Nghiên cứu quá trình pha chế dầu thủy lực vi nhũ trong khai thác than hầm lò

MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG
DANH MỤC HÌNH
LỜI MỞ ĐẦU …………………………………………………………………... 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1 Giới Thiệu Chung Về Ngành Than …………………………………………… 3
1.2 Cột Thủy Lực Trong Khai Thác Hầm Lò ……………………………………... 6
1.3 Chất Lỏng Thủy Lực ………………………………………………………….. 8
1.3.1 Chức năng của dầu thủy lực ……………………………………………….... 8
1.3.2 Phân loại chất lỏng thủy lực ……………………………………………….... 9
1.3.3 Chất lỏng thủy lực cho hệ thống cột chống hầm lò ………………………... 10
1.4 Nhũ ……………………………………………………………………………13
1.5 Vi Nhũ ………………………………………………………………………...14
1.6 Dầu Thủy Lực Vi Nhũ ……………………………………………………….. 16
1.6.1 Dầu gốc …………………………………………………………………….. 17
1.6.2 Chất hoạt động bề mặt ……………………………………………………... 19
1.6.3 Các phụ gia ………………………………………………………………… 23
1.7 Công Nghệ Pha Chế …………………………………………………………..26
1.8 Tình Hình Nghiên Cứu Dầu Thủy Lực Vi Nhũ Ở Việt Nam …………………26

CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM
2.1 Hệ Thống Thiết Bị Và Đơn Pha Chế Sản Suất Dầu Thủy Lực Vi Nhũ ………29


2.1.1 Mô hình thiết bị ……………………………………………………………..29
2.1.2 Đơn pha chế ………………………………………………………………... 30
2.2 Khảo Sát Quá Trình Pha Chế …………………………………………………32
2.3 Quá Trình Pha Chế ……………………………………………………………37
2.4 Kiểm Tra, Đánh Giá Và Thử Nghiệm Thực Tế Dầu Thủy Lực
Vi Nhũ Pha Chế ………………………………………………………………….. 39
2.4.1 Các phƣơng pháp phân tích kiểm tra các chỉ tiêu hóa lý ………………… 39

2.4.1.1 Xác định độ bền chống tách của dung dịch làm việc ……………………..40
2.4.1.2 Xác định khả năng chống ăn mòn của dung dịch làm việc ……………….40
2.4.1.3 Xác định khả năng chống ăn mòn kim loại trong nƣớc muối …………….41
2.4.1.4 Xác định tính chất bọt của dung dịch làm việc …………………………...41
2.4.1.5 Xác định khả năng bôi trơn của dung dịch làm việc ……………………...42
2.4.1.6 Thử Nghiệm ứng dụng thực tế ……………………………………………42
2.4.1.7 Xác định cỡ hạt phân bố của dầu thủy lực vi nhũ ………………………...44
2.4.2 Kiểm Tra, Đánh Giá Các Thông Số Kỹ Thuật Của Dầu Thủy Lực
Vi Nhũ Pha Chế ………………………………………………………………….. 44
2.4.3 Thử Nghiệm Ứng Dụng Thực Tế Trên Hệ Thống Bảo Áp Thủy Lực
Tại Đơn Vị Khai Thác Hầm Lò ………………………………………………….. 46

KẾT LUẬN ..........................................................................................................49
TÀI LIỆU THAM KHẢO …………………………………………………… 50
PHỤ LỤC ………………………………………………………………………. 52


DANH MỤC BẢNG
Bảng
Nội dung
1.1 Thông số kỹ thuật cột chống thủy lực
1.2 Phân loại các chất lỏng thủy lực
Một số tính chất của các loại chất lỏng thủy lực chống cháy có
1.3
chứa nƣớc
1.4 Mối liên hệ giữa kích thƣớc hạt và trạng thái cảm quan của nhũ
1.5 Giá trị HLB của một số chất hoạt động bề mặt thƣơng mại
1.6 Giá trị RHLB của một số chất
1.7 Chỉ tiêu chất lƣợng dầu thủy lực TL2A và TL2
2.1 Đơn pha chế dầu thủy lực

Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ, thời gian và tốc độ
2.2
khuấy đến sản phẩm dầu thủy lực vi nhũ
Chất lƣợng nƣớc sạch tại Cẩm phả, Quảng Ninh và Cầu Diễn,
2.3
Hà Nội
Yêu cầu chất lƣợng nƣớc dùng pha chế dung dịch làm việc từ
2.4
dầu thủy lực vi nhũ
Các phƣơng pháp phân tích chỉ tiêu theo TCVN và các phƣơng
2.5
pháp tiêu chuẩn phổ biến
2.6 Thử nghiệm thực tế dầu thủy lực vi nhũ trên giá bảo áp
2.7 Các thông số chất lƣợng của dầu thủy lực vi nhũ pha chế
2.8 Kết quả thử nghiệm trên cột thủy lực đơn DZ-22
2.9 Kết quả thử nghiệm trên hệ thống giá bảo áp thủy lực

Trang
7
9
11
13
21
22
27
32
34
35
37
40

43
44
46
47


DANH MỤC HÌNH
Hình
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7

Nội dung
Hình ảnh hệ thống cột chống thủy lực trong khai thác hầm lò
Kết cấu của cột chống thủy lực
Mô hình tổng quát giá khung thủy lực di động
Nhũ tƣơng dạng dầu trong nƣớc và nƣớc trong dầu
Cấu tạo hạt mixen
Hệ thống thiết bị sản xuất dầu thủy lực vi nhũ
Sơ bộ quy trình pha chế dầu thủy lực vi nhũ quy mô 200
lít/mẻ

Sơ đồ công nghệ quá trình pha chế dầu thủy lực vi nhũ quy
mô 200 lít/mẻ
Giá bảo áp cột thủy lực dùng để thử nghiệm thực tế dung
dịch làm việc
Thiết bị Zetasizer Nano Zs của Malvern
Phân bố kích thƣớc hạt của dung dịch làm việc 5% pha từ
dầu thủy lực vi nhũ pha chế
Phân bố kích thƣớc hạt của dung dịch làm việc 5% pha từ
dầu thủy lực vi nhũ nghiên cứu

trang
6
6
7
14
16
29
33
38
43
44
45
46


LỜI MỞ ĐẦU
Trong công cuộc xây dựng và phát triển kinh tế xã hội, sự phát triển công
nghiệp luôn giữ vai trò trọng yếu, nó đóng vai trò chủ đạo trong cơ cấu kinh tế. Ở
Việt Nam chúng ta, Đảng và Nhà nƣớc xác định chiến lƣợc xây dựng một nền công
nghiệp hóa, hiện đại hóa khoa học kỹ thuật tiên tiến, thì việc phát triển ngành công

