一種樹脂高效破乳除油工藝的研究

洪曉東 華麗

[摘要]本文闡述了濕法冶金行業(yè)的一種樹脂高效破乳除油工藝。本工藝的關(guān)鍵在于運用自主研發(fā)的一種由黃色和黑色兩性樹脂組成的高分子聚合材料樹脂，黃色樹脂破乳除油，黑色樹脂增強電極電位，保持樹脂的長久活性。高效破乳除油工藝采用前置精密過濾器過濾雜質(zhì)，破乳富集罐和高效澄清油水分離塔串聯(lián)，實現(xiàn)油和水自動破乳分離。優(yōu)化破乳除油工藝的試驗結(jié)果表明：在反應(yīng)溫度45℃、流量0.5m3/h、反應(yīng)時間24h后，除油效率穩(wěn)定在99%以上，除油后液的含油量穩(wěn)定在3ppm以下，達(dá)到了工藝生產(chǎn)和排放指標(biāo)。

[關(guān)鍵詞]樹脂；破乳；硫酸鎳

1 背景

濕法冶金行業(yè)溶劑萃取中不可避免的會帶入微量有機溶劑油類物質(zhì)，該油類物質(zhì)對后續(xù)的生產(chǎn)工藝將產(chǎn)生不利影響。以生產(chǎn)硫酸鎳結(jié)晶產(chǎn)品為例，若硫酸鎳中含有過量油分會直接影響硫酸鎳結(jié)晶產(chǎn)品的品質(zhì)和價格。因此，研究一種高效除油的工藝對冶金行業(yè)意義重大[1]。

油在溶液中按照粒徑可劃分為懸浮油（>100μm）、分散油（10-100μm）、乳化油（<10μm）、溶解油[2]。 其中懸浮油粒徑較大，可自行上??；分散油穩(wěn)定性較差，靜置足夠長時間后，能夠聚集成大油滴上浮至液面；懸浮油、分散油均可通過簡單的機械分離或氣浮分離得到較好的去除；溶解油多為分子級別的烴類物質(zhì)，溶液中含量通常很少。懸浮油、分散油均可通過簡單的機械分離或氣浮分離得到較好的去除。最難處理的油的種類為乳化油，因此溶液除油的工作重點在于如何有效消除乳化現(xiàn)象。

傳統(tǒng)的除油工藝有物理法[3]、化學(xué)沉淀法[4]、生物法。物理法的除油精度較低，最終排放不能達(dá)標(biāo)，運行成本昂貴，且吸附容量小，只能吸附油包水，不能吸附水包油，并產(chǎn)生大量的二次廢棄物；化學(xué)沉淀法除油技術(shù)需要添加化學(xué)藥劑，有些化學(xué)藥劑甚至有毒性，對工藝原料有影響，而且增加了投資成本；生物除油法需要培養(yǎng)微生物，除油微生物的培養(yǎng)、馴化困難，一類微生物只能降解一種油，同時降解多種油的超級菌往往很難馴化成功，調(diào)試周期很長，長達(dá)半年以上。

近年來樹脂作為一種新型環(huán)保材料，在破乳除油工藝研究方面得到進(jìn)一步發(fā)展。樹脂除油工藝的優(yōu)點如下：無需添加化學(xué)助劑，無任何有害副產(chǎn)品和衍生物，不產(chǎn)生二次污染；可實現(xiàn)油、液資源化再生利用；操作維護簡單，正常運行時僅需每周清理過濾器一次。

為此，我們在金川集團鎳鹽有限公司開展了創(chuàng)新型樹脂除油工藝的研究。本文通過試驗，確定了硫酸鎳溶液除油的優(yōu)化工藝流程，并確定了工業(yè)化放大工藝條件。

2.試驗部分

2.1試驗原料

本試驗除油原料為硫酸鎳溶液，主要成分和性質(zhì)： Ni≥50 g/L，Co≤0.02 g/L，Cu≤0.1 g/L，F(xiàn)e≤0.002 g/L，油分≤0. 2 g/L， PH=5；破乳除油樹脂0.1m3，樹脂的主要物性指標(biāo)見表1。

表1 破乳樹脂物性指標(biāo)

粒徑>90% 有效粒徑 均一系數(shù) 堆積密度（+/-5%） 含水量wt.%

0.5-1.25 mm 0.57 （+/-0.05） mm max. 1.1 760 g/L 55-58

穩(wěn)定性pH 儲存溫度 工作溫度 水不溶物要求 顏色

0-14 -20～+40oC ≤80 oC ≤10μm 黃色和黑色

2.3 主要試驗儀器、設(shè)備

精密過濾器一套（0.2m?/h），破乳富集罐1臺（0.5m?）， 高效澄清油水分離塔（0.8 m?），進(jìn)液泵（2m?/h），紅外溫度計一臺（-50℃～380℃，精度±1.5%），紅外分光油分儀一臺。

