礦山廢潤滑油在混裝炸藥中的應(yīng)用研究探索

崔 剛，馬 平，譚本嶺，葉 輝，郝會娟

（1.礦冶科技集團(tuán)有限公司，北京 100160；2. 北京北礦億博科技有限責(zé)任公司，北京102628）

廢潤滑油屬于《國家危險廢物名錄》規(guī)定的HW08類[1]，危險特性T，廢油中含有廢酸、重金屬等有害物質(zhì)，對人體和環(huán)境的危害很大。礦山的大型設(shè)備多，潤滑油消耗量大。我國礦山企業(yè)每年產(chǎn)生廢潤滑油上百萬t，處理不善會造成嚴(yán)重的環(huán)境問題。

目前，民用爆破行業(yè)在推廣現(xiàn)場混裝炸藥的應(yīng)用，在大型礦山配套建設(shè)相應(yīng)的乳膠基質(zhì)地面站或銨油炸藥地面站?，F(xiàn)場混裝炸藥中所用的油一般為潤滑油和柴油。若將礦山廢潤滑油就地回收再生，應(yīng)用于現(xiàn)場混裝炸藥中，能產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟效益。以神華準(zhǔn)能公司為例，每年約產(chǎn)生廢潤滑油600t，傳統(tǒng)的做法是以較低的價格賣給專業(yè)處理公司，1t廢潤滑油成本約人民幣4000元。而市場上銷售的正規(guī)潤滑油一般在人民幣10000元·t-1之上，如果就地回收利用，能產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟效益。2019年全國生產(chǎn)現(xiàn)場的混裝乳化炸藥為30萬t，需要潤滑油約6000t，若使用廢潤滑油，可以節(jié)約成本人民幣3600萬元[2]。

1 廢潤滑油在現(xiàn)場混裝炸藥中的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，廢潤滑油在現(xiàn)場混裝炸藥中的應(yīng)用雖已有了相關(guān)的研究，但是應(yīng)用范圍較小，僅局限于多孔粒狀銨油炸藥，在乳化炸藥中的應(yīng)用尚未有報道。

專利98124310.X[3]中，用部分廢機油代替柴油加入銨油炸藥中，采用多孔粒狀硝酸銨94.5%、柴油2.75%、廢機油 2.75%的配方，并在黑岱溝露天煤礦中應(yīng)用，取得了良好的效果。自1999年應(yīng)用以來，累計節(jié)約成本人民幣6000余萬元，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟效益，提高了資源利用率，同時消除了廢機油處理過程中的環(huán)保事故風(fēng)險，有著良好的社會效益。

安東等[4]以地溝毛油 38.5%、煎炸老油 57%、表面活性劑 4%、抗氧劑 0.5%為生物復(fù)合油相材料，制備的膨化硝銨炸藥具有良好的爆炸性能。生物油相材料的研究和生產(chǎn)在一定程度上減少了民用爆破行業(yè)對石油產(chǎn)品的依賴性，緩解廢棄生物油脂對環(huán)境的污染，具有較好的社會效益和經(jīng)濟效益。

岳中文等[5]使用廢棄的食用油脂替代部分輕柴油用于混裝銨油炸藥生產(chǎn)，經(jīng)實驗室和現(xiàn)場混裝車實驗，混制成的多孔粒狀銨油炸藥的爆速滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求，使用效果良好。與用純輕柴油相比，生產(chǎn)成本明顯降低。

專利CN101108917A[6]中制備了一種采用質(zhì)穩(wěn)、價低、原料易得的植物蠟與石油中間餾分調(diào)和出的植物型乳化炸藥專用蠟，能夠滿足包裝藥復(fù)合蠟的要求。