nghiệp càng đƣợc chú trọng.
Trong các ngành công nghiệp nói chung ở nƣớc ta, ngành công nghiệp khai
thác than cũng là một ngành đóng vai trò quan trọng cung cấp nguyên liệu cho các
ngành công nghiệp khác nhƣ: Nhiệt điện, luyện kim đen, giấy, đạm, xi măng…
Chính vì vậy mà ngành than đƣợc Đảng và Nhà nƣớc đặc biệt quan tâm, sớm đầu
tƣ để phát triển.
Tại Quảng Ninh, trữ lƣợng than tìm kiếm thăm dò đạt khoảng 3,5 tỷ tấn
(chiếm khoảng 67% trữ lƣợng than đang khai thác trên cả nƣớc). Trong đó có
khoảng hơn 45% sản lƣợng than khai thác sử dụng công nghệ khai thác hầm lò.
Một trong những phƣơng tiện không thể thiếu trong công tác khai thác hầm lò là
các giá đỡ và cột chống hầm lò đƣợc vận hành nhờ dầu thủy lực gốc nƣớc.
Dầu thủy lực gốc nƣớc này ngoài các tính năng thiết yếu đối với hệ thống
thủy lực nhƣ tính chịu nén, tính bôi trơn còn cần thêm một số yêu cầu để phù hợp
với điều kiện môi trƣờng làm việc nhƣ: có độ bền và ổn định cao, không gây nguy
cơ cháy nổ, không bị vi sinh vật phân hủy, chống ăn mòn kim loại và không tác
động tới môi trƣờng. Hàng năm, nƣớc ta sử dụng hàng nghìn tấn dầu thủy lực loại
này vào công nghiệp khai thác than hầm lò. Tuy nhiện, số lƣợng này chủ yếu đƣợc
nhập khẩu từ Trung Quốc và một số nƣớc tƣ bản.
Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và yêu cầu ngày càng tốt hơn
về dầu thủy lực: độ bền cần đƣợc nâng cao, thời gian sử dụng dài, thay thế và cải
thiện một số tính năng,…các nhà khoa học đã nghiên cứu và ứng dụng các loại dầu
vi nhũ để đáp ứng tốt các điều kiện này. Năm 2002, Trung Quốc ban hành tiêu
chuẩn MT 76-2002 quy định chất lƣợng dầu vi nhũ sử dụng trong ngành khai
khoáng, tới cuối năm 2011 bắt đầu chào bán sản phẩm dầu vi nhũ đến các công ty
than tại Quảng Ninh và đạt hiệu quả rất tốt nhƣng với giá thành sản phẩm rất cao,
gấp 2-3 lần so với dầu thủy lực truyền thống đang sử dụng. Vì vậy đòi hỏi yêu cầu

1

nghiên cứu và sản xuất ra loại dầu vi nhũ phục vụ cho các ngành khai khoáng nói
chung và ngành khai thác than nói riêng là rất cần thiết và cấp thiết.
Sau một thời gian dài học tập tại trƣờng, đƣợc sự chỉ dạy nhiệt tình của thầy
cô giáo trong ngành Lọc Hóa dầu trƣờng Đại học Mỏ Địa Chất, em đã kết thúc
khóa học và đã tích lũy đƣợc vốn kiến thức nhất định. Đƣợc sự đồng ý của nhà
trƣờng và thầy cô giáo trong khoa, em đƣợc giao đề tài tốt nghiệp: “Nghiên cứu
quá trình pha chế dầu thủy lực vi nhũ trong khai thác than hầm lò”.
Bằng sự cố gắng của bản thân và đặc biệt là sự giúp đỡ tận tình chu đáo của
thầy giáo PGS.TS Đinh Văn Kha và các anh chị trong Trung tâm nghiên cứu triển
khai công nghệ hóa học, em đã hoàn thành đồ án đúng thời hạn. Do thời gian làm
đồ án có hạn và trình độ còn hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em
rất mong nhận đƣợc sự đóng góp ý kiến của các thầy cô cũng nhƣ các bạn sinh
viên để bài đồ án này đƣợc hoàn thiện hơn nữa.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS Đinh Văn Kha, các thầy cô
giáo trong ngành Lọc hóa dầu trƣờng Đại học Mỏ Địa Chất cùng toàn thể các anh
chị trong Trung tâm nghiên cứu triển khai công nghệ hóa học đã tạo điều kiện giúp
đỡ em trong thời gian qua.!
Hà nội, ngày 29 tháng 12 năm 2016
Sinh viên thực hiện
Lê Bá Cƣờng

2


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1 Giới Thiệu Chung Về Ngành Than
Ngành than Việt Nam đã có lịch sử khai thác trên 176 năm, với 80 năm
truyền thống vẻ vang, từ cuộc bãi công ngày 12/11/1936 của hơn 3 vạn thợ mỏ đã
giành thắng lợi rực rỡ. Trãi qua những năm tháng khó khăn cùng thử thách gay gắt
trong những năm đầu bƣớc vào thời kỳ đổi mới thập niên 90. Ngày 10/10/1994,

Tổng công ty Than Việt Nam đƣợc thành lập, với những chiến lƣợc kinh doanh đa
ngành, công ty đã từng bƣớc tháo gỡ khó khăn, trì trệ thời bao cấp, xây dựng mục
tiêu chiến lƣợc đúng đắn cho sự phát triển. Đến ngày 26/12/2005, Thủ tƣớng chính
phủ quyết định thành lập Tập đoàn Công nghiệp Than-Khoáng Sản Việt Nam (tên
viết tắt: TKV). Trãi qua những giai đoạn phát triển, hiện nay TKV có khoảng 30
mỏ và các điểm khai thác lộ thiên, trong đó có 5 mỏ có công suất từ 1 triệu đến 3
triệu tấn/năm. Có khoảng 20 mỏ khai thác hầm lò, trong đó có 7 mỏ có công suất
từ 1 triệu tấn/năm trở lên đó là: Mạo Khê, Vàng Danh, Nam Mẫu, Hà Lầm, Mông
Dƣơng, Khe Chàm, Dƣơng Huy. Theo TKV trữ lƣợng than tại Việt Nam rất lớn:
riêng ở Quảng Ninh có khoảng 10,5 tỷ tấn, trong đó đã tìm kiếm thăm dò 3,5 tỷ tấn
chủ yếu là than antraxit. Khu vực Đồng bằng sông Hồng dự báo khoảng 210 tỷ tấn,
các mỏ than ở các tỉnh khác khoảng 400 triệu tấn. Riêng than bùn là khoảng 7 tỷ
phân bố ở cả 3 miền.
Công nghệ khai thác than chủ yếu có 2 loại là khai thác mỏ lộ thiên và khai
thác hầm lò .Trong đó khai thác mỏ lộ thiên có độ an toàn lao động và điều kiện
sản xuất tốt hơn, năng suất lao động cao hơn, thời gian và chi phí xây dựng ít hơn
,tuy nhiên, việc khai thác lộ thiên lại phụ thuộc và chịu ảnh hƣởng trực tiếp vào
điều kiện khí hậu: mƣa, nắng, gió, bão…, dễ ảnh hƣởng xấu tới môi trƣờng nhƣ:
làm thay đổi bề mặt địa hình, gây bụi, gây ồn, làm ô nhiễm nguồn nƣớc, không
khí….Khai thác hầm lò đƣợc sử dụng với các mỏ nằm sâu dƣới lòng đất, phần lớn
các khâu công nghệ khai thác thực hiện trong các đƣờng lò dƣới lòng đất nên mức
độ và phạm vi ảnh hƣởng tới môi trƣờng thấp hơn so với khai thác lộ thiên, chủ
yếu là làm thay đổi mực nƣớc ngầm, giảm tài nguyên nguồn nƣớc, nhƣng vì vậy
mà nguy cơ tại nạn lao động cũng cao hơn do khả năng sập các đƣờng hầm lò .
Ngày nay, để đảm bảo độ an toàn cao nhất, ngƣời ta đã sử đụng các cột
chống thủy lực, giá đỡ thủy lực thay vì các loại cột chống gỗ nhƣ: giá thủy lực di
3


