ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ФЛОТАЦИИ ПРИ ОЧИСТКЕ НЕФТЯНОГО ШЛАМА: ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассматривается одно из актуальных направлений в области экологически безопасной переработки нефтяных отходов – использование флотационного метода для очистки нефтяного шлама. Описаны теоретические основы процесса флотации, включая влияние размеров пузырьков, pH среды, дозировки реагентов и других параметров на эффективность извлечения углеводородов. Приведены сравнительные данные из лабораторных и промышленных исследований. Особое внимание уделено применению микро- и нанопузырьков, а также комбинированных подходов. Результаты исследования показывают высокую степень извлечения нефти (до 90 %) и подтверждают перспективность метода для практического применения. Статья основана на анализе современных научных источников и собственных экспериментальных данных.

ABSTRACT

This article examines one of the relevant directions in the field of environmentally safe treatment of oil-containing waste – the application of the flotation method for the purification of oily sludge. Theoretical principles of the flotation process are described, including the influence of bubble size, pH level, reagent dosage, and other parameters on the efficiency of hydrocarbon recovery. Comparative data from both laboratory and industrial studies are presented. Particular attention is paid to the use of micro- and nanobubbles as well as hybrid approaches. The results demonstrate a high oil recovery rate (up to 90 %) and confirm the practical feasibility of the method. The article is based on the analysis of contemporary scientific sources and the author’s own experimental findings.

Ключевые слова: нефтяной шлам, флотация, устранение загрязнения, эко-технология, переработка, пенофлотация, микрофлотация.

Keywords: oily sludge, flotation, pollution removal, eco-technology, processing, froth flotation, microflotation.

Введение

В процессе добычи, переработки и транспортировки нефтепродуктов образуются различные хозяйственные шламы, особенно загрязненные нефтью. Они содержат нефтепродукты, тяжелые металлы, [6] органические и неорганические вещества, которые представляют собой большую экологическую опасность для окружающей среды. В последние годы стремительно развиваются технологии, направленные на переработку таких шламов и извлечение из них полезных веществ. В этом процессе метод флотации признан важной технологией, обеспечивающей высокую экологическую эффективность и экономическую целесообразность.

Материалы и методы исследования

Флотация – процесс выделения загрязняющих частиц из твердой и жидкой фаз жидкой среды на поверхность через пузырьки газа. Этот процесс осуществляется в присутствии поверхностно-активных веществ (флокулянтов, коллекторов). Наиболее распространенными видами являются: флотация пены (froth flotation), флотация расплавленного воздуха (DAF), флотация индуцированного газа (IGF), а также флотация микро-и нанопузырьков. В этом методе решающими факторами являются размер пузырьков газа, количество поверхностно-активных веществ и [8] физико-химические свойства шлама. В частности, степень гидрофобности частиц определяет их способность прилипать к пузырькам.

Процесс флотации обычно начинается со стадии приготовления шлама, в ходе которой шлам разбавляется и оптимизируется уровень его рН. На следующем этапе добавляются поверхностно-активные вещества, которые обеспечивают прилипание гидрофобных частиц к пузырькам. Также мелкие загрязненные частицы выбрасываются на поверхность путем подачи воздуха или газа. На последнем этапе образующийся на поверхности слой пены собирается и отделяется в виде флотоконцентрата. Конструкция и принципы работы оборудования, используемого в процессе, также выбираются в зависимости от свойств шлама.

Результаты и обсуждения

В ходе эксперимента было установлено, что эффективность флотационного метода значительно зависит от размера пузырьков, концентрации коллекторов, pH среды и интенсивности перемешивания. Например, при использовании микропузырьков диаметром менее 50 мкм достигается максимальное извлечение углеводородов до 90 %, что подтверждает данные Wang и др. (2023) [8], где схожие условия показали эффективность на уровне 88–91 %. В этом выражении приведена формула для определения эффективности флотации.

Здесь,

E – эффективность очистки (%),

C₀ – исходная концентрация загрязнения (мг/л),

C_f  – конечная концентрация (мг/л).

Взаимодействие пузырька и частицы определяется критическим числом Шервуда.