以上的研究及應(yīng)用表明，將礦山廢潤滑油就地回收，重新應(yīng)用于混裝炸藥中是可行的，具有很好的經(jīng)濟效益和社會效益。不足的是，目前的研究和應(yīng)用，都是將廢棄用油直接加入到多孔粒狀銨油炸藥的復(fù)合油相中，只能部分添加，不能完全替代柴油使用，且目前尚不能加入到乳化炸藥中使用。若能通過有效的處理，增加廢油的添加比例，使其不僅能滿足銨油炸藥的使用要求，而且能滿足乳化炸藥的使用要求，勢必能夠得到大規(guī)模的推廣應(yīng)用，帶來更大的經(jīng)濟效益和社會效益。

2 廢潤滑油的回收再生現(xiàn)狀

2.1 國內(nèi)廢潤滑油的回收再生現(xiàn)狀

廢潤滑油的回收再生技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的關(guān)注，當(dāng)前國內(nèi)外通用的廢油再生技術(shù)[7]如圖1所示。

圖1 當(dāng)前通用的廢油再生技術(shù)

硫酸-白土法精制廢潤滑油工藝，在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生酸水、酸渣、廢白土等污染物，已被國家明令禁止。目前比較成熟的工藝主要有以下一些。

2.1.1 蒸餾-糠醛精制-白土精制工藝[8]

該工藝采用糠醛作為萃取劑來除去廢潤滑油中的非理想組分，通過不同的精制深度，獲得不同的餾分油，綜合回收率高達(dá)85%，獲得的潤滑油在色澤、閃點和黏度等方面的性能指標(biāo)接近國家標(biāo)準(zhǔn)。但該工藝的投資偏大，成本高，對設(shè)備要求也高。

2.1.2 沉降-絮凝-白土精制工藝[9]

用絮凝劑將沉降后的廢潤滑油中的碳粒、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)等凝結(jié)，再通過離心除去，其中的可溶性炭黑和部分膠質(zhì)、瀝青質(zhì)可回收。雖然不再使用硫酸酸化，但絮凝劑只是除去了廢潤滑油中的碳粒和油泥，其中大部分的非理想組分未得到精制，再生質(zhì)量欠佳。此外，尚未找到一種絮凝時間短、性價比高的絮凝劑，且絮凝劑的回收問題仍未得到很好的解決。

2.1.3 分子蒸餾技術(shù)

分子蒸餾技術(shù)是在高真空技術(shù)條件下遠(yuǎn)低于常壓沸點的分離過程。通過高真空使沸點大幅度降低，從而使廢潤滑油中的雜質(zhì)在脫除時不發(fā)生分子斷鏈和降解，既保證了產(chǎn)品黏度和閃點，又確保再生油的顏色淺。但是該工藝應(yīng)用于實際生產(chǎn)中，仍有很多技術(shù)難題需要解決。目前山東理工大學(xué)設(shè)計完成了0.8m3三級分子蒸餾分離廢潤滑油的中試裝置。

圖2 分子蒸餾工藝流程

2.2 國外廢潤滑油再生工藝技術(shù)路線

2.2.1 KTI工藝

國際動力公司與海灣科技共同開發(fā)的KTI工藝，是先對廢潤滑油進(jìn)行常壓蒸餾除水及氣體油，再在真空條件下，利用刮膜蒸餾器蒸餾出潤滑油餾分。該工藝可以很好地除去廢油中殘留的含硫、氧及氮等混合物，但工藝復(fù)雜，對設(shè)備和操作的要求高。

圖3 KTI工藝流程圖

2.2.2 Meinken工藝

德國公司開發(fā)的Meinken工藝，是在硫酸-白土補充精制過程中，采用一種強力攪拌混合器來減少硫酸用量，使硫酸與廢油能充分接觸，然后再進(jìn)行白土精制。此工藝得到的再生油的質(zhì)量好，添加劑也幾乎全部除去。

圖4 Meinken工藝流程圖

2.2.3 Kleen工藝

Kleen工藝采用加氫技術(shù)，對廢潤滑油先進(jìn)行常壓閃蒸脫水和燃料油，之后在減壓汽提塔、薄膜蒸發(fā)器、Ni/Mo 催化劑固定床反應(yīng)器上進(jìn)行處理。該技術(shù)的處理效果好，但工藝復(fù)雜。工藝流程如圖5所示。