động XDY1T2/Hh/Lr, cột thủy lực đơn xà hộp, cột thủy lực đơn bơm dung dịch

ngoài DZ-22 và xà hộp DHFBC-2600, cột thủy lực đơn kết hợp với xà sắt DHJB1200…Để vận hành đƣợc cột chống thủy lực cần loại dầu thủy lực gốc nƣớc dạng
nhũ tƣơng với nồng độ 3-5% trong nƣớc nên rất kinh tế và giảm thiểu ô nhiễm môi
trƣờng. Cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật, chất lƣợng và chủng loại của
các loại dầu này đƣợc cải tiến và nâng cao không ngừng.
 Tình Hình Khai Thác Và Sử Dụng Than
Than đá là một loại nhiên liệu hóa thạch đƣợc hình thành ở các hệ sinh thái
đầm lầy nơi xác thực vật đƣợc nƣớc và bùn lƣu giữ không bị oxi hóa và phân hủy
bởi vi sinh vật và cả ở những cánh rừng bị cháy đƣợc vùi lấp. Than đá là sản phẩm
của quá trình biến chất, là các lớp đá có màu đen hoặc đen nâu có thể đốt cháy
đƣợc. Thành phần chính của than đá là cacbon, ngoài ra còn có các yếu tố khác,
chủ yếu là hidro, lƣu huỳnh, oxi, nito. Than đá đƣợc sử dụng nhiều trong sản xuất
và đời sống. Than đá là nguồn nhiên liệu sản xuất điện năng lớn nhất thế giới.
Trƣớc đây, than đá dung làm nhiên liệu cho máy hơi nƣớc, đầu máy xe lửa. Sau đó,
than làm nhiên liệu cho nhà máy nhiệt điện, ngành luyện kim. Gần đây than còn
dung cho ngành hóa học tạo ra các sản phẩm nhƣ dƣợc phẩm, chất dẻo, sợi nhân
tạo. Than chì dùng làm điện cực. Than có tính chất hấp phụ chất độc nên ngƣời ta
gọi là than hoạt tính có khả năng giữ trên bề mặt các chất khí, chất hơi, chất tan
trong dung dịch. Dùng nhiều trong việc máy lọc nƣớc, làm trắng đƣờng, mặt nạ
phòng độc…
Than Việt Nam có thể chia làm 4 loại: than antraxit, than bùn, than bitum,
than lignit:
Than antraxit: có trữ lƣợng và tiềm năng lớn của Việt Nam, đƣợc phân bố
gần nhƣ khắp miền Bắc và miền Trung nƣớc ta, chủ yếu thuộc các mỏ ở bể
than Quảng Ninh, và rải rác ở các mỏ thuộc các tỉnh :Quán Triều (Thái
Nguyên), Sƣờn Giữa (Quảng Nam)….
Than bùn: nằm rải rác từ Bắc vào Nam, nhƣng chủ yếu tập trung ở đồng
bằng sông Cửu Long với 2 mỏ than lớn là U Minh Thƣợng và U Minh Hạ.
Than bitum: chủ yếu tập trung ở các mỏ: mỏ Làng Cẩm và Phấn Mễ (Thái
Nguyên), mỏ Khe Bố (Nghệ An), mỏ Đồi Hoa (Hòa Bình), mỏ Suối Bàng
và Mƣờng Lựm (Sơn La) …

4


Than lignit: phân bố chủ yếu ở bể than Đồng bằng sông Hồng, mỏ than Na
Dƣơng (Lạng Sơn), và một số mỏ khác nhƣng hầu hết là các mỏ nhỏ , trữ
lƣợng không lớn.
Theo báo cáo của Tập đoàn công nghiệp Than – Khoáng Sản Việt Nam
(TKV): năm 2012, sản lƣợng than nguyên khai sản xuất đạt 44,06 triệu tấn, than
sạch 39,6 triệu tấn, than tiêu thụ 39,38 triệu tấn; năm 2014 sản lƣợng than nguyên
khai là 37,5 triệu tấn, tiêu thụ đƣợc 35,5 triệu tấn than sạch; năm 2015 sản lƣợng
than nguyên khai là 37,6 triệu tấn, than tiêu thụ trên 35,5 triệu tấn; năm 2016 sản
lƣợng than nguyên khai đạt 34,8 triệu tấn.
Bộ Công Thƣơng đã thăm dò, khảo sát trữ lƣợng tài nguyên than Việt Nam
dự tính đến ngày 31/12/2015 khoảng 48,88 tỷ tấn. Cũng theo tính toán của Bộ
Công Thƣơng, nhu cầu sử dụng than năm 2020 đạt khoảng 86,4 triệu tấn, năm
2025 là khoảng 121,5 triệu tấn và năm 2030 khoảng 156,6 triệu tấn. Trong đó nhu
cầu lớn nhất đó là nhiệt điện, với sử dụng của năm 2020 khoảng 64,1 triệu tấn, năm
2025 khoảng 96,5 triệu tấn và năm 2030 khoảng 131 triệu tấn. Với mục tiêu phát
triển ngành than đến năm 2020, xét đến 2030 là xây dựng ngành than Việt Nam
thành ngành công nghiệp phát triển, có sức cạnh tranh cao, có trình độ công nghệ
tiên tiến so với khu vực ở tất cả các khâu thăm dò, khai thác, sang tuyến, chế biến,
sử dụng than, đáp ứng đủ than cho nhu cầu trong nƣớc, đặc biệt là than cho sản
xuất điện. Bộ Công Thƣơng định hƣớng trong quy hoạch khai thác gồm: quy hoạch
các mỏ có quy mô nhỏ thành mỏ có quy mô lớn; phát triển sản lƣợng khai thác
theo hƣớng bền vững, hiệu quả, quy hoạch đổ thải theo hƣớng sử dụng tối đa bãi
thải trong; đầu tƣ một số dự án thử nghiệm tại bể than sông Hồng để lựa chọn công
nghệ hợp lí.
Để thực hiện đƣợc mục tiêu phát triển ngành than, với việc khai thác hầm lò
đang trở thành xu hƣớng tất yếu bởi lẽ các mỏ lộ thiên hiện không còn nhiều, thì
nhu cầu về dầu thủy lực sử dụng cho các hệ thống cột chống thủy lực trong khai

thác hầm lò là rất quan trọng.

5


1.2 Cột Thủy Lực Trong Khai Thác Hầm Lò

Hình 1.1: Hình ảnh hệ thống cột chống thủy lực trong hầm lò
Hệ thống cột chống thủy lực bắt đầu đƣợc áp dụng tại các mỏ than của Tập
đoàn Vinacomin từ cuối những năm 90 của thế kỉ XX. Các hệ thống thủy lực này
đƣợc nhập khẩu đồng bộ (cùng với dầu thủy lực đi kèm theo tiêu chuẩn MT 76-83
cả Trung quốc) hoàn toàn từ Trung Quốc. Đến năm 2008 bắt đầu nhập và thử
nghiệm sử dụng các hệ thống giá khung thủy lực.
Xylanh

Piston

Q

Q

l2

l1

Hình 1.2: Kết cấu của cột chống thủy lực
Cột chống thủy lực có các tính năng nổi bật nhƣ:
-

Sức chống lớn

Chiều dài chống thay đổi phù hợp với các điều kiện đƣờng lò khác nhau
Sử dụng đơn giản
Làm việc ổn định
Tuổi thọ cao

6


Bảng 1.1: Thông số kỹ thuật cột chống thủy lực
Model

Áp suất làm
việc (Mpa)

Tải trọng
(kN)

DW 16
DW 18
DW 20
DW 22
DW 25
DW 28

38,2
38,2
38,2
38,2
38,2
38,2

118 – 157
119 – 157
120 – 157
121 – 157
122 – 157
123 - 157

1. Mái trƣớc
2. Xà đỡ
3. Xylanh tiến
gƣơng
4. Xylanh nâng hạ
mái trƣớc
5. Mái trƣớc
6. Mái sau
7. Hệ thống thủy
lực
8. Tấm chắn
9. Cột chống

Phần đầu cột chống

Chiều cao
Minmax(mm)
1000 – 1600
1105 – 1800
1235 – 2000
1440 – 2240
1700 – 2500

2000 – 2800

Khối lƣợng
(kg)
43
46
48
55
58
70

Q1

Q2

Hình 1.3: Mô hình tổng quát giá khung thủy lực di động
Hiện nay, 100% cột chống thủy lực đơn đã nội địa hóa hoàn toàn do công ty
chế tạo máy Việt Nam thuộc Tập đoàn Vinacomin sản xuất. Từ năm 2008, Tập
đoàn cũng phối hợp với Công ty TNHH Huy Việt, Cảnh Tân, Trung Quốc nghiên
cứu sản xuất và nội địa hóa các loại khung giá di động phù hợp với điều kiện vùng
mỏ Việt Nam trên cơ sở các loại khung giá tƣơng ứng của Trung Quốc. Với nhiệm
vụ đẩy mạnh cớ giới hóa hầm lò, việc các cột chống, khung giá thủy lực di động
đƣợc đƣa vào trong khai thác ngày càng nhiều, điều này đặt ra yêu cầu một lƣợng
lớn chất lỏng thủy lực để vận hành chúng. Những năm gần đây, các Xí nghiệp
7


thuộc tập đoàn Vinacomin đã tiến hành nghiên cứu pha chế các loại dầu thủy lực
dần thay thế các sản phẩm dầu nhũ thủy lực của Trung Quốc, nhƣng vẫn đang áp
dụng theo tiêu chuẩn MT 76-2002 của Trung Quốc.

