热轧油泥在线气浮除油中试研究

2019-01-29徐鹏飞杨大正耿继双杨立军马光宇

鞍钢技术 2019年1期

徐鹏飞，杨大正，耿继双，杨立军，马光宇

（1．鞍钢集团钢铁研究院，辽宁鞍山114009；2．鞍钢股份有限公司热轧带钢厂，辽宁鞍山114021）

钢铁行业热轧生产过程中产生的氧化铁皮，会被高压水冲洗剥落至地沟，经旋流井后，在平流池中进行沉淀，这些细小颗粒的铁皮，裹夹着润滑油、轧制油和水，沉淀至平流池底部，形成热轧油泥。这种油泥因含油率高，难以直接循环利用。传统热轧油泥处理方法有萃取法［1-2］、清洗法［3-6］、焙烧法［7］和蒸馏法［8-9］。萃取法采用有机溶剂，利用“相似相溶”原理，将油泥中的油分离出来，为了达到除油效果，有的采用多级萃取、多级分离。清洗法利用表面活性剂洗去油泥油分，分常温清洗和加热清洗，但都存在水污染问题，且加热清洗需要热源。焙烧法即把油泥作为烧结配料直接焚烧，过程中产生油烟和明火，易引起烧结风机故障。蒸馏法采用间接加热，投资大、能耗高，并伴有油烟污染［7,10］。

因部分热轧含油污水采用气浮方法处理［11］主要考虑的是水质问题，并未研究气浮工艺对油泥除油效果的影响。本文结合气浮原理，研究采用气浮方法进行热轧油泥除油的效果，通过利用5 m3/h中试装置在热轧厂平流池边进行试验，研究了回流比、气液比、气体压力和加药等对除油效果的影响，得到气浮工艺应用于热轧油泥在线除油的最优参数。根据油泥在鞍钢综合利用的技术要求，除油后油泥含油率目标定为≤5%。

1 气浮原理

由于水中的颗粒物（包括悬浮杂质颗粒和油）有憎水性，其对水分子的引力小于水分子自身的引力，当颗粒物趋近气浮微气泡时，表面的水分子被不断拉走，气浮微细气泡粘附于水中的颗粒物上或与颗粒物共聚，使颗粒物整体与水的密度差增加，密度差产生的浮力使颗粒物上浮至水面，集聚后被刮走，从而实现颗粒物的气浮分离，即气浮原理。

中试试验时，来水进入中试装置入口管道和气浮槽时，与气浮溶气水相混合，溶气水中大量微细气泡均匀分散到来水中。在油泥与微气泡接触过程中，油泥中的油不断被微气泡拉走到水中，然后被大量微气泡包裹，水中绝大部分的悬浮颗粒和油粘附着微气泡，快速上浮，在水面形成含微气泡的稳定浮油层，不再下沉。油泥由于密度大，难以被微气泡托起，或托起后在上升过程中，与微气泡分离，再次下沉。因此，气浮可同时实现降低铁泥含油量和出水含油量的作用。

2 试验材料与方法

2.1 热轧油泥采样

鞍钢热轧厂浊环水经过平流池沉淀，得到底部污泥，为原始热轧油泥，该油泥的含油率是在一定的范围内波动，表1给出了中试试验期间所取10次原始油泥的含油率。

表1 原始油泥含油率

2.2 试验方法

每次试验前先取原泥样，将中试后的泥样与原泥样的含油率进行对比。因热轧油泥含油率测定方法暂时没有国家和行业标准，按鞍山钢铁集团公司企业标准《轧钢含油铁鳞含油率的测定重量法》(Q/ASB262.2-2010)检验泥样干基的含油率。水中含油量化验分析方法按《水质石油类和动植物油的测定红外光度法》GB/T16488-1996执行。水中悬浮物分析方法按《水质悬浮物的测定重量法》GB11901-1989执行。

2.3 试验装置及过程

试验所用装置由提升泵、溶气泵、气浮沉淀槽等构成，设计处理量为5 m3/h，停留时间为10 min。溶气泵用于回流气浮沉淀槽内出水，并对进气量和气体压力进行调节。气浮沉淀槽从上到下分为刮油（渣）区、出水区、气浮区、接触区、沉淀区和积泥区，沉淀方式为斜板沉淀，在积泥区设有取样阀。试验装置示意图如图1所示。

浊水进入气浮沉淀槽，布设在气浮沉淀槽内的释放器释放出微气泡，微气泡将附在油泥颗粒表面的油和水中的油及悬浮物颗粒带至气浮沉淀槽表面，再由刮渣机把油渣刮入油槽收集后排入平流池。除油后的油泥按设定时间间隔从气浮沉淀槽的底部取出，测定含油率。

