hầm lò với việc sử dụng dầu nhũ thủy lực (DNTL) dưới dạng dung dịch nhũ
3 – 5 % trong nước.
1.1.1. Yêu cầu kỹ thuật đối với chất lỏng thủy lực chống cháy
Giống như dầu thủy lực nói chung, các CLTLCC phả
i thực hiện được các chức
năng như sau [16]:
• Truyền lực
• Bôi trơn
• Làm mát hệ thống bằng cách lấy nhiệt sinh ra do áp suất
• Giảm chấn do sự thay đổi áp suất đột ngột

• Chống ăn mòn
• Chống kẹt xước

Do vậy, các CLTLCC (dung dịch làm việc) cần đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật như
sau:
• Độ đặc càng thấp càng tốt
• Hệ số nén nhỏ
• Độ nhớt không được quá thấp, làm sao đảm bảo duy trì màng bôi trơn
• Độ nhớt ít thay đổi theo nhiệt độ và áp suất
• Không bị thay đổi tính chất theo thời gian.
• Tính chống cháy tốt
• Tương thích với các gioăng phớt của hệ thủy lực.
• Dễ tách khí
• Ít tạo bọt
• Không bị đông đặc ở nhiệt độ thấp
1.1.2. Phân loại chất lỏng thủy lực chống cháy
Để đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật của dầu thủy lực truyền thống, người ta đã phát
triển nhiều thế hệ các chất lỏng thủy lực chống cháy. Chúng được phân loại theo
thành phần gồm 4 loại chính như trình bày ở Bảng 1-1 [19]. Mỗi loại CLTLCC có
ưu, nhượ
c điểm riêng.
Bảng 1-1: Phân loại chất lỏng thủy lực chống cháy
Ký hiệu
sản phẩm
Thành phần chính Hàm lượng
nước có trong
thành phần
Nhiệt độ
sử dụng,
o

C
Lĩnh vực ứng dụng
HFA

HFA - E Nhũ dầu trong nước 95 – 98 % 5 ÷ ≤ 55
HFA - S Nhũ polyme trong nước 80 – 90 % 5 ÷ ≤ 55
Hệ thống thủy lực trong
khai thác than hầm lò
HFB
Nhũ nước trong dầu 40 % 5 ÷ ≤ 60 Hệ thống thủy lực trong
khai thác than hầm lò, trong
cán thép
HFC
Dung dịch Glycol –
nước
35 – 55 % -20 ÷ ≤
55
Trong các hệ thống thủy
lực dễ có nguy cơ bắt cháy
HFD
Chất lỏng không nước
HFDR Phosphat este 0 – 0,1 % -20 ÷≤ 70
HFDS Hydrocacbon clo hóa 10 ÷ ≤ 70
HFDT Hỗn hợp HFDR/HFDT 10 ÷ ≤ 70
HFDU Polyol este -25 ÷≤ 90
Trong các hệ thống thủy
lực dễ có nguy cơ bắt cháy

a. HFA
CLTLCC loại HFA rất thích hợp do an toàn môi trường hơn các loại khác, đặc biệt

thích hợp cho các hệ thủy lực dùng trong khai thác than hầm lò với điều kiện cần
phải thải bỏ liên tục và các hệ thống thủy lực dùng trong cán thép với kim loại được
nấu chảy.
Chúng đủ đáp ứng về mặt bôi trơn, chống ăn mòn mài mòn và chịu áp đến 300 atm.
Tuy nhiên, chúng có độ nhớt thấp. Để sử
dụng chất lỏng thủy lực loại này, hệ thống
cần có loại bơm và hệ thống van đặc chủng đắt tiền do vậy chỉ dùng cho các hệ
thống đã được chỉ định dùng loại HFA, không thể chuyển đổi thay thế cho dầu thủy
lực nền dầu khoáng được.
HFA thường có hai loại là dung dịch nhũ dầu trong nước HFA – E và dung dịch
polyme tổng hợp trong nước HFA – S.


