采用表面活性剂去除油砂开采尾砂中的油

王 雷，马桂科，张凤君，景福林

(1.吉林大学 地下水资源与环境教育部重点实验室，吉林 长春 130021;

2.中石油 东北炼化工程有限公司吉林设计院，吉林 吉林 132002)

采用表面活性剂去除油砂开采尾砂中的油

王 雷1，马桂科1，张凤君1，景福林2

(1.吉林大学 地下水资源与环境教育部重点实验室，吉林 长春 130021;

2.中石油 东北炼化工程有限公司吉林设计院，吉林 吉林 132002)

采用表面活性剂吐温－80溶液浸取油砂开采尾砂中的油，研究了各工艺条件对除油效果的影响。实验确定的最佳工艺条件:溶液pH为7，反应温度为25℃，搅拌转速为120 r/min，固液比(尾砂与吐温－80溶液质量比)为1∶5，吐温－80溶液体积分数为0.20%，振荡时间为2 h。在最佳工艺条件下经处理后尾砂中含油量在0.3 mg/g以下。

油砂;尾砂;表面活性剂;吐温－80;浸取;固体废弃物

世界油砂资源十分丰富，总储量约合4万亿桶原油，具备相当可观的开发价值［1－3］。为缓解目前常规能源供应紧张的趋势，已有越来越多的油砂被加工成原油。中国也有相当丰富的油砂资源［4－5］。因此，迫切需要从战略高度做好油砂后备资源的研究、开发和利用工作。

在油砂开采早期，较多采用有机溶剂萃取法、热处理法等提取油砂中的原油，但成本高，能耗大，污染严重;近期油砂开采趋向于采用热碱溶液或热碱－表面活性剂洗脱法［6－8］。提油后的油砂被称为尾砂，含油量为30～100 mg/g［9］。尾砂直接堆放，遇到雨天会有油溶出，造成环境污染。目前针对尾砂处理的相关研究国内鲜有报道。

本工作采用表面活性剂吐温－80溶液对尾砂进行浸取，处理后尾砂的含油量较低，含油废水可由污水处理厂处理后达标排放。

1 实验部分

1.1 材料、试剂和仪器

尾砂取自吉林省某尾砂储存地，含油量为75 mg/g;标准油;石油醚:沸程80～90℃;实验所用试剂均为分析纯。

WR－1型恒温水浴振荡器:上海思尔达仪器有限公司;PHG型pH仪:上海安锐德分析仪器有限公司;UV1900型紫外分光光度计:上海凤凰光学仪器有限公司;FA－1004型电子分析天平:日本豪斯顿公司。

1.2 实验方法

按照一定的固液比(尾砂与吐温－80溶液的质量比)将尾砂和一定体积分数的吐温－80溶液置于三角瓶中，用质量分数5%的氢氧化钠溶液和质量分数5%的盐酸溶液调节溶液的pH。用锡纸将三角瓶密封，置于恒温摇床内，在一定温度和搅拌转速下振荡一段时间。测定尾砂中的剩余含油量。计算不同实验条件下吐温－80溶液对尾砂中油的去除率。

1.3 分析方法

取尾砂10 g，放入三角瓶中，加入10 mL水，同时加入10 mL石油醚，密封后在恒温水浴振荡器中以120 r/min的搅拌转速振荡30 min。取上部石油醚溶液50 μL，加入石油醚稀释至5 mL，用紫外分光光度计在230 nm处以石油醚为参比测定试样的吸光度，通过标准油－石油醚标准溶液的吸收曲线计算试样的含油量。

2 结果与讨论

2.1 溶液pH对尾砂油去除率的影响

在反应温度为25℃、搅拌转速为120 r/min、固液比为1∶5、吐温 －80溶液体积分数为0.20%、振荡时间为4 h的条件下，溶液pH对尾砂油去除率的影响见图1。由图1可见:溶液pH为6～8时，油去除率为98.2% ～98.4%;溶液 pH为9时，油去除率达到99.6%。可见碱性环境有利于尾砂中油的去除。这是因为，碱性环境有利于石油皂的形成，而石油皂可与吐温－80溶液产生复配增效作用，增强油的乳化能力，提高尾砂的油去除率［10－12］。综合考虑工业应用成本，本实验选择溶液pH为6～8。

