Способ очистки отработанной масляной смазочно-охлаждающей жидкости

 

Сущность изобретения: отработанную масляную смазочно-охлаждающую жидкость обрабатывают 0,1-17,7%-ным водным раствором карбоната натрия в количестве 3,3-23,3% от объема исходной жидкости при перемешивании и нагревании до температуры 40-75^oС, выдержке при этой температуре с последующим отстоем нагретой смеси при охлаждении и непрерывным отделением образующейся масляной фазы. Водный раствор карбоната натрия можно использовать в смеси с порошком гидроксида алюминия, взятого в количестве не менее 5 % от массы водного раствора карбоната натрия. 3 табл.

Изобретение относится к очистке нефтяных масел марок И-5А (велосит), И-8А (вазелиновое), И-12A (ИС-12, веретенное 2), И20А (ИС-20, веретенное 3), И-25А (ИС-25), И-30А (ИС-30, машинное Л), И-40А (ИС-45, машинное С), И-50А (ИС-50, машинное СУ), И-70А (ИС-65), И-100 (ИС-100) из пульпы отработанной смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) на операции резки технического камня (яшма, агат, халцедон, ситалл и т.п.), имеющего основой кремнезем.

Известны способы очистки отработанных масел (Лунц Н. Г. Кирин С.В. Краткий справочник по смазке оборудования металлургических заводов. М. Гос. науч. -техн. изд-во лит-ры по черной и цветной металлургии, 1954, с. 239-256), заключающиеся в отстое и фильтрации, использовании адсорбции примесей, обработке реагентами, отгоне горючего, использовании центрифуги. Регенерация масел из образовавшейся при резке камня пульпы изложенными выше способами оказалась неэффективной.

Наиболее близким техническим решением является способ регенерации синтетических масел (а. с. СССР N 1177340, кл. С 10 М 175/00, 1985) путем обработки 10-20%-ным раствором гидроксида натрия в количестве 20-30% от массы масла при 45-55^oС с последующим выделением масляного слоя, его водной промывки, сушки и фильтрации.

Недостатками этого способа являются многооперационность, большая длительность процесса очистки, высокий расход реагентов, низкая степень извлечения СОЖ.

Задачей, на решение которой направлено заявленное техническое решение, является создание оптимальной технологии, способствующей наиболее быстрой и эффективной очистке СОЖ от примесей.

Техническим результатом, который может быть достигнут при использовании изобретения, является регенерация СОЖ с высокой степенью извлечения (96-98% от массы первоначально использованной COЖ) за счет эффективного использования реагента и оптимизации процесса.

Данный технический результат достигается тем, что в известном способе, включающем обработку СОЖ реагентом при нагревании смеси и ее перемешивании с последующим отстоем нагретой смеси при охлаждении и разделении образующихся фаз, в качестве реагента используют 0,1-17,7%-ный водный раствор карбоната натрия в количестве 3,3-23,3% от объема исходной масляной СОЖ и обработку им ведут при 40-75^oС, выдерживают при этой температуре, а удаление масляной фазы осуществляют непрерывно по мере ее выделения.

При замедлении процесса разделения фаз из-за образования более тонкодисперсных частиц к водному раствору Na₂CO₃ добавляют порошок гидроксида алюминия из расчета 5% от массы водного раствора карбоната натрия.

Достоинствами предложенного способа являются повышенное извлечение полезного продукта, значительное сокращение расхода реагента за счет снижения его концентрации в водном растворе, относительная дешевизна и доступность реагента, получение практически чистого кремневого остатка, который может быть использован, например, как тонкодисперсный абразивный материал при полировке металлических деталей, в производстве стекла и т.п.

Пульпа отработанной СОЖ представляет собой гелеобразную структуру, в которой тонкоизмельч нные частицы камня коллоидных размеров образуют пространственную сетку, заполненную СОЖ.

Примеси тяжелых металлов (железо, никель, медь и т.п.), диспергированные в силикатной породе в небольших количествах и создающие окраску коллоидной системы обрабатываемого технического камня, а также карбид кремния, медь, олово, цинк и др. элементы, попадающие в пульпу на операции резания камня, в еще большей степени стабилизируют гель кремневой кислоты, связывая в прочный каркас полимерные цепи высокомолекулярного соединения на основе кремневой кислоты, полученные по реакциям полимеризации и поликонденсации в процессе резания камня.