Hình 1-1: Cấu tạo của hạt nhũ HFA – E (a) và HFB (b)
− HFA – E là dung dịch nhũ từ 1 – 5 % dầu trong nước, do vậy chúng còn
được gọi là “dầu tan” (soluble oils). Nhũ tạo thành là do các chất hoạt động
bề mặt (HĐBM) có đuôi hydrocacbon ái dầu bao bọc lấy hạt dầu và có đầu
phân cực ái nước hướng ra dung dịch nước (Hình 1-1a) tạo thành hạt nhũ dầu
trong nước. Phụ thuộc vào hạt nhũ tạo thành dung dịch nhũ có thể có màu
trắng sữa hoặc xanh trong (Bảng 1-2)
−
HFA – S là dung dịch chứa đến 20 % polyme tổng hợp và ≥ 80 % nước, do
vậy chúng còn được gọi là chất lỏng thủy lực nền nước HWBF (high-water-
based fluids). Các CLTL loại này thuộc thế hệ mới thường là có tính thân
thiện môi trường [5, 14]
Một dạng biến tính của HFE - S là chất lỏng đã được làm đặc để đạt độ nhớt
mong muốn với ký hiệu là VHWBF (viscous high-water-based fluids).
VHWBF thường chứa 6 % chất làm đặc là polyme tổng hợp, 4 % ph
ụ gia và

khoảng 90 % nước.
Trong VHWBF các polyme tổng hợp thường liên kết với nhau theo dạng
polyme – polyme hoặc polime – chất HĐBM tạo thành các tổ hợp làm tăng
hiệu quả làm đặc (Hình 1-2). Kích thước to hoặc nhỏ của các tổ hợp này làm
cho dung dịch polyme có màu trắng sữa hoặc trong mờ [3].
Bảng 1-2: Cảm quan của dung dịch nhũ và kích thước hạt nhũ
Kích thước hạt nhũ Cảm quan của dung dịch nhũ
> 1 µm
Nhũ màu trắng sữa
Từ 1,0 – 0,1 µm Nhũ màu trắng ánh xanh
Từ 0,1 đến 0,05 µm Nhũ có độ trong vừa phải ánh xám
< 0,05 µm Dung dịch trong

Hình 1-2: Cơ chế làm đặc của polyme trong chất lỏng thủy lực loại VHWBF
b. HFB
CLTLCC loại HFB là dung dịch nhũ nước trong dầu (nhũ ngược của HFA) được
phát triển để thay thế cho dầu thủy lực gốc khoáng trong các hệ thống thủy lực dễ
có khả năng bắt cháy do chúng đáp ứng về độ nhớt và khả năng chống cháy. Cấu
tạo hạt nhũ của HFB được thể hiện trên Hình 1-1b. Ngày nay người ta ít dùng loại
này do chúng đòi hỏi loại dầ
u đặc chủng, tính chất nhiệt độ thấp của chúng không
được tốt do nước có thể bị đóng băng. Hệ thống thủy lực khi chuyển đổi dùng sang
HFB cũng đòi hỏi bơm đặc chủng đắt tiền hoặc ít nhất cũng phải thay đổi tốc độ
bơm và áp suất làm việc của hệ thống. Ngoài ra, thành phần của chúng dễ thay đổi
trong quá trình sử dụng do việc mấ
t nước nên không thuận tiện khi sử dụng. Chúng
có thể bị tách làm hai lớp và đánh mất hoàn toàn khả năng làm việc. Về mặt môi
trường, khi thải bỏ, chúng được xử lý như dầu bôi trơn thông thường.

c. HFC

CLTLCC loại HFC là loại CLTLCC thông dụng nhất. Chúng thường được dùng
thay thế cho dầu thủy lực gốc khoáng trong các ứng dụng ở nơi dễ xảy ra cháy.
Nước có trong thành phần của chúng đóng vai trò chống cháy, còn etylen glycol là
thành phần chính thứ hai của chúng thì vẫn có khả năng bắt cháy. Tuy nhiên, năng
lượng để bay hơi nước là rất lớn nên khả năng bắt cháy và lan tỏa đám cháy là rất
nhỏ, do vậy HFC vẫn thuộ
c loại chất lỏng thủy lực chống cháy. Ngày nay, người ta
dùng nhiều loại glycol khác nhau để thay thế etylen glycol như propylen glycol,
dietylen glycol. Về mặt độ nhớt HFC có độ nhớt tương đương với dầu thủy lực gốc
khoáng cùng loại do trong thành phần của chúng có chứa chất làm đặc là các
polyme tổng hợp. HFC là chất lỏng thủy lực có tỷ trọng lớn hơn dầu khoáng, khả
năng bôi trơn kém hơn và ảnh hưở
ng đến sức hút của bơm. Do vậy, một số nhà sản
xuất bơm cho hệ thống thủy lực đã xem xét giảm tốc độ bơm và giảm áp suất hoạt
động của hệ thủy lực khi dùng chất lỏng thủy lực loại này. Ngoài ra, trong quá trình
sử dụng, nước có trong thành phần HFC có thể bị bay hơi, do vậy đòi hỏi phải có sự
kiểm tra và hiệu chỉnh thường xuyên để
đảm bảo khả năng hoạt động của chúng.
Tốc độ bay hơi nước của HFC nhanh hơn của HFB. Tuy vậy, tính chất nhiệt độ thấp
và tính chất nhiệt nhớt của HFC lại tốt hơn dầu thủy lực gốc khoáng rất nhiều. HFC
là chất lỏng thủy lực đắt hơn dầu thủy lực gốc khoáng và khi thay thế dầu gốc
khoáng hệ thống thủy l
ực cần được tẩy tửa hoàn toàn, do vậy gây tốn kém. Ngoài
ra, khi thải bỏ ra ngoài môi trường cần có những biện pháp thích hợp do chúng
không phải là chất an toàn môi trường.
d. HFD
Hiện nay, CLTLCC loại HFD bao gồm hai loại chính là phosphat este và polyol
este.
− HFDR (Phosphat este) là loại CLTLCC có khả năng chống cháy cao nhất.
Chúng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và trong các lĩnh vực đòi hỏi