圖5 Kleen工藝流程圖

2.3 再生廢潤滑油的新工藝

隨著科技的發(fā)展和環(huán)保要求的不斷升級，廢油再生新工藝有很大的發(fā)展，包括超細(xì)過濾、分子蒸餾[10]、助溶劑法、亞臨界二氧化碳萃取法[11]、溶劑精制萃取[12]等。各技術(shù)的工藝特點比較見表1。

潤滑油再生工藝向著環(huán)保、無污染的方向發(fā)展，傳統(tǒng)硫酸精制工藝對生態(tài)環(huán)境有破壞，加氫精制工藝是主流方向，但是對工藝、裝備、操作的要求苛刻，因此迫切需要找到一種經(jīng)濟、污染小的廢油再生工藝。

表1 各種廢油再生技術(shù)的工藝特點比較

3 廢潤滑油就地回收在混裝炸藥中的應(yīng)用

潤滑油是乳化炸藥中必不可少的組分之一，按照2019年國內(nèi)200萬t乳化炸藥計算，需要消耗機油約8萬t。潤滑油在乳化炸藥中既作為連續(xù)相，也作為可燃劑使用，其黏度對乳化炸藥黏度和外觀形態(tài)有顯著影響。炸藥生產(chǎn)企業(yè)一般會采購國標(biāo)機械油或液壓油。

造成潤滑油變質(zhì)劣化的主要原因[13]，是潤滑油在使用和貯運過程中與空氣接觸氧化，在高速運轉(zhuǎn)的部件中受熱發(fā)生聚合、縮合、氧化等化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生深度氧化物如環(huán)烷酸皂類、高分子的瀝青質(zhì)和膠質(zhì)炭渣等；以及混入的外來雜質(zhì)如金屬銹蝕產(chǎn)物、脫落的油漆、灰塵、砂土、運動件的磨損等形成的油泥。變質(zhì)部分達(dá)到 5%～10%，潤滑油就不能再繼續(xù)使用了，必須進(jìn)行報廢處理[14]。

從潤滑油的機理分析，絕大部分所謂廢潤滑油并未真正報廢，油品變質(zhì)的只是其中部分的烴類。若作為燃料添加到炸藥中，此類變質(zhì)的氧化物在理論上均可以參加爆炸反應(yīng)，不存在“有害”之說。若回收的廢潤滑油的使用方向是混裝炸藥，對其性能的要求稍低，可采取更加簡單的工藝。

目前，對廢潤滑油的綠色再生以及應(yīng)用到混裝炸藥，尚未有系統(tǒng)的研究。對礦山廢潤滑油進(jìn)行系統(tǒng)分析及再生工藝研究，開發(fā)一種綠色環(huán)保的技術(shù)路線，使劣化程度不同的廢油得到再生，且再生后的潤滑油可以直接用在現(xiàn)場混裝乳化炸藥或銨油炸藥中，實現(xiàn)礦山廢潤滑油的就地處理和使用，將大大減少礦山危險廢物的運輸及可能對環(huán)境造成的危害。處理后的廢油，可就地直接應(yīng)用到礦山現(xiàn)場混裝炸藥中，將產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益和較好的社會價值，對于礦山的綠色循環(huán)發(fā)展具有實際意義。

4 結(jié)論

礦山廢潤滑油的組成復(fù)雜，一直以來對其綠色無害化處理和應(yīng)用的研究從未間斷，目前的研究焦點主要集中在廢潤滑油的完全再生利用。礦山廢潤滑油的就地回收再生及應(yīng)用到現(xiàn)場混裝炸藥領(lǐng)域，尚未有系統(tǒng)的研究。由于現(xiàn)場混裝炸藥對潤滑油的要求不高，因此開發(fā)一種適用于現(xiàn)場混裝炸藥的廢潤滑油再生工藝，具有積極的經(jīng)濟效益和社會效益。