一種新型金屬表面高效除油劑的開發

摘 要：目前環保形勢嚴峻，“節能、減排、綠化、循環”已經成為各生產企業的指導精神和發展的風向標。金屬表面處理中陽極處理所產生的廢水中的酸性物質80%為硫酸，傳統的廢硫酸提純發法已不滿足節能、環保的要求，而市售除油劑價格較高，應用效果差，針對此情況，本文介紹了一種利用廢硫酸開發高效除油劑的方法，并通過一系列的實驗確定了此除油劑的最佳使用條件，達到更好的除油效果。高效除油劑的開發真正實現了經濟效益和社會效益的雙豐收。

關鍵詞：廢硫酸 高效除油劑

中圖分類號：TQ423 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）07（c）-0071-02

1 開發背景

目前環保形式嚴峻，“節能、減排、綠化、循環”已經成為各生產企業的指導精神和發展的風向標，也是化工行業特別是表面處理行業發展的方向。對表面處理行業所產生的工業廢棄物進行處理，努力實現廢棄物的再利用和企業清潔生產的目標是我們不懈的追求。

據統計，表面處理中陽極處理所產生的廢水中酸性廢水占60%，而硫酸在整個酸性廢水中的比例達到80%。如果能對硫酸廢液進行回收利用，將產生可觀的經濟價值和深遠的環保意義。

通過對業內廢硫酸回收狀況分析發現，硫酸提純法是普遍采用的回收方法，主要有以下四種方式（如表1）。

以上四種方式是通過濃縮、萃取、滲析、離子交換的方式得到比較純凈的硫酸，但缺點是設備投入成本高、回收成本高、日處理能力低，降級使用或許是回收利用的新思路。

通過對金屬表面處理制程的綜合分析，發現除油劑液具有對廢酸再利用的可行性（如圖1）。

上圖中紅色橢圓中的槽液屬于酸性槽液，考慮到制程要求，只有除油對雜質容忍度高的酸性除油劑才能被廣泛使用，且硫酸具備主酸條件。

而市場上提供除油粉的缺點是除油效率低、處理時間長（5～10 min），生產效率低；使用壽命短、排放量大、廢水處理費用高，除油成本高；對環境影響大。

所以，利用表面處理中陽極處理所產生的廢酸自行開發酸性除油劑既使廢液處理有了新思路，又為新型除油劑的誕生奠定了理論可能，此開發勢在必行。

2 開發歷程

除油的機理是除油劑通過皂化、乳化、潤濕、增溶、分散、溶解、微蝕等將鋁材表面的礦物油、拋光膏、潤滑油、粉垢、金屬粉屑、指紋等除去，以保證后邊制程的穩定進行。

酸性除油劑是以硫酸作為主酸體系，硫酸的主要作用是提供酸性環境，剝離金屬表面氧化皮、水解和去除金屬粉末，而相應配套的乳化劑、濕潤劑、分散劑、和緩釋劑等添加劑的選擇顯得尤為重要。

2.1 試驗設計（DOE）

各種功能成分初選比較試驗功能成分優選組合配比除油劑組合對比試驗組分確認正交實驗確定標準配比/規范化

2.2 除油劑功能成分初選

乳化劑：OP-10（辛基酚聚氧乙烯醚）﹑平平加（高級醇聚氧乙烯醚）、O-20（月桂醇環氧乙烷縮合物）、6501（十二烷基二乙醇酰胺）、乳化劑A等。

濕潤劑：伯烷基硫酸脂鹽（AS）、濕潤劑B、季銨鹽等。

分散劑：硫酸鈉、磷酸鈉、分散劑C等。

緩蝕劑：硫脲、苯胺、硅酸鈉、添加劑D等。

3 對比試驗

藥品要符合ROHS相關規定以及客戶相關要求如表2。

開發難點如下。

（1）臨界膠束濃度CMC：實際濃度低于CMC值，增溶效果不明顯；藥品濃度過高會造成開發成本過高。

（2）親疏平衡值HLB：HLB偏高，親油基團對油脂顆粒持有力弱。

（如表3）開發難點如下。

（1）硫酸除油劑為強酸系，對產品具有腐蝕性，開發必須選用合適的緩蝕劑，避免除油劑對產品基體造成腐蝕。

（2）固體粒子在溶液中會發生凝聚現象。

結論：通過對比試驗乳化劑選擇為OP-10和平平加，濕潤劑選擇為潤濕劑B和季銨鹽，分散劑選擇為分散劑C，緩蝕劑選擇為硫脲。

（1）組合試驗。

在硫酸體系下配制以下四種組合（如表4）。

在相同試驗條件下進行對比實驗，比較相同處理時間時不同組合的最大處理面積及清洗效果，得出如下試驗數據如表5。

結論：從上圖可以看出，B、C、D三個組合使用壽命明顯較低，不符合試驗要求，A組合綜合效果理想，可以采用。

（2）正交試驗（如表6）。

劃分如上的正交試驗位級和因素，通過25組正交試驗，得出A組合的最佳使用條件。

硫酸：50 g/L，OP-10：0.9 ml/L，潤濕劑B：1.0 g/L，分散劑C：3 g/L。

硫脲：2.5 g/L，溫度：30 ℃～50 ℃，時間：3～6 min。

4 效益評估

通過自行開發除油劑與外購除油劑對比表可以得出，成本節省7.6元/kg，成本降幅達68%。（如表7）

無形效益方面，廢酸資源的循環利用，降低了對環境的影響，自行開發的除油劑清潔、高效，投入成本少，在廢酸處理的問題上取得一次重大突破。

5 結論

（1）本文通過對表面處理行業內廢硫酸回收狀況分析發現，硫酸提純法不能滿足“節能，減排，綠化，循環”的行業發展方向，新型金屬表面處理的除油液是廢硫酸降級使用的新思路。

（2）通過對酸性除油劑的試驗設計，除油劑功能成分初選，對比試驗，組合試驗，正交試驗等確定了對酸性除油劑的最佳組合條件。

（3）通過與市購除油劑對比得出，新除油劑成本節省節省7.6元/kg，成本降幅達68%。

（4）本研究已經實現了開發到量產一體化的轉化進程，向清潔生產、高效節能、循環利用的目標又邁出了重要一步，并為實現營業收入、業績增長與社會效益的共贏發展，構建表面處理行業的綠色工程進行著不懈的努力。

參考文獻

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