kỹ thuật cao như hàng không, quân đội. Tuy nhiên, hiện nay việc sử dụng
phosphat este đ
ã giảm nhiều do chúng ít tương thích với dầu khoáng, không
an toàn môi trường và có giá rất đắt. Khả năng chống mài mòn của phosphat
este rất tốt. Tuy nhiên, chúng tương đối độc hại đối với người sử dụng, nếu
bị chảy tràn thì biện pháp xử lý cũng rất phức tạp. Khi phân hủy nhiệt
phosphat este thường sinh khí độc hại. Trong quá trình sử dụng phosphat este
dễ bị thủy phân tạo axit gây ăn mòn. Tỷ trọng của chúng nặ
ng hơn nước nên
khi thải bỏ hoặc bị lẫn vào hệ thống nước thải thì xử lý chúng khó hơn nhiều
so với xử lý dầu thủy lực gốc khoáng. Tính chất nhiệt nhớt của chúng rất

kém nên người ta thường phải có các sản phẩm đặc chủng riêng cho các ứng
dụng ở nhiệt độ thấp.
− HFDU (Polyol este) là CLTLCC an toàn môi trường và an toàn sức khỏe
nhất hiện nay. Chúng có khả năng phân hủy sinh học (PHSH) và dễ xử lý do
có tỷ trọng tương tự dầu gốc khoáng. Khác với phosphat este, khi bị thủy
phân, khi phân hủy nhiệt hoặc bị đốt cháy chúng tạo ra các sản phẩm không
độc hại. Các chất lỏng thủ
y lực loại này có chứa các phụ gia chống ăn mòn,
mài mòn và phụ gia cải thiện độ nhớt có khả năng đáp ứng giải nhiệt độ làm
việc rộng từ -25
o
C đến 90
o
C, trong khi các chất lỏng thủy lực thông
thường có giới hạn làm việc hạn hẹp hơn (Bảng 1-3). Polyol este ngày càng
được ứng dụng rộng rãi và là xu hướng phát triển của tương lai [22, 12].
Có thể tham khảo một số sản phẩm CLTLCC thương mại của các hãng hàng đầu thế
giới và sự tương quan về tính chất và giá cả giữa chúng tại Bảng 1-3 [2, 14, 17].

Hydrocacbon clo hóa hoặc hỗn hợp của chúng với este phosphat ít được sử dụng do
tính độc hại với sức khỏe và môi trường.
Bảng 1-3: Một số sản phẩm thương mại, đặc tính kỹ thuật và giá bán các loại CLTLCC
Tên sản phẩm chất lỏng thủy lực chống cháy
Loại chất lỏng thủy
lực chống cháy
HFA HFB HFC
HFDR
phosphat este
HFDU Polyol
este
Nhà sản xuất

E. F. Houghton Houghter –
Safe 620
Houghter –
Safe 1000
Series
Cosmo –
Lubric HF
Series
Quaker Chemical Quinto
Lubric
Quinto –
Lubric 822
Series
Lubrizol Microzol
Texas Chemical Hy-Guard
Shell Shell Irus
Fluid C

Shell Irus
Fluid DR
Shell Naturelle
HF-E 46
APP APP TL 2
APP HL 2
APP TL 2A

Đặc tính kỹ thuật

Khả năng chống
cháy (khoảng thời
gian từ khi tiếp xúc
với nguồn cháy đến
khi bị bắt cháy
>> 45
(Tốt)
16 (Tốt với
diều kiện
hàm lượng
nước > 35
%)
45 (Rất tốt) Không bắt
cháy (Rất tốt)
2 – 45 (Rất
tốt)