2.2 試驗原理

本試驗采用的樹脂是一種具有特殊的兩性納米級載基的高分子聚合材料，由黃色和黑色兩種樹脂組成。黃色樹脂破乳除油，黑色樹脂增強電極電位，保持樹脂的持續(xù)活性。該樹脂加載納米級親水/親油兩性載基基團，對水中乳化油起到破乳作用。當(dāng)水體中的水包油分子與納米改性的載基接觸時，脂類化合物外表的水分子被載基上的親水基團破壞，脂類化合物暴露出來，形成大分子的油性顆粒上浮至水面；當(dāng)水體中的油包水分子與載基接觸時，脂類化合物外表分子被載基上的親油基團破壞，水便暴露出來，從而達(dá)到油水分離的目的。

2.3分析方法

紅外分光光度法，利用紅外分光油分儀進(jìn)行分析

2.4試驗方法

該試驗高效除油工藝如下圖2所示：

圖1 樹脂高效除油工藝流程示意圖

根據(jù)圖1所示，主要的試驗工藝流程如下：

⑴ 由進(jìn)料泵泵入精密過濾器，精密過濾器將原料液中的固體顆粒懸浮物進(jìn)行過濾，以確保后續(xù)單元樹脂的安全穩(wěn)定運行。

⑵ 經(jīng)過濾后的原液潔凈無雜，進(jìn)入破乳富集罐破乳。原液在破乳富集罐中與樹脂上加載的親油、親水基團進(jìn)行接觸，破除原液中各種乳化狀態(tài)的油粒，并富集于親油基團表面。當(dāng)親油基團表面富集的油粒增大，在水流推動下，其上浮力加水流的推力大于油粒與樹脂之間的范德華力時，油粒脫離樹脂并與水流一起快速流向塔部頂端。

⑶ 經(jīng)破乳富集后的含油原液進(jìn)入高效澄清油水分離塔，快速分離，有機相迅速浮向高效澄清油水分離塔上部，無機相在比重差的條件下流向高效澄清油水分離塔的下部。分離后的油水兩相各自進(jìn)入下一工藝單元。

3 結(jié)果與討論

3.1 除油效果驗證

不同除油前液流量時，除油前液和除油后液含油量如表2所示。

表2除油前液和除油后液含油量（ppm）

除油前液 181 154 180 264 179 184 119 118 198 172

除油后液 2.76 2.46 2.33 2.29 2.3 2.82 2.3 2.71 2.41 1.65

從上表可以看出：除油后液有機含量絕大部分小于3ppm。從除油后液的含油情況來看，大部分?jǐn)?shù)據(jù)小于3ppm（此時前液油份大于200ppm的），說明試驗用的樹脂能夠有效實現(xiàn)油水分離，并且其抗負(fù)荷性較強，能夠應(yīng)用于較寬的油份范圍。存在除油后液油份略微高于3ppm的情況，是因為溶液在樹脂罐里的流動出現(xiàn)了偏流、壁流等情況，溶液與樹脂的作用時間縮短，降低了油水分離效果。

3.2 反應(yīng)流量對處油效率的影響

根據(jù)不同反應(yīng)流量對除油效率的試驗結(jié)果繪制曲線，如圖2所示：

圖2 流量對除油效率影響圖

由試驗結(jié)果可知，當(dāng)流量從0.3m3/h增加到0.6m3/h時，效率從95.6%增加到99.2%。通過圖2可知，在流速為0.5m3/h時，除油效率最高達(dá)到99.2%。試驗表明，隨著流量的增加，在0.5m3/h時達(dá)到最高，說明該流量符合樹脂表面油水分離得動力學(xué)原理，樹脂此時表面油水分離的效率最高。

3.3 反應(yīng)溫度對除油效率的影響

圖3 反應(yīng)溫度對除油效率影響圖

試驗結(jié)果表明，溫度的影響比較顯著，隨溫度增高明顯升高，到達(dá)45℃時除油效率最高，當(dāng)反應(yīng)溫度超過45℃時除油效率數(shù)降低。

除油效率在45℃時達(dá)到最高，說明該溫度是樹脂表面基團活性最高的適宜溫度，并且在該溫度時，原料的粘滯系數(shù)減小，油珠的運動阻力減少，運動速度加快，油珠相互碰撞的機率增加，容易結(jié)成大油珠上浮去除，因此此時的效率最高。

4 結(jié)論

樹脂高效破乳除油工藝的關(guān)鍵在于運用自主研發(fā)的一種由黃色和黑色兩性樹脂組成的高分子聚合材料樹脂。黃色樹脂破乳除油，黑色樹脂增強電極電位，保持樹脂的長久活性。優(yōu)化破乳除油工藝采用精密過濾器前置過濾雜質(zhì)，破乳富集罐和高效澄清油水分離塔串聯(lián)，來實現(xiàn)油水自動破乳分離。

優(yōu)化破乳除油工藝的試驗結(jié)果表明：在反應(yīng)溫度45℃、流量0.5m3/h，除油效率穩(wěn)定在99%以上，除油后液的含油量穩(wěn)定在3ppm以下，達(dá)到了工藝生產(chǎn)指標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1] 沈齊英.含油廢水處理現(xiàn)狀[J] . 北京石油化工學(xué)院學(xué)報，2006 ，14 （3） ：34～38.

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