采用表面活性劑去除油砂開采尾砂中的油

王 雷，馬桂科，張鳳君，景福林

(1.吉林大學 地下水資源與環(huán)境教育部重點實驗室，吉林 長春 130021;

2.中石油 東北煉化工程有限公司吉林設計院，吉林 吉林 132002)

采用表面活性劑去除油砂開采尾砂中的油

王 雷1，馬桂科1，張鳳君1，景福林2

(1.吉林大學 地下水資源與環(huán)境教育部重點實驗室，吉林 長春 130021;

2.中石油 東北煉化工程有限公司吉林設計院，吉林 吉林 132002)

采用表面活性劑吐溫－80溶液浸取油砂開采尾砂中的油，研究了各工藝條件對除油效果的影響。實驗確定的最佳工藝條件:溶液pH為7，反應溫度為25℃，攪拌轉速為120 r/min，固液比(尾砂與吐溫－80溶液質量比)為1∶5，吐溫－80溶液體積分數(shù)為0.20%，振蕩時間為2 h。在最佳工藝條件下經處理后尾砂中含油量在0.3 mg/g以下。

油砂;尾砂;表面活性劑;吐溫－80;浸取;固體廢棄物

世界油砂資源十分豐富，總儲量約合4萬億桶原油，具備相當可觀的開發(fā)價值［1－3］。為緩解目前常規(guī)能源供應緊張的趨勢，已有越來越多的油砂被加工成原油。中國也有相當豐富的油砂資源［4－5］。因此，迫切需要從戰(zhàn)略高度做好油砂后備資源的研究、開發(fā)和利用工作。

在油砂開采早期，較多采用有機溶劑萃取法、熱處理法等提取油砂中的原油，但成本高，能耗大，污染嚴重;近期油砂開采趨向于采用熱堿溶液或熱堿－表面活性劑洗脫法［6－8］。提油后的油砂被稱為尾砂，含油量為30～100 mg/g［9］。尾砂直接堆放，遇到雨天會有油溶出，造成環(huán)境污染。目前針對尾砂處理的相關研究國內鮮有報道。

本工作采用表面活性劑吐溫－80溶液對尾砂進行浸取，處理后尾砂的含油量較低，含油廢水可由污水處理廠處理后達標排放。

1 實驗部分

1.1 材料、試劑和儀器

尾砂取自吉林省某尾砂儲存地，含油量為75 mg/g;標準油;石油醚:沸程80～90℃;實驗所用試劑均為分析純。

WR－1型恒溫水浴振蕩器:上海思爾達儀器有限公司;PHG型pH儀:上海安銳德分析儀器有限公司;UV1900型紫外分光光度計:上海鳳凰光學儀器有限公司;FA－1004型電子分析天平:日本豪斯頓公司。

1.2 實驗方法

按照一定的固液比(尾砂與吐溫－80溶液的質量比)將尾砂和一定體積分數(shù)的吐溫－80溶液置于三角瓶中，用質量分數(shù)5%的氫氧化鈉溶液和質量分數(shù)5%的鹽酸溶液調節(jié)溶液的pH。用錫紙將三角瓶密封，置于恒溫搖床內，在一定溫度和攪拌轉速下振蕩一段時間。測定尾砂中的剩余含油量。計算不同實驗條件下吐溫－80溶液對尾砂中油的去除率。

1.3 分析方法

取尾砂10 g，放入三角瓶中，加入10 mL水，同時加入10 mL石油醚，密封后在恒溫水浴振蕩器中以120 r/min的攪拌轉速振蕩30 min。取上部石油醚溶液50 μL，加入石油醚稀釋至5 mL，用紫外分光光度計在230 nm處以石油醚為參比測定試樣的吸光度，通過標準油－石油醚標準溶液的吸收曲線計算試樣的含油量。

2 結果與討論

2.1 溶液pH對尾砂油去除率的影響

在反應溫度為25℃、攪拌轉速為120 r/min、固液比為1∶5、吐溫 －80溶液體積分數(shù)為0.20%、振蕩時間為4 h的條件下，溶液pH對尾砂油去除率的影響見圖1。由圖1可見:溶液pH為6～8時，油去除率為98.2% ～98.4%;溶液 pH為9時，油去除率達到99.6%。可見堿性環(huán)境有利于尾砂中油的去除。這是因為，堿性環(huán)境有利于石油皂的形成，而石油皂可與吐溫－80溶液產生復配增效作用，增強油的乳化能力，提高尾砂的油去除率［10－12］。綜合考慮工業(yè)應用成本，本實驗選擇溶液pH為6～8。

圖1 溶液pH對尾砂油去除率的影響

2.2 反應溫度對尾砂油去除率的影響

在溶液pH為7、攪拌轉速為120 r/min、固液比為1∶5、吐溫－80溶液體積分數(shù)為0.20%、振蕩時間為4 h的條件下，反應溫度對尾砂油去除率的影響見圖2。由圖2可見:隨反應溫度升高，油去除率略有提高;反應溫度為8℃時，油去除率為98.4%;反應溫度為35℃時，油去除率為99.6%。這是因為溫度升高，油的黏度降低，流動性變好，且反應溫度升高時，油、水、砂粒3相的密度變化不同，使原有的3相穩(wěn)定結構被破壞，油與砂粒的結合力降低，促進了吐溫－80溶液的除油效果。但油去除率變化不大，故常溫條件除油即可。這比常用的需要加熱的熱堿水溶液洗脫法［6－8］更具實用性。