Tên sản phẩm chất lỏng thủy lực chống cháy
Loại chất lỏng thủy
lực chống cháy

HFA HFB HFC
HFDR
phosphat este
HFDU Polyol
este
Tính không độc hại Tốt Trung bình Rất kém Kém Tốt
Khả năng PHSH Ít trừ APP
TL 2
Không
PHSH
Không
PHSH trừ
gốc propylen
glycol
Không PHSH Tốt
Độ nhớt ở 50
o
C,
cSt
3 -6 Là chất
lỏng phi
Newton
20 -76 20 - 76 12 - 52
Giá bán, USD/lít
*
0,07
**
0,4 – 0,9 0,8 – 2,4 1,8 – 4,0 1,8 – 3,2
*
Giá bán năm 2006;

**
Giá bán tính cho dung dịch 5 % trong nước
1.2. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT
Công nghệ sản xuất các CLTLCC chủ yếu dựa trên việc lựa chọn nguyên liệu hợp
lý, các biện pháp kiểm tra khi pha chế. Việc thực thi pha chế tương đối đơn giản
giống như việc pha chế các dầu bôi trơn thông thường khác. Mục tiêu của đề tài
“Nghiên cứu sản xuất DNTL thế hệ mới thân thiện môi trường thích hợp sử dụng
trong công nghiệp khai thác than hầ
m lò” là nghiên cứu công nghệ sản xuất
CLTLCC nhũ dầu trong nước (dầu nhũ thủy lực) thuộc phân loại HFA, nên phần
tổng quan tài liệu về công nghệ sản xuất sẽ tập trung vào công nghệ sản xuất
CLTLCC loại HFA [1, 2, 9, 19, 21].
1.2.1. Đặc thù công nghệ sản xuất chất lòng thủy lực chống cháy loại HFA
CLTLCC loại HFA thường chứa dầu khoáng, chất hoạt động bề mặt, nước và phụ
gia. D
ầu HFA thường được pha chế ngay khi sử dụng với nồng độ 2 – 5 % dầu nhũ
đặc (dạng thương phẩm) trong nước. Dầu nhũ đặc thường là chất lỏng trong suốt
chứa dầu, chất HĐBM và các phụ gia, nếu có chứa nước thì cũng ở hàm lượng
không đáng kể. Công nghệ sản xuất dầu nhũ đặc HFA thường không phức tạp,
giống như pha chế dầu nh
ờn thông thường. Điều cơ bản nhất trong công nghệ sản
xuất dầu nhũ đặc HFA là lựa chọn nguyên liệu phù hợp để dầu nhũ đặc không bị
tách lớp, không bị đông đặc ở nhiệt độ thấp, khi pha vào trong nước dễ tạo dung
dịch nhũ đạt các tiêu chuẩn quy định của chất lỏng thủy lực và duy trì được các tính
năng việc của chúng với độ
bền nhũ cao.
1.2.2. Thành phần chất lỏng thủy lực chống cháy HFA
1.2.2.1. Chất hoạt động bề mặt sử dụng trong chất lỏng thủy lực HFA
Chất hoạt động bề mặt (HĐBM) đóng vai trò chất nhũ hóa là thành phần không thể
thiếu được của hệ nhũ thủy lực. Chúng quyết định độ bền nhũ và dạng nhũ tạo

