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(yùn)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(qiáng)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(shí)現(xiàn)油和水自動破乳分離。優(yōu)化破乳除油工藝的試驗(yàn)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(jī)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(jià)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，可自行上浮；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(jī)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(jī)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(diǎn)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(yùn)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(diǎn)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(shí)現(xiàn)油、液資源化再生利用；操作維護(hù)簡單，正常運(yùn)行時僅需每周清理過濾器一次。

為此，我們在金川集團(tuán)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(yàn)，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(yàn)部分

2.1試驗(yàn)原料

本試驗(yàn)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(yàn)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(jì)一臺（-50℃～380℃，精度±1.5%），紅外分光油分儀一臺。

2.2 試驗(yàn)原理

本試驗(yàn)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(qiáng)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(tuán)，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(tuán)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(tuán)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(yàn)方法

該試驗(yàn)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(yàn)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(yùn)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(tuán)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(tuán)表面。當(dāng)親油基團(tuán)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(jī)相迅速浮向高效澄清油水分離塔上部，無機(jī)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(yàn)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(jī)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(yàn)用的樹脂能夠有效實(shí)現(xiàn)油水分離，并且其抗負(fù)荷性較強(qiáng)，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?yàn)槿芤涸跇渲蘩锏牧鲃映霈F(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(yàn)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(yàn)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(yàn)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(yàn)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(tuán)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(yùn)動阻力減少，運(yùn)動速度加快，油珠相互碰撞的機(jī)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(yùn)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(qiáng)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(shí)現(xiàn)油水自動破乳分離。

優(yōu)化破乳除油工藝的試驗(yàn)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)

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