圖2 反應溫度對尾砂油去除率的影響

2.3 攪拌轉速對尾砂油去除率的影響

在溶液pH為7、反應溫度為25℃、固液比為1∶5、吐溫－80溶液體積分數(shù)為0.20%、振蕩時間為4 h的條件下、攪拌轉速對尾砂油去除率的影響見圖3。由圖3可見:隨攪拌轉速提高，油去除率提高;當攪拌轉速為50 r/min時，油去除率為92.0%;當攪拌轉速為80 r/min時，油去除率達97.0%;繼續(xù)增加攪拌轉速時，油去除率增加趨緩。綜合考慮，本實驗選取攪拌轉速為120 r/min。

圖3 攪拌轉速對尾砂油去除率的影響

2.4 固液比對尾砂中油去除率的影響

在溶液pH為7、反應溫度為25℃、吐溫－80溶液體積分數(shù)為0.20%、攪拌轉速為120 r/min、振蕩時間為4 h的條件下，固液比對尾砂油去除率的影響見圖4。由圖4可見:固液比為1∶1時，油去除率為97.7%;固液比為1∶3時，油去除率為98.4%;隨著固液比的進一步降低，油去除率略有升高。所以固液比低于1∶3較為理想，本實驗選擇固液比為1∶5。

圖4 固液比對尾砂油去除率的影響

2.5 吐溫－80溶液體積分數(shù)對尾砂油去除率的影響

在溶液pH為7、反應溫度為25℃、攪拌轉速為120 r/min、固液比為1∶5、振蕩時間為4 h的條件下，吐溫－80溶液體積分數(shù)對尾砂油去除率的影響見圖5。由圖5可見:隨著吐溫－80溶液體積分數(shù)的增加，油去除率提高;當未加吐溫－80溶液時，油去除率只有86.0%;當吐溫－80溶液體積分數(shù)為0.10%時，油去除率為94.5%;繼續(xù)增大吐溫－80溶液體積分數(shù)，油去除率變化不大。綜合考慮工業(yè)化成本，本實驗選擇吐溫－80溶液體積分數(shù)為0.20%。

圖5 吐溫－80溶液體積分數(shù)對尾砂油去除率的影響

2.6 振蕩時間對尾砂油去除率的影響

在溶液pH為7、反應溫度為25℃、攪拌轉速為120 r/min、固液比為1∶5、吐溫－80溶液體積分數(shù)為0.20%的條件下，振蕩時間對尾砂油去除率的影響見圖6。由圖6可見:振蕩時間為1 h時，油去除率為87.3%;振蕩時間為2 h時，油去除率達到98.7%;隨著振蕩時間繼續(xù)延長，油去除率沒有進一步的增大。故本實驗最佳振蕩時間為2 h。

2.7 最佳實驗條件下處理后尾砂的含油量

在溶液pH為7、反應溫度為25℃、攪拌轉速為120 r/min、固液比為1∶5、吐溫－80溶液體積分數(shù)為0.20%、振蕩時間為2 h的最佳實驗條件下，經吐溫－80溶液處理后尾砂的含油量在0.3 mg/g以下。

圖6 振蕩時間對尾砂中油去除率的影響

3 結論

采用表面活性劑吐溫－80溶液去除油砂開采尾砂中的油，實驗最佳工藝條件:溶液pH為7，反應溫度為25℃，攪拌轉速為120 r/min，固液比為1∶5，吐溫－80溶液體積分數(shù)為0.20%，振蕩時間為2 h。在最佳工藝條件下經吐溫－80溶液處理后尾砂中含油量在0.3 mg/g以下。

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Removal of Oil from Oil Sand Tailings with Surfactant

Wang Lei1，Ma Guike1，Zhang Fengjun1，Jing Fulin2

(1.Key Laboratory of Groundwater Resources and Environment，Ministry of Education，Jilin University，Changchun Jilin 130021，China;
2.Jilin Design Institute，Northeast Refining ＆ Petrochemical Engineering Co.Ltd.，CNPC，Jilin Jilin 132002，China)

The oil in oil sand tailings was leached with the surfactant Tween-80.The effects of process conditions on oil removal were studied.The optimum process conditions are as follows:solution pH 7，reaction temperature 25℃，stirring speed 120 r/min，solid-liquid ratio(mass ratio of tailings to Tween-80)1 ∶5，Tween-80 volume fraction 0.20%，shaking time 2 h.Under these conditions，the oil content of the treated tailings is less than 0.3 mg/g.

oil sand;tailings;surfactant;Tween-80;leaching;solid waste

TQ 116.2

A

1006－1878(2011)06－0528－04

2011－05－30;

2011－07－15。

王雷(1983—)，男，吉林省白城市人，碩士生，主要研究方向為污水治理。電話 15843103757，電郵Wanglei1983.8.1@163.com。 聯(lián) 系 人:馬 桂 科，電 話15144284283，電郵 380286270@qq.com。

(編輯 祖國紅)