thành là nhũ dầu trong nước hay nhũ nước trong dầu. Các chất HĐBM thường sử
dụng có ba dạng chính là: dạng anion và dạng không ion (chất HĐBM dạng cation
ít được sử dụng trong các DNTL nói chung). Chúng thường chứa một đầu phân cực
và đuôi hydrocacbon không phân cực như đã trình bày ở phần trên.
Việc sử dụng chất HĐBM để tạo nhũ phụ thuộc vào chỉ số HLB của chúng. Chỉ số
HLB của m
ột chất HĐBM đặc trưng cho khả năng ái dầu hoặc ái nước và tính
tương quan giữa hai khả năng này của chất HĐBM đó. Khi HLB < 9, chất HĐBM
có khả năng ái dầu. HLB >11, chất HĐBM có khả năng ái nước. Khi HLB nằm
trong khoảng từ 9 đến 11, chất HĐBM vừa ái nước vừa ái dầu. Có thể dựa vào chỉ
số HLB để phân loại chất HĐBM như sau:
HLB Ứng d
ụng của chất HĐBM
3,5 – 6 Chất nhũ hóa tạo nhũ nước trong dầu (nhũ ngược dạng HFB)
7 – 9 Chất thấm ướt
8 – 18 Chất nhũ hóa tạo nhũ dầu trong nước (nhũ dạng HFA)
13 – 15 Chất tẩy rửa
15 – 18 Chất trợ tan
Người ta có thể dùng hỗn hợp chất HĐBM để làm chất nhũ hóa với chỉ số HLB như
mong muốn. Trên Bảng 1-4 là một số chất H
ĐBM tiêu biểu.
Các chất nhũ hóa thường được sử dụng để pha chế chất lỏng chuyên dụng chống
cháy là các sulphonat natri có nguồn gốc dầu mỏ, các sulphonat tổng hợp (không tốt
bằng các sulphonat dầu mỏ), xà phòng kali, natri hoặc xà phòng etanolamin với axit
béo tổng hợp từ dầu mỏ hoặc dầu thực vật. Một trong các chất nhũ hóa tiến tiến
hiện nay là xà phòng etanolamin của axit alkyl sucxinic, hoặc của mono este của
axit alkyl sucxinic (với mạch alkyl phân nhánh) [9, 6].
Tuy nhiên, chất nhũ hóa dùng cho CLTLCC thường không phải là một hợp chất
riêng biệt mà là tổ hợp các chất nhũ hóa khác nhau. Dựa vào chỉ số HLB có thể

đoán biết chất nhũ hóa có khả năng tạo nhũ hay không. Chỉ số HLB không đảm bảo
nhũ đó có bền hay không. Độ bền nhũ được tăng cường khi có mặt các axit hoặc các
chất HĐBM không ion với một tỷ lệ nhất định. Chúng có tác dụng tr
ợ nhũ, chống
tách. Sau đây là một số ví dụ về tổ hợp các chất nhũ hóa hiệu quả để tạo chất lỏng
thủy lực HFA:
Tổ hợp 1:
Axit béo tallo 20 – 30 %
Sulphonat natri 20 – 30 %
Sunphat của rượu béo đã được etoxy hóa 5 – 9 %
Xà phòng etanolamin của axit béo dầu mỏ hoặc dầu thực vật (DTV) 5 – 9 %

Dietylen glycol butyl este 1 – 5 %
Tổ hợp 2:
Xà phòng etanolamin của axit alkyl sucxinic 35%
Sulphonat natri 35%
Dietanol amin 1 – 5 %
Trietanol amin 1 – 5 %
Alkanol amid của axit talo 5 – 15 %
Bảng 1-4: Chỉ số HLB của một số chất HĐBM tiêu biểu
Chất hoạt động bề mặt HLB
(giá trị thực
nghiệm)
HLB
(giá trị tính toán)

1.2.2.2. Phụ gia chống ăn mòn sử dụng cho chất lỏng thủy lực HFA
Phụ gia loại này thường là các alkanol amid (thường là dietanol amid hoặc
diisopropanol amid) của axit béo tổng hợp từ dầu mỏ hoặc axit tallo vừa có tính
chống ăn mòn đồng thời có khả năng diệt khuẩn [10, 11]. Ngoài ra, trong CLTLCC

dạng nhũ người ta còn dùng các phụ gia thụ động hóa bề mặt kim loại, chống ăn
mòn đồng như benzothiazol, benzotriazol, tolyl triazol, alkyl diathiazol… Amin
borat hóa cũng là một trong các ph
ụ gia hay sử dụng cho mục đích này, nhưng hiện
nay do vấn đề an toàn môi trường ít được sử dụng [19].


1.2.2.3. Phụ gia diệt khuẩn
Phụ gia diệt khuẩn là thành phần không thể thiếu được của các chất lỏng thủy lực
dạng nhũ. Có nhiều loại phụ gia diệt khuẩn khác nhau. Việc lựa chọn loại nào phụ
thuộc vào hệ dầu nhũ sử dụng, vào tính tương hợp của phụ gia với hệ dầu nhũ đó.
Ngoài ra để đảm bảo dầu nhũ
không bị vi khuẩn phá hủy, người ta thường dùng
phối hợp một vài loại phụ gia diệt khuẩn khác nhau. Bảng 1-5 liệt kê các phụ gia
diệt khuẩn tiên tiến và hàm lượng sử dụng hiệu quả cho từng loại và tác dụng diệt
khuẩn cụ thể của chúng [18].
Bảng 1-5: Phụ gia diệt khuẩn sử dụng để sản xuất chất lỏng thủy lực chống cháy dạng nhũ
tương
Số
TT
Tên phụ gia, công thức hóa học và hàm
lượng sử dụng
Tác dụng
1 N,N-methylene bismorpholine