图1 溶液pH对尾砂油去除率的影响

2.2 反应温度对尾砂油去除率的影响

在溶液pH为7、搅拌转速为120 r/min、固液比为1∶5、吐温－80溶液体积分数为0.20%、振荡时间为4 h的条件下，反应温度对尾砂油去除率的影响见图2。由图2可见:随反应温度升高，油去除率略有提高;反应温度为8℃时，油去除率为98.4%;反应温度为35℃时，油去除率为99.6%。这是因为温度升高，油的黏度降低，流动性变好，且反应温度升高时，油、水、砂粒3相的密度变化不同，使原有的3相稳定结构被破坏，油与砂粒的结合力降低，促进了吐温－80溶液的除油效果。但油去除率变化不大，故常温条件除油即可。这比常用的需要加热的热碱水溶液洗脱法［6－8］更具实用性。

图2 反应温度对尾砂油去除率的影响

2.3 搅拌转速对尾砂油去除率的影响

在溶液pH为7、反应温度为25℃、固液比为1∶5、吐温－80溶液体积分数为0.20%、振荡时间为4 h的条件下、搅拌转速对尾砂油去除率的影响见图3。由图3可见:随搅拌转速提高，油去除率提高;当搅拌转速为50 r/min时，油去除率为92.0%;当搅拌转速为80 r/min时，油去除率达97.0%;继续增加搅拌转速时，油去除率增加趋缓。综合考虑，本实验选取搅拌转速为120 r/min。

图3 搅拌转速对尾砂油去除率的影响

2.4 固液比对尾砂中油去除率的影响

在溶液pH为7、反应温度为25℃、吐温－80溶液体积分数为0.20%、搅拌转速为120 r/min、振荡时间为4 h的条件下，固液比对尾砂油去除率的影响见图4。由图4可见:固液比为1∶1时，油去除率为97.7%;固液比为1∶3时，油去除率为98.4%;随着固液比的进一步降低，油去除率略有升高。所以固液比低于1∶3较为理想，本实验选择固液比为1∶5。

图4 固液比对尾砂油去除率的影响

2.5 吐温－80溶液体积分数对尾砂油去除率的影响

在溶液pH为7、反应温度为25℃、搅拌转速为120 r/min、固液比为1∶5、振荡时间为4 h的条件下，吐温－80溶液体积分数对尾砂油去除率的影响见图5。由图5可见:随着吐温－80溶液体积分数的增加，油去除率提高;当未加吐温－80溶液时，油去除率只有86.0%;当吐温－80溶液体积分数为0.10%时，油去除率为94.5%;继续增大吐温－80溶液体积分数，油去除率变化不大。综合考虑工业化成本，本实验选择吐温－80溶液体积分数为0.20%。

图5 吐温－80溶液体积分数对尾砂油去除率的影响

2.6 振荡时间对尾砂油去除率的影响

在溶液pH为7、反应温度为25℃、搅拌转速为120 r/min、固液比为1∶5、吐温－80溶液体积分数为0.20%的条件下，振荡时间对尾砂油去除率的影响见图6。由图6可见:振荡时间为1 h时，油去除率为87.3%;振荡时间为2 h时，油去除率达到98.7%;随着振荡时间继续延长，油去除率没有进一步的增大。故本实验最佳振荡时间为2 h。

2.7 最佳实验条件下处理后尾砂的含油量

在溶液pH为7、反应温度为25℃、搅拌转速为120 r/min、固液比为1∶5、吐温－80溶液体积分数为0.20%、振荡时间为2 h的最佳实验条件下，经吐温－80溶液处理后尾砂的含油量在0.3 mg/g以下。

图6 振荡时间对尾砂中油去除率的影响

3 结论

采用表面活性剂吐温－80溶液去除油砂开采尾砂中的油，实验最佳工艺条件:溶液pH为7，反应温度为25℃，搅拌转速为120 r/min，固液比为1∶5，吐温－80溶液体积分数为0.20%，振荡时间为2 h。在最佳工艺条件下经吐温－80溶液处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，硕士生，主要研究方向为污水治理。电话 15843103757，电邮Wanglei1983.8.1@163.com。 联 系 人:马 桂 科，电 话15144284283，电邮 380286270@qq.com。

(编辑 祖国红)