За счет механического истирания камня режущим инструментом происходит нагрев СОЕ (температура в зоне резания повышается на 50-70^oС, в объеме СОЖ на 5-10^oС), что также способствует созданию гелеобразной структуры. В этих условиях СОЖ попадает в ячейки сетчатой структуры геля, прочно удерживаясь в нем, в том числе и за счет образования прочных химических связей в виде кремнийорганических соединений. Известно, что тяжелые металлы, например никель, также образует металлоорганические соединения.

При разрушении сетчатой структуры геля водным раствором карбоната натрия протекают сложные реакции, такие как, например, гидролиз, окисление, восстановление и другие: Fe³⁺+3H₂O=Fe(OH)_3↓+3H⁺ (1) Ni²⁺+2H₂O=Ni(OH)_2↓+2H⁺ (2) Cu²⁺+2H₂O=Cu(OH)_2↓+2H⁺ (3) SiC+2O₂+Na₂CO₃=Na₂SiO₃+2CO₂↑ (4) Присутствие карбоната натрия в количестве 0,1-17,7% водного раствора способствует разрушению геля по реакциям (1-7), здесь карбонат натрия выступает в качестве электролита-коагулянта, разрушающего структуру коллоида кремневой кислоты.

Выделяющийся по реакциям (4-7) углекислый газ также способствует разрушению сетчатой структуры геля, высвобождая масло и флотируя его в поверхностный слой.

Количество карбоната натрия меньше 0,1% водного раствора не достаточно для разрушения геля, при этом снижается степень извлечения СОЖ и увеличивается время отстоя.

Водный раствор, содержащий 17,7 вес. Na₂CO₃, является насыщенным при комнатной температуре и, таким образом, это содержание карбоната в растворе является предельно возможным при указанной температуре. Использование раствора, близкого к насыщенному по соде, нежелательно, т.к. способствует стабилизации коллоидной системы на основе кремневой кислоты за счет создания структур, например, типа:
и разделение фаз становится вновь затруднительным, кроме того, увеличивается расход реагентов.

Указанный оптимум (0,1-17,7% водного раствора карбоната) определяет порог коагуляции и коагулирующую способность электролита.

Присутствие воды в количестве 3,3-23,3% от объема очищаемой пульпы разрушает коллоидную систему за счет реакций гидролиза (1-7), приводит за счет осмоса к более быстрому проникновению раствора карбоната натрия в полимерные ячейки геля, что ускоряет процесс разделения гидрофильной фазы кремневого остатка и гидрофобной фазы СОЖ. Это количество воды тормозит протекание нежелательных полимеризационных процессов типа:


Избыток воды более 23,3% от объема отработанной пульпы СОЖ затрудняет разделение геля, т.к. замедляет развитие реакций типа (4-7), т.к. при значительном избытке воды образуется третья промежуточная фаза в виде слабощелочного раствора, находящаяся между кремневым остатком и СОЖ, что затрудняет удаление образующихся по указанным реакциям газов, кроме того, избыток воды увеличивает водопотребление.

Недостаток водного раствора карбоната натрия менее 3,3% от объема пульпы СОЖ не дает полного разделения фаз и замедляет процесс отстоя.

Нагрев в пределах 40-75^oС ускоряет все процессы по очистке СОЖ, причем нагрев более 75^oС, особенно при повышенной концентрации соды, приводит к разложению очищенной СОЖ, а нагрев ниже 40^oС снижает скорость разделения фаз.

Температурный режим сильно влияет на вязкость коллоида, которая быстро уменьшается с ростом температуры, облегчая флотацию масла и увеличивая подъемную силу пузырьков СО₂, что приводит к резкому увеличению скорости разделения фаз. Известно, что с повышением температуры увеличивается вероятность перехода процесса из диффузионной в кинетическую область.

Перемешивание пульпы во время подъема температуры необходимо для быстрого и равномерного распределения реагента водного раствора карбоната по всему объему пульпы. Периодически медленное перемешивание нижней фазы кремневого остатка необходимо для более быстрого удаления газов, образующихся по реакциям (4-7).