图1 试验装置示意图

3 结果与讨论

试验共分为3部分，分别为气浮试验、气浮加药试验和二次气浮试验。

3.1 气浮试验

考虑在一定压力条件下空气在水中的溶解度等技术条件，中试装置吸气量控制在1.5 L/min。在该条件下优化回流比、气液比、气体压力参数，回流比调节范围为10%～20%，气液比调节范围为10%～15%，气体压力调节范围为0.4～0.6 MPa。设计L9（33）正交试验方案，试样选用原泥1，含油率为12.8%，正交试验因素水平见表2，正交试验方案和结果见表3。

表2 正交试验因素水平

表3 正交试验方案和结果

表3中K1、K2、K3分别表示回流比、压力和气液比在3个水平上所对应的含油率的算术平均值。由于试验指标为油泥含油率，其值越小越好，因此选取每个因素K值的最小值所对应的水平作为优选方案参数。由表3可以看出，3列最小值均为K2，确定优选方案参数：在吸气量为1.5 L/min时，回流比15%、气液比12.5%、气体压力0.5 MPa。

依据优选方案参数进行验证试验。试样选用原泥 2、3、4、5，试验结果见表 4。试验结果表明在优选方案参数下，原泥2的含油率由11.2%降低至2.7%，达到除油后油泥含油率≤5%的标准，除油率为75.9%；原泥3的含油率由14.7%降低至5.0%，达到除油后油泥含油率≤5%的标准，除油率为66.0%，；原泥4含油率由23.0%降至8.8%，原泥5含油率由27.6%降至为7.4%，均大于5%，未达到除油后油泥含油率≤5%的标准。

表4 优选方案验证试验结果

由以上试验结果可知，一般当原始油泥的含油率＜15%时，气浮可达到除油后油泥含油率≤5%的标准，但当油泥含油率较高时，只用一次气浮达不到除油标准要求，可以考虑采取辅助加药和二次气浮手段。

3.2 气浮加药试验

为了提高高含油率油泥的除油效果，在气浮的同时向来水中加入清洗药剂。试验时分别加入除油药剂 a（6501、LAS、STP复配）和药剂 b（PAM），并将加药除油结果与不加任何药剂除油结果作比较。试样选用原泥4，含油率为23.0%，试验药剂加入量为 0.8 g/m3水，气浮参数均按正交试验优选方案，试验结果见表5。

表5 气浮与气浮加药结果

由表5可见，气浮加药后，气浮除油后油泥含油率均有所降低，达到除油后油泥含油率≤5%的标准，除油率比未加药时分别提高了17.9%和16.6%。因此，当原始油泥含油率较高时，在气浮同时向来水中加入适量除油药剂，可明显提高除油效果，降低气浮后含油率，达到除油后油泥含油率≤5%的标准。

3.3 二次气浮试验

为了提高高含油率油泥的除油效果，节约加药成本，避免长期加药导致热轧循环水中盐分增加，进行了二次气浮试验。先把平流池配水渠来水打入1.5 m3水箱进行气浮，一次气浮后的水再泵入气浮沉淀槽进行二次气浮。试样选用原泥7，含油率为15.8%，气浮参数均按正交试验优选方案，试验结果见表6。

表6 二次气浮试验结果

由表6可以看出，二次气浮后油泥含油率又降低了1.0%，除油率提高7.0%。说明二次气浮可进一步提高除油效果，同时可以避免在热轧循环水中引入药剂。

同时，气浮对平流池水中的悬浮物和含油量有明显去除效果。平流池入水和出水中的悬浮物含量和含油量分别见图2和图3。

由图2和图3可以看出，平流池出水中的悬浮物含量和含油量相比于入水中的悬浮物含量和含油量明显减少，悬浮物含量最高从1 034 mg/L降到13 mg/L，含油量最高从1.92 mg/L降到1.28 mg/L，远小于鞍钢平流池控制水质悬浮物＜80 mg/L和含油量＜15 mg/L的指标。说明增加气浮装置，可以在很大程度上减轻平流池后续水处理工艺单元的负荷，显著降低浊水处理成本。

图2 平流池入水和出水悬浮物含量

图3 平流池入水和出水含油量

4 大生产应用可行性分析

4.1 技术分析

中试试验后，需要把中试的工艺参数放到工程改造中去，结合中试装置参数和平流池实际情况，进行了技术理论上的分析，见表7。

表7 平流池和中试装置参数

当沉淀池进水量一定时，它所能去除的颗粒大小是一定的。在所能去除的颗粒中，最小的颗粒沉速正好等于该沉淀池的水力表面负荷。因此，水力表面负荷越小，所能去除的颗粒越多，沉淀效率越高；反之水力表面负荷越大，沉淀效率越低。由表7可以看出，实际应用中，平流池的表面负荷为3.85 m3/（m2·h），优于中试装置的 5 m3/（m2·h）；停留时间平流池比中试装置长了7 min，有效水深也是平流池更有利。整体上，平流池参数优于中试设备，工程应用后的除油效果会更好。