1.3 Chất Lỏng Thủy Lực
1.3.1 Chức năng của dầu thủy lực

-

-

-

Chức năng của dầu thủy lực:
Truyền tải lực: Đây là chức năng chính của dầu thủy lực. Sử dụng dầu thủy
lực để truyền lực là phƣơng pháp hiệu quả và kinh tế.
Bôi trơn các bộ phận thiết bị: Dầu thủy lực bôi trơn có tác dụng làm giảm
ma sát và ăn mòn, kéo dài tuổi thọ của thiết bị.
Làm môi trƣờng truyền nhiệt: Đây là chức năng rất cần thiết để đảm bảo
trong quá trình hoạt động, nhiệt độ của hệ thống không tăng lên quá cao ảnh
hƣởng tới hiệu quả làm việc hay có thể khiến hệ thống bị ăn mòn, dừng hoạt
động.
Giảm chấn do sự thay đổi áp suất đột ngột.
Làm môi trƣờng kín bề mặt các bộ phận, chi tiết của hệ thống thủy lực, giảm
thiểu sự rò rỉ, và tránh cho hệ thống tiếp xúc bụi bẩn và các tác nhân bên
ngoài.
Yêu cầu của dầu thủy lực:
Đặc tính bôi trơn tốt;
Đặc tính chịu mòn tốt,
Độ nhớt phù hợp;
Hạn chế sự ăn mòn tốt;
Đặc tính chống tạo bọt khí;
Ngăn nƣớc tốt.

Ứng dụng trong một số lĩnh vực:
- Công nghiệp: Dùng trong thiết bị vận chuyển vật liệu (máy xúc, máy đào,
cần cẩu…); thiết bị nén và tạo hình vật liệu (máy ép, cắt, gấp, cuốn, chấn…);
máy công cụ gia công kim loại.
- Hàng không: Hệ thống điều khiển bộ phận hạ cánh máy bay.
- Hàng hải: Thiết bị thay đổi hƣớng, điều khiển tuabin; cần cẩu.
8


1.3.2 Phân loại chất lỏng thủy lực
Theo hệ thống phân loại ISO 6743/4 có rất nhiều loại chất lỏng thủy lực tùy
theo thành phần cấu tạo của chúng (bảng 1.2)
Bảng 1.2: Phân loại các chất lỏng thủy lực
Kí hiệu
HH
HL
HM
HR
HV
HG
HS
HF
HFAE
HFAS
HFB
HFC
HFD
HFDR
HFDS
HFDT

HFDU

Thành phần cơ bản
Dầu khoáng tinh chế không có phụ gia
Dầu khoáng tinh chế có phụ gia ức chế oxy hóa và ức chế gỉ
HL thêm phụ gia chống mài mòn
HL thêm phụ gia cai thiện chỉ số độ nhớt
HM thêm phụ phụ gia cải thiện chỉ số độ nhớt
HM có tính chất chống kẹt dính khi trƣợt
Chất tổng hợp có tính chất chống cháy đặc biệt
Chất lỏng chống cháy, các chữ cái thêm vào sau chữ HF sẽ
đặc trƣng cho từng loại riêng nhƣng vẫn thuộc nhóm HF
Nhũ tƣơng dầu trong nƣớc có chứa tối đa 20% khối lƣợng dầu
Chất lỏng thủy lực tổng hợp có chứa tối thiểu 80% nƣớc trong
dung dịch
Nhũ tƣơng nƣớc trong dầu chứa tối đa 60% khối lƣợng dầu
khoáng
Dung dịch chứa tối thiểu là 35% nƣớc trong các polymer tan
trong nƣớc
Những chất lỏng chống cháy không phải gốc nƣớc
HFD có thành phần chủ yếu là este của axitphosphoric
HFD có thành phần chủ yếu là các hợp chất chứa halogen
Hỗn hợp của HFDR và HFDS
HFD khác HFDR, HFDS, HFDT

Nƣớc đƣợc biết đến là chất lỏng thủy lực đầu tiên, đƣợc sử dụng bởi ngƣời
Ai Cập cổ. Từ những năm 1920, các chất lỏng thủy lực dạng dầu bắt đầu đƣợc sử
dụng phổ biến thay thế cho nƣớc do nhiều ƣu điểm hơn nhƣ: nhiệt độ sôi cao hơn,
hao hụt ít, bôi trơn tốt, độ bền và ổn định cao, chịu nén tốt, có khả năng chống ăn
mòn kim loại.

9


1.3.3 Chất lỏng thủy lực cho hệ thống cột chống hầm lò.
Chất lỏng thủy lực (CLTL) là thành phần thiết yếu đóng vai trò quan trọng
trong việc vận hành các hệ thống thủy lực, đảm bảo sự hoạt động ổn định của các
thiết bị máy móc sử dụng trong đời sống và sản xuất. Tùy theo điều kiện khai thác,
môi trƣờng làm việc cụ thể, cũng nhƣ tùy theo cấu tạo của thiết bị mà hệ thống
thủy lực đƣợc sử dụng cũng cần phù hợp. Hệ thống thủy lực có thể là tĩnh hay
động, có thể làm việc trong không gian kín hoặc không gian mở hay làm việc ở
nhiệt độ âm. Điều này dẫn đến các chất lỏng thủy lực sử dụng trong hệ thống thủy
lực cũng khác nhau.
Trƣớc đây, dầu thủy lực trên nền dầu khoáng đƣợc sử dụng rộng rãi trong
khai thác hầm lò. Vào năm 1956 tại Macxinel – Bỉ, đã xảy ra vụ cháy lớn với
nguyên nhân là do dầu thủy lực bị bắt cháy khi có sự cố sinh tia lửa điện trong khi
đƣờng dẫn dầu thủy lực bị rò rỉ trong hầm lò làm 267 ngƣời thiệt mạng. Từ đó, vì lí
do an toàn, tránh các rủi ro nguy hiểm có thể xảy ra trong hệ thống thủy lực xuất
phát từ sự rò rỉ trong hệ thống thủy lực khi vận hành, hoặc do sự quá nhiệt của hệ
thống khi chịu áp suất cao và sự tự bốc cháy của dầu, ngƣời ta bắt buộc phải dùng
chất lỏng thủy lực chống cháy (CLTLCC) trong khai thác hầm lò.
Các CLTLCC (dung dịch làm việc) cần phải đáp ứng một số yêu cầu kỹ
thuật nhƣ:
-

Độ đặc càng thấp càng tốt
Hệ số nén nhỏ
Độ nhớt không 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
Tƣơng thích với các gioăng phớt của hệ thủy lực
Dễ tách khí
Ít tạo bọt
Không bị đông đặc ở nhiệt độ thấp
CLTLCC thông thƣờng đƣợc chia làm 2 nhóm lớn:

10


- Chất lỏng thủy lực chống cháy không nước (hàm lƣợng nƣớc ≤ 0,1% khối
lƣợng): là các CLTL thuộc nhóm HFD (bảng 1.2). Đại diện cho phân nhóm
này là các silicon, polyclobiphenyl, este của axit phosphoric. Do giá thành
cao và độ bôi trơn không nổi trội nên silicon không đƣợc sử dụng nhiều. Các
biphenyl đƣợc polyclo hóa (có hàm lƣợng clo cao từ 35÷50%) là CLCC rất
tốt, nhƣng độ độc cao nên không còn xuất hiện trên thị trƣờng. Este của axit
phosphoric đƣợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và trong các lĩnh vực
đòi hỏi kỹ thuật cao nhƣ hàng không, quân đội. Tuy nhiên, hiện nay việc sử
dụng chúng đã giảm nhiều do chúng ít tƣơng thích với dầu khoáng, không an
toàn với môi trƣờng và rất đắt. Khả năng chống mài mòn rất tốt, nhƣng
chúng tƣơng đối độc hại với ngƣời sử dụng, nếu bị chảy tràn thì biện pháp
xử lí cũng rất phức tạp; khi phân hủy nhiệt thƣờng sinh khí độc hại, dễ bị
thủy phân tạo axit ăn mòn; tỷ trọng của chúng nặng hơn nƣớc nên khi thải
bỏ hoặc bị lẫn vào hệ thống nƣớc thải thì xử lí rất khó khăn.Ngoài ra còn
CLTLCC nhóm HFDU (polyol este), chúng có độ an toàn môi trƣờng và an
toàn sức khỏe nhất hiện nay. Chúng có khả năng phân hủy sinh học và dễ xử
lý do có tỷ trọng tƣơng tự dầu gốc khoáng. Khi bị thủy phân, khi phân hủy
nhiệt hoặc bị đốt cháy chúng tạo ra các sản phẩm không độc hại.
- Chất lỏng thủy lực chống cháy có nước: Các CLTLCC nhóm HFA, HFB và
HFC chứa một lƣợng nƣớc lớn ở dạng nhũ tƣơng hay dung dịch thuộc loại

này. Hàm lƣợng nƣớc cao đảm bảo cho khả năng cháy thấp , các chất lỏng
này không những đƣợc dùng trong các ứng dụng yêu cầu khả năng cháy thấp
mà còn đƣợc dùng trong trƣờng hợp khi có sự mất mát lớn do rò rỉ, giá thành
các chất lỏng này rẻ hơn so với các CLCC không chứa nƣớc, trong trƣờng
hợp ứng dụng không cho phép sự có mặt của dầu khoáng.
Bảng 1.3: Một số tính chất của các loại CLTLCC có chứa nƣớc
Các tính chất
Nhiệt độ tự bốc cháy
Khả năng phân hủy
sinh học
Tính bôi trơn

HFAE
HFB
HFC
Nhũ tƣơng dầu
Nhũ tƣơng
Dung dịch
trong nƣớc
nƣớc trong dầu
polyme
Tùy thuộc vào quy trình kiểm tra nhƣng cao hơn của
dầu khoáng, có thể trên 500°C trên bề mặt nóng
Tốt với nguyên
Nhƣ dầu
Trung bình tới
liệu đầu phù hợp
khoáng
kém
Phù hợp

Phù hợp đến tốt
Tốt
11


Nhiệt độ làm việc
Khả năng ức chế ăn
mòn
Yêu cầu làm kín
Khả năng tƣơng hợp
với vật liệu làm kín
Gây ăn mòn kim loại
Truyền nhiệt, làm
mát
PH
Hàm lƣợng nƣớc

5÷55°C

5÷60°C

-20÷60°C

Phù hợp

Tốt

Tốt

Không

Không

Không

Tốt

Tốt

Tốt

Nhỏ không đáng kể
Rất tốt

Tốt

Tốt

7,5÷9
Tối thiểu 80%

7,5
≈ 75%

7,5÷11
Tối thiểu 35%

HFB: CLTLCC loại HFB là dung dịch nhũ nƣớc trong dầu đƣợc 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. Ngày nay

ngƣời ta ít dùng loại này do chúng đòi hỏi loại dầu đặc chủng, tính chất nhiệt độ
thấp của chúng không đƣợc tốt do nƣớc 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 mất nƣớc nên không thuận
tiện khi sử dụng. Chúng có thể bị tách thành 2 lớp và đánh mất hoàn toàn khả năng
làm việc.
HFC: là CLTLCC thƣờng đƣợc dùng thay thế cho dầu thủy lực gốc khoáng
trong các ứng dụng ở nơi dễ xảy ra cháy. Các chất lỏng HFC điển hình là hỗn hợp
của glycol, ete glycol tan trong nƣớc và polyglycol có các phụ gia chống oxy hóa
và chống gỉ. Hàm lƣợng nƣớc tối thiểu là 35% đóng vai trò chống cháy, do năng
lƣợng để bay hơi nƣớc là rất lớn nên khả năng bắt cháy và lan tỏa đám cháy của
HFC là rất nhỏ. Trong quá trình sử dụng, nhũ tƣơng luôn đƣợc kiểm tra và làm
sạch; đặc biệt cần dùng chất diệt khuẩn cho hệ để đảm bảo thời gian sử dụng của
nhũ.
HFA: Trong số các loại CLTL thì HFA là thích hợp cho các hệ thống thủy
lực dùng trong khai thác hầm lò với điều kiện cần phải thải bỏ lien tục và các hệ
thống thủy lực dùng trong cán thép với kim loại đƣợc nấu chảy, do ƣu điểm đáp
ứng đƣợc yêu cầu chống cháy rất cao, an toàn với môi trƣờng. Chúng đủ đáp ứng
về mặt bôi trơn, chống ăn mòn mài mòn và chịu áp đến 300atm. Tuy nhiên, chúng
12


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 đƣợc chỉ
định dùng loại HFA, không thể chuyển đổi thay thế cho dầu thủy lực nền dầu
khoáng đƣợc. HFA đƣợc chia thành 2 loại HFA-E và HFA-S:
- HFA-E: là nhũ tƣơng chứa 1÷5% khối lƣợng dầu trong nƣớc. 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 nƣớc hƣớng ra dung dịch nƣớc tạo

thành hạt nhũ dầu trong nƣớc. Tùy theo kích thƣớc của hạt nhũ tạo thành các
hệ nhũ có màu khác nhau trắng sữa hoặc xanh (bảng 1.4).
- HFA-S: là dung dịch chứa đến 20% dầu tổng hợp và ≥ 80% là nƣớc, do vậy
còn đƣợc gọi là chất lỏng thủy lực nền nƣớc HWBF (high-water- based
fluids). Các CLTL loại này thuộc thế hệ mới, có tính thân thiện môi trƣờng
nhƣng giá thành khá cao, khó triển khai sử dụng trong điều kiện kinh tế và
kỹ thuật ở Việt Nam.
Bảng 1.4: Mối liên hệ giữa kích thƣớc hạt và trạng thái cảm quan của nhũ
Kích thƣớc hạt nhũ
>1µm
0,1 ÷1,0µm
0,05÷0,1µm
<0,05µm
<1nm

Trạng thái, cảm quan của nhũ
Nhũ màu trắng sữa
Nhũ màu trắng ánh xanh
Nhũ có độ trong vừa phải, có ánh xám
Dung dịch trong suốt
(vi nhũ, siêu vi nhũ)
Dung dịch thực

1.4 Nhũ
- Là một hệ phân tán cao của hai hay nhiều chất lỏng không trộn lẫn
vào nhau, một trong hai có mặt dƣới dạng những giọt nhỏ của pha bị
phân tán, pha còn lại dƣới dạng pha liên tục .
- Phân loại: Trong phần lớn trƣờng hợp một trong hai pha của nhũ
tƣơng là nƣớc thì ngƣời ta phân biệt hai trƣờng hợp: Nhũ tƣơng nƣớc
trong dầu W/O (còn gọi là nhũ tƣơng nghịch: môi trƣờng phân tán là

dầu) và nhũ tƣơng dầu trong nƣớc O/W (nhũ tƣơng thuận: môi trƣờng
phân tán là nƣớc). Hình 1.4.
13