Удаление масляной фазы необходимо осуществлять непрерывно по мере ее выделения для быстрого удаления газов, скапливающихся на межфазной границе "кремневый остаток СОЖ", т.к. облегчает прохождение газа через тонкий слой СОЖ.

В тоже время образующиеся в объеме пульпы пузырьки газа флотируют СОЖ в поверхностный слой. СОЖ гидрофобна, и пузырьки газа прилипают к ее поверхности, а гидрофильные частицы кремневого остатка остаются в водной фазе.

Размер пузырька оказывает существенное влияние на результаты флотационного разделения пульпы. Мелкие пузырьки сохраняются долго, но они, скапливаясь на межфазной поверхности, тормозят согласно принципу Ле Шателье разрушение сетчатой структуры геля по реакциям (4-7). Большие пузырьки находятся в пульпе непродолжительное время из-за большой скорости подъема, что может сделать процесс флотации малоэффективным.

Условия смачивания и другие различия в поверхностных свойствах разделяемых фаз определяют возможности и эффективность использования пенной флотации СОЖ. В этом отношении полезна также воздушная аэрация пульпы.

Применение гидроксида алюминия в качестве соосадителя мелкодисперсной фазы обосновано тем, что гидроксид алюминия образует хлопьевидные объемные осадки, адсорбирующие примеси, образующие быстроосаждающуюся в масле алюмосиликатную гидрофильную фазу.

Использование в качестве затравки части свежеосажд нного кремневого остатка улучшает временные показатели технологического процесса и несколько повышает процент извлечения масла вследствие того, что укрупненные структурные единицы твердой фазы затравки служат активными центрами, присоединяющими мелкодисперсные кремневые частицы из объема очищаемой пульпы СОЖ. Однако необходимо отметить, что наиболее положительные результаты получаются при использовании достаточно жидкой пульпы; в случае плотных пульп влияние затравки не столь значительно.

В качестве примера реализации предлагаемого способа очистки СОЖ взяты пробы пульпы отработанной СОЖ плотностью 1,05 и 1,12 г/см³, полученные при резке технической яшмы.

В качестве исходном чистой СОЖ использовалось веретенное масло марки И-20А.

В таблице 1 приведены основные технологические параметры проведенных испытаний по очистке СОЖ.

В опытах 1-4, 8, 12, 14-21 использовалась пульпа плотностью ρ 1,12 г/см³, в опытах 5-7, 9-11, 13 пульпа с плотностью r 1,05 г/см³.

В опытах 1-3 испытания проводились при повышенном содержании карбоната натрия, температуре 70^oС и различных объемах водного раствора реагента.

В опытах 4-6 испытания проводились при среднем содержании карбоната натрия, температуре 70^oС и различных объемах водного раствора реагента.

В опытах 7-14 испытания проводились при малом содержании карбоната натрия, температуре 70^oС и различных объемах водного раствора реагента.

В опытах 7, 8, 10-13 применялась затравка.

В опыте 7 применялся в качестве соосадителя гидрат окиси алюминия.

В опыте 14 испытания проводились при запредельной концентрации карбоната натрия (0,05 вес.), при этом отмечено, что полученное масло загрязнено тонкодисперсной фракцией твердой фазы, плохо отстаивается и имеет пониженную вязкость, объем выделившегося "грязного" масла незначителен.

В опытах 15-21 исследовано влияние температуры на процесс разделения фаз.

В опыте 15 испытания проводили при комнатной температуре, установлено, что разделение фаз в сколько-нибудь значительных объемах не происходит.

В опытах 16-18 исследовали влияние высокой температуры на процесс разделения фаз.

При совместном воздействии повышенной температуры и высокой концентрации раствора карбоната натрия выделившееся масло приобретает гелеобразную структуру при резко выраженном повышении плотности и вязкости масла.

Лучшие результаты получены в опытах 7 и 8 (таблица 1).