3 % trong nhũ đặc hoặc 1500 ppm trong
dung dịch nhũ làm việc
Sử dụng trong nhũ đặc, có độ bền cao, tác dụng
với cả vi khuẩn gram + và gram -:
Acremonium spec Mycobacterium

immunogenum, Candida albicans Pseudomonas
aeruginosa, Eschericia coli (e coli)
Pseudomonas fluorescens, Fusarium spec.
Pseudomonas putida, Klebsiella aerogenes
Staphylococcus aureus, Legionella pneumophila
Ít có tác dụng chống nấm nên kết hợp với phụ
gia diệt nấm
2 N,N’-methylene-bis-(5-
methyloxazolidin) kết hợp với muối natri
của omadin

1 – 5 % trong dầu nhũ đặc, 0,15 – 0,20
% trong dung dịch nhũ làm việc
Diệt khuẩn và diệt nấm. Có tác dụng chống ăn
mòn
3 3,3'-methylenebis[5-methyloxazolidine]
(N-formal)

1 – 5 % trong dầu nhũ đặc, 0,15 – 0,20
% trong dung dịch nhũ làm việc
Diệt khuẩn với phổ rộng:
Acremonium spec. Mycobacterium
immunogenum, Candida albicans
Mycobacterium avium, Eschericia coli (e coli)
Pseudomonas aeruginosa, Fusarium spec.
Pseudomonas fluorescens, Klebsiella aerogenes
Pseudomonas putida, Legionella pneumophila
Staphylococcus aureus
Hạn chế khả năng diệt nấm và chống ăn mòn
4 Trimethyl triazene Diệt khuẩn đặc biệt tốt khi sử dụng trực tiếp vào

bể nhũ làm việc

Số
TT
Tên phụ gia, công thức hóa học và hàm
lượng sử dụng
Tác dụng
N
N
N
CH
3
CH
3
CH
3

2 – 3 % trong dầu nhũ đặc, 1000 – 2000
ppm trong dung dịch làm việc
5 Muối natri của pyrithione kết hợp với
muối tetranatri của EDTA
N
+
O
-
S
-
Na
+

1 % trong dầu nhũ đặc và 0,03 – 0,05 %
trong dung dịch nhũ làm việc
Diệt nấm với phổ rộng, có thể kết hợp với các
phụ gia diệt khuẩn khác.

6 Dị vòng N-S: muối natri và etanolamin
của pyrithione
N
+
O
-
S
-
Na
+
(HO-CH
2
-CH
2
)
3
NH
+
1 % trong dầu nhũ đặc và 0,03 – 0,05 %
trong dung dịch nhũ làm việc
Diệt nấm, có thể kết hợp với các phụ gia diệt
khuẩn khác.
7 O-Formal 1,2- propylene glycol
hemiformal

CH
3
O
O
OH
OH

2 – 3 % trong dầu nhũ đặc, 1000 – 2000
ppm trong dung dịch làm việc
Diệt khuẩn, không chứa amin, có tác dụng
nhanh
8 Tris(2-hydroxyethyl)-sym-
hexahydrotriazine
N
N
N
OH
OH
OH

2 – 3 % trong dầu nhũ đặc, 1000 – 2000
ppm trong dung dịch làm việc
Diệt khuẩn truyền thống, tuy nhiên khả năng
chống nấm bị hạn chế, không bền như các phụ
gia dạng amin
9 Hỗn hợp 4-(2-nitrobutyl)-morpholine và
4,4'-(2-ethyl-2-Nitro trimethylene)
dimorpholine
Diệt khuẩn phổ rộng, diệt nấm và tảo:
Staphylococcus aureus, Streptococcus faecalis,

Streptococcus hemolyticus, Escherichia coli,
Pasteurella pseudotuberculosis, Pseudomonas