Hình 1.4: Nhũ tƣơng dạng dầu trong nƣớc và nƣớc trong dầu
Ngoài ra, nhũ tƣơng còn đƣợc phân loại theo nồng độ gồm: nhũ tƣơng
loãng, nhũ tƣơng đặc và nhũ tƣơng đậm đặc. Nhũ tương loãng: là loại
nhũ tƣơng chỉ có khoảng 0,1% thể tích là pha phân tán,hạt nhũ tƣơng
hình cầu có bán kính hạt khoảng
cm, vì nồng độ nhỏ nên nhũ
tƣơng loại này tƣơng đối bền, không cần chất nhũ hóa. Nhũ tương
đặc: pha phân tán chiếm tới 74% thể tích hệ, kích thƣớc hạt tƣơng đối
lớn 0,1-1µm và lớn hơn, loại nhũ tƣơng này kém bền, dễ sa lắng hoặc
nổi, muốn duy trì phải đƣa vào chất nhũ hóa. Nhũ tương đậm đặc: pha
phân tán chiếm hơn 74% thể tích hệ, loại nhũ tƣơng này không thể sa
lắng, chỉ có thể tồn tại khi có mặt chất nhũ hóa.
- Nhũ tƣơng là một hệ không bền vững vì giữa bề mặt phân pha dầu và
nƣớc tồn tại một dạng năng lƣợng bề mặt (năng lƣợng tự do Gibbs);
các hạt nhũ tƣơng tự ý liên kết lại với nhau lại thành tập hợp và cuối
cùng hệ tách thành hai lớp dầu và nƣớc. Vì vậy ngƣời ta thêm các chất
hoạt động bề mặt làm giảm sức ép bề mặt giữa hai pha dầu và nƣớc,
do đó làm giảm động lực của sự phân pha, ổn định nhũ. Hầu nhƣ các
loại nhũ đều đục do ánh sáng bị tán xạ khi gặp các hạt nhũ phân tán.
Khi đƣờng kính hạt nhũ giảm xuống khoảng 0,1µm trở xuống, nhũ sẽ
gần nhƣ trong suốt đến trong suốt, khi đó sẽ gọi là vi nhũ.
1.5 Vi Nhũ
Chất lỏng vi nhũ đƣợc khám phá khá sớm và đƣa ra lần đầu tiên vào những
năm 40 của thế kỷ XX, do hai nhà khoa học Hoar và Schulman đƣa ra sau khi hai
ông tình cờ hòa nhũ tƣơng sữa vào hexanol, phát hiện thấy hệ nhũ tƣơng có độ

14


phân tán rất cao, kích thƣớc hạt nhũ khác thƣờng, nhỏ hơn rất nhiều so với hạt nhũ
tƣơng thông thƣờng và ông gọi đó là “microemulsion”.
Một hệ vi nhũ có thể đƣợc định nghĩa đơn giản nhƣ sau: “ Hệ vi nhũ là hệ
phân tán vi dị thể, gồm pha dầu và pha nƣớc phân tán đồng nhất vào nhau và đƣợc
ổn định bởi phân tử các chất hoạt động bề mặt trên bề mặt phân cách hai pha, có
tính đẳng hƣớng về mặt quang học (tức là trong suốt hoặc trong mờ, ánh sáng có
thể dễ dàng đi qua), ổn định về mặt nhiệt động học giống một dung dịch lỏng”.
Quan sát bằng kính hiển vi, một vi nhũ trông nhƣ một dung dịch đồng thể, nhƣng ở
kích thƣớc phân tử nó lại là hệ dị thể.
Nhƣ vậy thành phần cơ bản của vi nhũ gồm có hai pha dầu và nƣớc, các
chất hoạt động bề mặt:
- Pha dầu: gồm những chất lỏng không phân cực nhƣ dầu lạc, dầu đậu
tƣơng, dầu hƣớng dƣơng, triglyceride mạch cacbon no trung bình, axit
oleic…và các chất hòa tan vào chúng nhƣ: methanol, terpen, tinh dầu..
- Pha nƣớc: gồm những chất lỏng không phân cực hay dùng trong bào
chế nhƣ: nƣớc, ethanol, propyle glycol…và các chất dễ hòa tan vào
chúng.
- Chất hoạt động bề mặt (chất nhũ hóa): là các chất có khả năng làm
giảm sức căng bề mặt pha, qua đó giúp hình thành và ổn định hệ vi
nhũ. Phân tử chất hoạt động bề mặt gồm 2 phần: phần ƣa nƣớc và
phần ƣa dầu, tính chất hoạt động bề mặt phụ thuộc vào hai phần này.
- Ngoài ra có thể có thêm chất đồng điện hóa: là thành phần cho thêm
vào, có vai trò quan trọng trong việc hình thành vi nhũ tƣơng.
Bản chất của sự tƣơng tác giữa dầu và nƣớc là lực đẩy, sự hiện diện của các
phân tử chất hoạt động bề mặt làm thay đổi cân bằng giữa các lực này thành lực
hấp dẫn. Tác dụng ổn định của các chất hoạt động bề mặt đƣợc tạo ra do sự hình
thành các dạng vi cấu trúc khác nhau khiến cho tƣơng tác dầu-nƣớc ổn định. Cấu

trúc bên trong của một vi nhũ ở một nhiệt độ cho trƣớc đƣợc quyết định bởi tỉ lệ
hợp phần của nó. Cấu trúc này gồm cả những giọt nano nhỏ hình cầu đơn kích
thƣớc hoặc 1 pha chuyển tiếp. Khi các phân tử chất hoạt động bề mặt có một nồng
độ nhất định, đồng thời:

15


- Ở nồng độ cao của nƣớc, cấu trúc bên trong của vi nhũ bao gồm
những droplet dầu trong pha tiếp giáp nƣớc (hình thành hạt micellesmixen thuận).
- Với sự tăng nồng độ dầu, một mặt phân pha không có hình dạng xác
định đƣợc hình thành.
- Ở nồng độ dầu cao, mặt phân pha chuyển thành cấu trúc của một
droplet nƣớc trong pha tiếp giáp dầu (reverse micelles-mixen nghịch),
cũng đƣợc gọi là một vi nhũ nƣớc/dầu.
Giá trị kích thƣớc của những droplet khác nhau từ 10nm đến 100nm phụ thuộc vào
loại chất hoạt động bề mặt. Nó cũng chỉ ra rằng hệ rất nhạy cảm với nhiệt độ, đặc
biệt với trƣờng hợp chất hoạt động bề mặt không ion. Việc tăng nhiệt độ sẽ phá
hủy các hạt dầu trong khi những hạt nƣớc bị phá hủy khi giảm nhiệt độ. Về cơ bản,
hệ vi nhũ cũng giống nhƣ nhũ tƣơng thông thƣờng đƣợc phân loại thành nƣớc
trong dầu và dầu trong nƣớc.

Hình 1.5: Cấu tạo hạt mixen
a. Mixen thuận(dầu trong nƣớc) b. Mixen ngịch( nƣớc trong dầu)
1.6 Dầu Thủy Lực Vi Nhũ
Đã có nhiều nghiên cứu về dầu nhũ thủy lực nhằm nâng cao chất lƣợng, cải
thiện đặc tính và tìm ra các loại dầu thủy lực mới ƣu việt hơn. Từ khi chất lỏng vi
nhũ đƣợc đƣa ra, các nhà khoa học đã có nhiều nghiên cứu cụ thể hơn về nó. Tới
những năm 1970, bắt đầu có những thử nghiệm ứng dụng thực tế đầu tiên của hệ vi
nhũ và tới những năm 1980, dầu thủy lực hệ vi nhũ bắt đầu đƣợc nghiên cứu thử

nghiệm trong khai khoáng. Các hệ vi nhũ này nhìn trong suốt hoặc trong vừa phải
có kích thƣớc hạt vô cùng nhỏ cỡ ≤100nm (khi ≤ 10nm thì gọi là hệ siêu vi nhũ) và
có nhiều tính chất ƣu việt hơn hẳn nhũ tƣơng thông thƣờng, đặc biệt là khả năng
16