Пример 1 (таблица 1, опыт 7). Для испытания взята пульпа плотностью 1,05 г/см³, полученная при резке технической яшмы серо-зеленого цвета. В пульпу отработанной СОЖ объемом 30,0 л при непрерывном перемешивании (200 об/мин) ввели 3,0 л 2%-ного водного раствора Na₂CO₃ и 1,53 кг Аl(ОН)₃, а также затравку массой 0,16 кг. После тщательного перемешивания осуществляли подъем температуры до 70^oС и выдерживали при этой температуре 1 час без перемешивания, после чего пульпу медленно охлаждали до комнатной температуры, при этом происходило разрушение коллоидной структуры с последующим разделением фаз по удельному весу: СОЖ образует верхнюю фазу, а примеси, попавшие в СОЖ при резании яшмы (SiO₂, H₂O, SiC, Fe, Cu, Sn и др.), нижнюю фазу.

Для ускорения разделения фаз верхнюю фазу сливали каждые 1-3 минуты, с той жe целью проводилось перемешивание (100 об/мин) нижней фазы отстоя. Нижнюю фазу кремневого остатка после слива СОЖ удаляли механически, при этом обязательная очистка действующего аппарата не требуется, т.к. оставшийся осадок является затравкой для следующего цикла разделения фаз.

В данном опыте практически полное разделение осуществлялось за 1 час 10 мин. Вес осадка 7,084 кг. Общие характеристики осадка даны в таблице 2, п. 1, очищенной СОЖ в таблице 3, п. 2.

Пример 2 (таблица 1, опыт 8). Для испытания взята пульпа отработанной СОЖ от резки технического камня яшмы, плотность пульпы r 1,12 г/см³. Для очистки использовали 7,0 л 2%-ного водного раствора соды на 30 л отработанной пульпы СОЖ и затравку массой 0,16 кг. Практически полное разделение достигнуто за 1,5 часа, при этом получено 25 л очищенной СОЖ, масса осадка 11,8 кг.

Общие характеристики осадка даны в таблице 2, п. 2, очищенной СОЖ в таблице 3, п. 2.

Как видно из примеров 1 и 2, за 1,5 часа отстоя извлекается СОЖ в количестве не менее 2/3 от объема отработанной пульпы.

В таблице 2 даны основные характеристики кремневого остатка по данным спектрального анализа.

В таблице 3 даны сравнительные характеристики исходной чистой СОЖ марки И-20А (п. 1) и СОЖ, очищенной по предлагаемому способу (п. 2). Из данных таблицы 3 следует, что очищенная СОЖ по своим характеристикам не отличается от исходной.

Осуществлено испытание очищенной СОЖ на операции резки технического камня. Каких-либо отклонений в технологическом процессе не обнаружено.

Осуществлена повторная очистка СОЖ с последующим использованием в технологическом процессе резки камня. Результаты аналогичны представленным в таблицах 1-3.

На основании результатов испытания можно сделать вывод о том, что предлагаемый способ очистки СОЖ по сравнению с прототипом имеет следующие преимущества.

Предлагаемый способ технологически прост и высокоэффективен, т.к. по сравнению с прототипом сокращает количество технологических операций.

Процесс разделения фаз протекает быстро, в пределах до 1,5 часа отстоя; при этом извлекается СОЖ в количестве не менее 2/3 от объема отработанной пульпы. Получившийся после очистки СОЖ осадок, имеющий основой кремнезем, практически не содержит жидкой фазы СОЖ и может быть использован в производстве стекла, клея и т.п. т.е. находит практическое применение, что позволяет осуществить замкнутый цикл безотходного производства.

Очищенная СОЖ практически не отличается по основным технологическим параметрам от впервые используемой.

Предлагаемая технология экономически безвредна, а сам процесс очистки позволяет возвращать в производство экологически вредные вещества (СОЖ и кремневый остаток). ТТТ1

Формула изобретения

1. Способ очистки отработанной масляной смазочно-охлаждающей жидкости путем ее обработки неорганическим щелочным агентом при нагревании смеси и ее перемешивании с последующим отстоем нагретой смеси при охлаждении и непрерывным отделением образующейся масляной фазы, отличающийся тем, что в качестве неорганического щелочного агента используют 0,1 17,7%-ный водный раствор карбоната натрия в количестве 3,3 23,3% от объема исходной жидкости, нагревание осуществляют при 40-75^oС и нагретую смесь дополнительно выдерживают при температуре нагревания.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обработку водным раствором карбоната натрия ведут в смеси с порошком гидроксида алюминия, взятого в количестве не менее 5% от массы водного раствора карбоната натрия.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3