Số
TT
Tên phụ gia, công thức hóa học và hàm
lượng sử dụng
Tác dụng


Từ 50 – 1000 ppm trong dung dịch làm
việc.
aeruginosa, Desulfovibrio desulfuricans,
Bacillus subtilis, Candida albicans, Penicillium
levitum, Aspergillus niger, Fusarium sp.,
Aureobasidium pullulans, Cephalosporium sp.,
Plectonema boryanum, Oscillatoria prolifera,
Chlorella pyrenoidosa, Anabaena flos-aquae,
Selenastrum capricornutum, Nitzschia
closterium
Tuy nhiên, hiện nay tiêu chí hàng đầu để lựa chọn phụ gia diệt khuẩn là tính an toàn
của chúng đối với người sử dụng. Tùy theo, điều kiện cụ thể người ta lựa chọn loại
phụ gia tương ứng.
1.2.2.4. Các thành phần khác
Trong dầu nhũ còn sử dụng các chất nhũ hóa phụ trợ thường là dạng không ion, các
chất cầu nối chống tách thường là các loại axit và các phụ gia khác như phụ gia ổ
n
định pH, phụ gia tăng cường tính chịu nước cứng…
1.2.3. Quá trình pha chế
Đối với chất lỏng HFA dạng đặc (chưa pha thành dung dịch sử dụng): pha chế như

pha dầu bôi trơn. Nhiệt độ pha chế thường đến 60
o
C. Sau đó làm nguội đến < 40
o
C
rồi mới thêm phụ gia diệt khuẩn. Nhiệt độ đóng phuy nên dưới 40
o
C để đảm bảo
chất lỏng không bị tách dầu. Khi sử dụng, pha nhũ đặc thành dung dịch nhũ làm
việc với nồng độ 2 – 5 % trong nước, sử dụng khuấy như pha chế bình thường có
thể kết hợp với bơm tuần hoàn nếu pha lượng lớn.
1.3. CÁC SẢN PHẨM CHẤT LỎNG THỦY LỰC CHỐNG CHÁY TRÊN
THẾ GIỚI
Trong các nhà cung cấp CLTLCC phục vụ công nghiệp khai thác khoáng s
ản
Quaker Chemical là nhà cung cấp hàng đầu thế giới trong đó có các sản phẩm dùng
trong công nghiệp khai thác than hầm lò. Các sản phẩm của hãng thỏa mãn các tiêu
chuẩn quy định của Châu Âu, của Úc và của Mỹ về sử dụng trong công nghiệp khai
khoáng. Các sản phẩm DNTL HFA của hãng với dòng tên thương mại Quintolubric
có thông số kỹ thuật như trình bày trên Bảng 1-6.
Từ các số liệu của Bảng 1-6 [14]có thể thấy rằng dòng sản phẩm Quintolubric đều
thuộc lo
ại bán tổng hợp và tổng hợp, không có nguồn gốc từ dầu khoáng, có tính an
toàn môi trường và khả năng PHSH . Tuy nhiên giá bán của chúng rất đắt, chỉ thích
hợp với thị trường Âu Mỹ. Ngoài ra, có thể thấy rằng với nước pha chế có độ cứng

khác nhau thì loại sản phẩm thích hợp cũng khác nhau. Hãng Quaker Chemical có
loại sản phẩm chịu nước cứng cao nhất là 350 ppm (đúng bằng chất lượng nước cho
phép do Bộ Y tế Việt Nam ban hành – xem Bảng 1-12 ).
Bảng 1-6: Thông số kỹ thuật của các sản phẩm chất lỏng thủy lực Quintolubric của Hãng

Quaker Chemical
Tên sản phẩm: QUINTOLUBRIC Tên chỉ tiêu của
sản phẩm đặc
807 IS N807-AL 814-01 814-02
Cảm quan Chất lỏng màu hổ
phách nhạt
Chất lỏng màu
hổ phách
Chất lỏng trong
suốt màu xanh
ánh nâu (có
nhuộm màu)
Chất lỏng trong
suốt màu xanh
ánh nâu (có
nhuộm màu)
Tỷ trọng ở 15
o
C 1,031 0,999 1,018 1,001
pH của dung dịch
5 %
9,1 10,2 10,1 10,4
Nhiệt độ chớp
cháy cốc hở
Không có Không có Không có Không có
Loại chất lỏng Bán tổng hợp Tổng hợp Bán tổng hợp Bán tổng hợp
Tên sản phẩm: QUINTOLUBRIC (nồng độ dung dịch làm việc) Tên chỉ tiêu của
dung dịch làm việc
807 IS (5 %) N807-AL (2%) 814-01 (5%) 814-02 (2%)
Độ cứng của nước

pha dung dịch
< 125 ppm < 350 ppm < 125 ppm < 125 ppm
Cảm quan Chất lỏng trong
suốt màu hổ
phách
Dung dịch
trong mờ
Dung dịch trong suốt màu xanh pha
màu hổ phách
pH - 10,0 10,1 10,1
Độ bền nhũ (25
ngày, 50
o
C)
- 1A-1R (bền) - -
Phép đo bọt - - -
Ở 25
o
C (theo quy
trình I)
- 0-0 ml-ml - -
Ở 25
o
C (theo quy
trình II)
- 0-0 ml-ml - -
Ở 25
o
C sau 50
o