bôi trơn trên các bề mặt kim loại và độ bền nên đƣợc sử dụng nhiều trong các ứng
dụng: làm dung dịch khoan để tăng cƣờng khả năng thu hồi dầu trong khai thác
dầu mỏ, trong tổng hợp xúc tác, trong tổng hợp thuốc, ứng dụng trong y khoa,
trong công nghiệp khai khoáng… Hiện nay, trên thế giới đang có xu hƣớng ứng
dụng các loại dầu thủy lực dạng vi nhũ này vào trong các hệ thống khai thác hầm
lò, và hầu hết các ngành khai khoáng tại các nƣớc công nghiệp phát triển đều đã sử
dụng loại dầu thủy lực hệ vi nhũ hoặc siêu vi nhũ này.
Cũng nhƣ tất cả các loại dầu thủy lực nói chung, dầu vi nhũ thủy lực có
thành phần gồm: dầu gốc, chất hoạt động bề mặt và các phụ gia. Dầu gốc là các
loại dầu khoáng tinh chế, dầu tổng hợp, dầu động thực vật hoặc các chất béo đã
biến tính bằng các quá trình sunfonat hóa, oxi hóa hoặc hydro hóa. Chất hoạt động
bề mặt là các chất có khả năng làm giảm sức căng bề mặt pha, qua đó giúp hình
thành hệ vi nhũ. Phụ gia là các chất đƣợc thêm vào để nâng cao các tính chất riêng
biệt vốn có hoặc bổ sung các tính chất sẵn có nhằm mục đích thu đƣợc sản phẩm
đạt yêu cầu.
1.6.1 Dầu gốc
Dầu gốc là dầu thu đƣợc sau quá trình chế biến, xử lý tổng hợp bằng các quá
trình xử lý vật lý và hóa học. Dầu gốc dùng pha chế dầu thủy lực gồm ba loại: dầu
gốc khoáng, dầu tổng hợp hoặc dầu động thực vât.
a. Dầu gốc khoáng
Dầu gốc khoáng là dầu đƣợc chƣng cất từ dầu mỏ sau khi đã tách ra các
thành phần không mong muốn, chủ yếu thu đƣợc từ quá trình chƣng cất chân
không sản phẩm đáy của tháp chƣng cất khí quyển. Dầu gốc khoáng có nhiều ƣu
điểm nhƣ: bôi trơn tốt, đặc tính độ nhớt-áp suất tốt, phù hợp khi sử dụng ở nhiệt độ

cao, tƣơng hợp với các kim loại và làm kín, hạn chế ăn mòn tốt nên thƣờng đƣợc
sử để làm dầu bôi trơn cho các thiết bị thủy lực. Nhƣợc điểm của nó là dễ cháy nổ,
dễ bị phân hủy sinh học, ảnh hƣởng xấu tới sức khỏe con ngƣời và môi trƣờng khi
bị rò rỉ ra ngoài nên quá trình pha chế CLTLCC cần lựa chọn dầu gốc khoáng thích
hợp.
Dầu gốc khoáng đƣợc sử dụng pha chế trong dầu thủy lực chống cháy là các
dầu tinh chế, thƣờng là dầu parafinic hoặc naphtenic trong phân đoạn chƣng cất
17


chân không cặn mazut với khoảng nhiệt độ sôi 350-500°C. Các hợp chất
hydrocacbon thơm bị hạn chế sử dụng do có thể tạo ra các hydrocacbon thơm đa
vòng gây bệnh ung thƣ.
b. Dầu tổng hợp
Dầu gốc khoáng đƣợc sử dụng rộng rãi với nhiều ƣu điểm tốt, tuy nhiên
trong một vài trƣờng hợp các thiết bị hoạt động đòi hỏi các đặc tính vật lý và hóa
học đặc biệt mà tính chất dầu gốc khoáng không đủ để đáp ứng. Ngày nay, để đáp
ứng yêu cầu ngày càng cao đó, ngƣời ta bắt đầu quan tâm đến dầu gốc tổng hợp
nhiều hơn. Dầu gốc tổng hợp là dầu đƣợc tạo ra bằng các quá trình chế biến hóa
học từ những hợp chất ban đầu, do đó nó có những tính chất đƣợc định ra từ trƣớc.
Dầu tổng hợp có khả năng chịu đƣợc các điều kiện làm việc khắc nghiệt hơn
rất nhiều lần so với dầu gốc khoáng nhƣ: bền với các tác nhân oxi hóa (do đó tuổi
thọ dầu cao hơn), khoảng nhiệt độ làm việc rộng hơn (khoảng từ -55°C đến
320°C), chỉ số độ nhớt vƣợt trội ( cho phép độ nhớt ít biến đổi ngay cả khi nhiệt độ
làm việc thay đổi mạnh, vì vậy đảm bảo quá trình bôi trơn), chống cháy tốt, ít tiêu
hao hơn.. Nhƣợc điểm lớn nhất của dầu tổng hợp là cần nhiều công đoạn tổng hợp
hóa học phúc tạp và không sản xuất đƣợc số lƣợng lớn nhƣ dầu gốc khoáng, do đó
giá thành dầu gốc tổng hợp cao hơn dầu gốc khoáng thƣờng từ 5-100 lần, ngoài ra
còn không có các tính năng đa dạng đƣợc nhƣ dầu gốc khoáng vì trong hỗn hợp chỉ
có mặt của một số cấu tử thực hiện một loại chức năng riêng biệt nào đó.

Thành phần của dầu gốc tổng hợp chủ yếu bao gồm các thành phần:
- Hydrocacbon tổng hợp oligomer olefin (polyalphaolefin, polubutylen)
,ankyl của hydrocacbon thơm, hydrocacbon no mạch vòng..
- Các este hữu cơ nhƣ các este diaxit, este polyol của axit béo
- Polyglucol chủ yếu là các polyme của etylen , propylene oxit có trọng
lƣợng phân tử cao hoặc cả hai
- Este photphat chủ yếu là các este ankyl/aryl photphat..
Độ bền và khả năng chống cháy phụ thuộc vào bản chất dầu gốc, có thể sắp
xếp theo thứ tự: hệ glycol-nƣớc > este photphat > polyol ete > dầu gốc khoáng.
Các este bậc 3 của axit phosphoric với ancol, phenol đƣợc ứng dụng nhiều làm dầu
tổng hợp, dầu thủy lực chống cháy do có đặc tính chống ăn mòn và chống cháy tốt.
18


Điểm cháy của este phosphat rất cao, trong khoảng từ 425÷600°C, tính chất bôi
trơn rất tốt và khả năng tƣơng hợp tốt nên este phosphat có thể trộn đƣợc với các
phụ gia, các loại dầu tổng hợp và dầu khoáng tuy nhiên lại không tƣơng hợp với
cao su, vecni, nhựa,… Hiện nay, các este của axit béo cũng đƣợc sử dụng trong
dầu thủy lực do đặc tính bền nhiệt và an toàn với con ngƣời và môi trƣờng. Ngoài
ra, ngƣời ta còn sử dụng các rƣợu nhƣ trimetylpropan(TMP), neopentyl glycol
(NPG) hoặc pentaary-thritol để tổng hợp các este polyol, các este polyol này có độ
bền nhiệt và bền thủy phân, và vì có nguồn gốc tự nhiên nên phân hủy sinh học tốt,
không ảnh hƣởng tới môi trƣờng .
c. Dầu động thực vật
Bản chất của dầu gốc động thực vật là este của rƣợu và axit béo, có nguồn
gốc từ dầu lanh, dầu dừa, dầu lạc, dầu cọ, dầu thầu dầu, mỡ động vật,…
Các este của các axit béo cũng đƣợc sử dụng trong dầu thủy lực do đặc tính
bền nhiệt, có khả năng phân hủy sinh học, an toàn với môi trƣờng và con ngƣời.
Thành phần axit béo của dầu thực vật bao gồm axit palmitic, axit steric, axit oleic,
axit linoleic và các axit khác, có cấu trúc mạch thẳng, phân tử chứa từ 8-22 cacbon.

Dầu động thực vật rất dễ bị phân hủy do vi sinh vật, đặc biệt trong trƣờng hợp
nguồn nƣớc không đảm bảo và không ổn định tại các mỏ, dẫn đến dầu thủy lực đặc
dễ bị tách lớp trong quá trình lƣu chứa, bảo quản. Vì vậy, chúng chủ yếu đƣợc
dùng để phối trộn với dầu khoáng hoặc dầu tổng hợp để đạt đƣợc một số chức năng
nhất định. Ngày nay, ngƣời ta thƣờng sử dụng dầu khoáng hay dầu tổng hợp do
tính chất ƣu việt, sản phẩm đa dạng phong phú và giá thành rẻ.
1.6.2 Chất hoạt động bề mặt
Chất hoạt động bề mặt đóng vai trò chất nhũ hóa là thành phần không thể
thiếu đƣợc của các loại dầu thủy lực và dầu thủy lực vi nhũ. Chúng quyết định độ
bền nhũ và dạng nhũ tạo thành là nhũ dầu trong nƣớc hay nhũ nƣớc trong dầu.
Phân tử chất hoạt động bề mặt gồm có 2 đầu: đầu ƣa nƣớc- đầu ƣa dầu, nên nó có
khả năng hấp phụ lên bề mặt phân chia pha giữa chất phân tán và môi trƣờng phân
tán, làm giảm sức căng bề mặt giữa hai pha. Phần ƣa dầu chứa gốc hydrocacbon
mạch đủ dài từ 8-21 nguyên tử cacbon, tùy theo phần ƣa nƣớc mà chất hoạt động
bề mặt đƣợc chia làm 3 loại: loại anion, loại cation và loại không ion. Ngoài ra còn
còn chất hoạt động bề mặt lƣỡng tính.
19


Chất hoạt động bề mặt anion: Chất hoạt động bề mặt mà khi hòa tan vào
nƣớc phân ly ra ion hoạt động bề mặt âm, chiếm phân lớn kích thƣớc toàn bộ phân
tử hay chính là mạch hydrocacbon khá dài, và ion thứ hai không có tính hoạt động
bề mặt. Đó là chất hoạt động bề mặt anion. Có khả năng hoạt động bề mặt mạnh
nhất so với các loại khác. Làm tác động tẩy rửa chính trong khi phối liệu, khả năng
lấy dầu cao, tạo bọt to nhƣng kém bền, bị thụ động hóa hay mất khả năng tẩy rửa
trong nƣớc cứng, nƣớc cứng tạm thời, các ion kim loại nặng (Fe, Cu). Đại diện là
các muối của kim loại kiềm với axit mạch dài, thƣờng không no (hỗn hợp của axit
oleic, axit béo, axit naphtenic,…) và các sunfonamit.
Chất hoạt động bề mặt cation: Chất hoạt động bề mặt mà khi hòa tan vào
nƣớc phân ly ra ion hoạt động bề mặt dƣơng, chiếm phần lớn kích thƣớc toàn bộ

phân tử hay chính là mạch hydrocacbon khá dài, và ion thứ hai không có tính hoạt
động bề mặt. Đó là chất hoạt động bề mặt cation. Có khả năng hoạt động bề mặt
không cao, êm dịu với da, tẩy dầu ít, không dùng với mực đích tạo bọt, làm bền
bọt, tạo nhũ tốt. Các chất hoạt động bề mặt cation quan trọng là các muối amoni
mạch akyl dài.
Chất hoạt động bề mặt không ion: Các chất hoạt động bề mặt khi hòa tan
vào trong nƣớc không phân ly thành ion gọi là chất hoạt động bề mặt không ion.
Đây là loại có khả năng hoạt động bề mặt không cao. Êm dịu với da, lấy dầu ít, làm
bền bọt và tạo nhũ tốt, ít chịu ảnh hƣởng của nƣớc cứng và PH của môi trƣờng.
Các chất nhũ hóa quan trọng loại này hầu hết chứa các gốc polyetylenoxit (gốc này
cho khả năng hòa tan trong nƣớc và các tính chất hoạt động bề mặt). Ví dụ là các
akyl-, ankyaryl-, axyl-, ankylamoni-, axylamoni-poluglucol và các mono-,
dietanolamin đƣợc axylat hóa có mạch dài.
Chất hoạt động bề mặt lưỡng tính: Những chất hoạt động bề mặt mà tùy
theo môi trƣờng là axit hay bazo mà có hoạt tính cation với axit hay anion với
bazo, hay nói cách khác là chất hoạt động bề mặt có các nhóm lƣỡng cực vừa tích
điện âm vừa tích điện dƣơng (amin, este). ở PH thấp chúng là chất hoạt động bề
mặt cation và là anion ở PH cao. Ví dụ: dodecyl dimetylamin oxit, cocoamino
propyl betain,..
Chất hoạt động bề mặt dạng anion và không ion hiện đƣợc sử dụng nhiều
nhất trong sản xuất CLTLCC ( nhũ thuận dầu trong nƣớc), chất lỏng gia công kim
20


loại. Phụ thuộc vào cấu trúc phân tử, tính ƣa nƣớc- ƣa dầu của chất hoạt động bề
mặt mà khi tạo nhũ, có thể tạo nhũ tƣơng ngịch hoặc nhũ tƣơng thuận. Đặc trƣng
cho khả năng ƣa dầu- ƣa nƣớc và tính tƣơng quan giữa hai khả năng này là một
thông số “ độ cân bằng ƣa kỵ nƣớc” (viết tắt là HLB), có giá trị trong khoảng từ 0
đến 40. Có thể tính toán chỉ số HLB theo phƣơng pháp Davies bằng công thức sau:
HLB = 7 + Ʃ HLB các nhóm ưa nước – Ʃ HLB các nhóm kị nước

HLB của một số nhóm ƣa nƣớc: -SO4Na [38,7], -COONa [19,1], -N (amine) [9,4],
-COOH [2,1], -OH (tự do) [1,9], -O- [1,3], -(CH CH O)- [0,33].
HLB của một số nhóm kỵ nƣớc: -CH, -CH , -CH3, =CH- [-0,475], (CH2CH2CH2O)- [-0,15].
Giá trị HLB có thể đƣợc dùng để tiên đoán các tính chất hoạt động bề mặt
của chất: HLB < 10 có thể hòa tan dầu (không thể hòa tan nƣớc), HLB > 10 có thể
hòa tan nƣớc (không thể hòa tan dầu). Giá trị HLB từ 7-11 là chất nhũ hóa hệ nƣớc
trong dầu. Giá trị HLB từ 12-16 là chất nhũ hóa hệ dầu trong nƣớc. Giá trị HLB từ
11-14 là tác nhân thấm ƣớt, từ 12-15 là tác nhân tẩy rửa, từ 16-20 là chất trợ tan
(có thể hòa tan các chất kỵ nƣớc vào dung dịch nƣớc).
Bảng 1.5: Giá trị HLB của một số chất HĐBM thƣơng mại
TT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13

Chất HĐBM thƣơng mại
Sorbitan trioleat (Span® 85)
Sorbitan tristearat (Span® 65)
Sorbitan sesquioleat (Arlacel 83)
Glyxeryl monostearat, N.F.

Sorbitan monooleat, N.F., (Span® 80)
Sorbitan monostearat, N.F., (Span® 60)
Sorbitan monopalmitat, N.F., (Span® 40)
Sorbitan monolaurat, N.F., (Span® 20)
Polyoxyetylen sorbitan tristearat (Tween® 65)
Polyoxyetylen sorbitan trioleat (Tween® 85)
Polyetylen glycol 400 monostearat
Polysorbat 60, N.F., (Tween® 60)
Polyoxyetylen monostearat (Myrj 49)

Giá trị HLB
1.8
2.1
3.7
3.8
4.3
4.7
6.7
8.6
10.5
11.0
11.6
14.9
15.0
21