C
(theo quy trình
III)
- 0-0 ml-ml - -
Khả năng chống
ăn mòn
72 h ở 50
o
C 28 ngày ở 35
o
C
Thép Không vết <+1mg
Đồng thau Không vết <-1 mg
Đồng Không vết <+1 mg
Nhôm Không vết +1 mg
Đạt theo phép thử
IP 135 với nước
mặn ở nồng độ 2
%
Đạt theo phép thử
IP 135 với nước
mặn ở nồng độ
0,8 %
Khả năng PHSH Đạt sau 14 ngày - - -

Một nhà cung cấp có uy tín khác là hãng Fuchs với sản phẩm Solsenic 3A có nguồn
gốc dầu khoáng, có thể chịu nước cứng đến 750 ppm và được sử dụng ở dạng dung
dịch 5 % trong nước, dung dịch sau khi pha có độ pH = 10. Tuy nhiên nhà cung cấp
cũng không khuyến cáo dùng sản phẩm này ở độ cứng 750 ppm.
Các nhà cung cấp Trung quốc có các CLTLCC với ba loại khác nhau, chịu nước

cứng ở 3 cấp độ khác nhau 150 ppm, 250 ppm và 750 ppm. Dung dịch làm việc
thường có nồng độ 3 – 5 % trong nướ
c. Dung dịch làm việc phải chịu được các
phép thử độ bền nhũ, khả năng chịu đông tan, khả năng chống ăn mòn đồng và thép
theo tiêu chuẩn Trung Quốc MT 76-83.
Hãng Shell có các sản phẩm dùng cho hệ giá chống thủy lực trong hầm lò là: Irus
HFA fluid A, AT 10 và AT 37. Các sản phẩm này đều là dạng dầu thủy lực chống
cháy chứa Glycol. Shell có sản phẩm dạng dầu nhũ có khuyến cáo dùng cho hệ thủy
lực trong hầm lò, nhưng
ứng dụng này là dạng dùng kết hợp với công dụng chính là
gia công kim loại, do vậy loại này không đáp ứng điều kiện chịu mặn, chịu nước
cứng và khả năng chống ăn mòn đồng chỉ ở mức vừa phải [17].
Các sản phẩm CLTLCC dùng trong hầm lò không có nhiều nhà cung cấp như các
sản phẩm bôi trơn khác. Hơn nữa, có thể thấy rằng, các hãng đều phát triển nhiều
loại s
ản phẩm, mỗi loại thích hợp với một loại độ cứng tiêu chuẩn của nước sử dụng
để pha dung dịch làm việc.
1.4. TIÊU CHUẨN NƯỚC DÙNG ĐỂ PHA CHẾ CHẤT LỎNG THỦY LỰC
CHỐNG CHÁY TRONG KHAI THÁC THAN HẦM LÒ
Theo tiêu chuẩn Trung Quốc MT 76-83, có ba loại nước cứng dùng để pha chế
CLTTCC (dầu nhũ thủy lực) là 5, 10 và 15 mili đương lượng có độ cứng như trình
bày ở Bảng 1-7.
Bảng 1-7: Tiêu chuẩn Trung Quốc MT 76-83 quy định chất lượng nước để pha chế và kiểm
tra chất lượng dầu nhũ thủy lực
Thành phần, mg /L Độ cứng tổng, mili
đương lượng/L
Độ cứng tổng, quy ra
CaCO
3
, ppm

MgSO
4
.7H
2
O CaSO
4
.2H
2
O NaCl
5 250.91 308 215 330
10 501.83 616 430 330
15 752.74 924 645 330
Nếu cần pha chế các loại nước này tạo nước cứng nhân tạo để kiểm tra chất lượng
DNTL thì nước pha chế cần có thành phần như bảng vừa nêu. Trung Quốc có sản
phẩm thích hợp với từng loại nước cứng đã nêu.
Ngoài ra, với các DNTL dùng trong khai thác than hầm lò của thế giới, người ta
thường lấy tiêu chuẩn nước quy định bởi British Coal Board với chất lượng như