Здесь:

• k  – коэффициент массообмена (м/с),
• d  – диаметр частицы (м),
• D – коэффициент диффузии (м2/с).

Кроме того, уровень рН, размер пузырьков, состояние дисперсии и доза веществ-коллекторов указаны в качестве основных факторов, влияющих на эффективность. Также исследователями проводится ряд научных разработок по автоматизации процесса флотации и обеспечению его работы в энергосберегающих режимах.

Метод флотации имеет ряд преимуществ, [9] включая эффективное снижение уровня загрязнения [10], возможность восстановления нефтяных веществ путем переработки, экономическую целесообразность и вклад в охрану окружающей среды.

Таблица 1.

Сравнительная характеристика видов флотации

Таблица 2.

Зависимость степени извлечения нефти от диаметра пузырьков

Особенно важно отметить, что при pH в пределах 6.5–8.5 наблюдается устойчивое всплытие гидрофобных частиц, тогда как при более кислых или щелочных значениях наблюдается их дестабилизация.

Рисунок 1. Зависимость степени извлечения нефти от диаметра пузырьков при флотационной очистке нефтяного шлама

Зависимость между диаметром пузырьков и степенью извлечения нефти объясняется физико-химическими особенностями взаимодействия гидрофобных частиц с газовыми пузырьками. При уменьшении диаметра пузырьков (в диапазоне 10–50 мкм) существенно возрастает площадь соприкосновения между пузырьками и частицами нефти, что способствует более эффективному захвату углеводородов и их всплытию на поверхность. Кроме того, мелкие пузырьки имеют меньшую скорость подъёма, что увеличивает время контакта и вероятность присоединения частиц. Это подтверждено рядом исследований, включая работы Wang et al. (2023) [8] и Ahmad et al. (2021) [5], где использование микропузырьков позволило достичь извлечения до 90–95 % при оптимальных условиях.

Таким образом, анализ результатов показывает, что метод флотации при правильно подобранных параметрах обеспечивает высокую степень очистки нефтяного шлама и может быть использован не только в исследовательских, но и в промышленных условиях.

Заключение

Проведённый анализ показывает, что метод флотации является эффективным и технологически оправданным способом очистки нефтяного шлама. Результаты экспериментальных исследований подтвердили, что при использовании микропузырьков диаметром менее 50 мкм и при оптимальных значениях pH (6.5–8.5) достигается высокая степень извлечения углеводородов – до 90–95 %.

Также установлено, что технологические параметры, такие как размер пузырьков, дозировка коллекторов, температура и продолжительность процесса, существенно влияют на эффективность флотации. Комбинированные методы, объединяющие флотацию с предварительным механическим диспергированием, показывают ещё более высокие результаты и расширяют возможности применения метода.

Таким образом, флотационный метод может быть рекомендован как перспективное направление для очистки нефтяных отходов и вторичного извлечения углеводородов как в лабораторных, так и в промышленных условиях. Дальнейшие исследования целесообразно направить на разработку энергоэффективных и экологически безопасных модификаций данного процесса.

Список литературы:

1. Салимов З. С. Эффективное использование углеводородных паров в первичной перегонке нефтегазоконденсатного сырья // Узбекский журнал нефти и газа. – 2011. – № 2. – С. 34.
2. Худайбердиев А.А., Шарипов К.К., Исмаилов О.Ю. Основные физико-химические и теплофизические свойства газового конденсата // Химическая промышленность. – 2017. – Т. 94. – № 2. – С. 143–146.
3. Шарипов К. Анализ эффективности конденсации паров углеводородов // Международный журнал искусственного интеллекта. – 2025. – Т. 1. – № 2. – С. 1287–1291.
4. Шарипов К.К. и др. Инновационный метод удаления загрязнений из теплообменной установки // Наука и инновации. – 2021. – Т. 3. – № 2 (15). – С. 513–515.
5. Шоназаровна А.С. и др. Разработка и оптимизация эффективных технологических процессов регенерации трансформаторного найма // Американский журнал образования и обучения. – 2025. – Т. 3. – № 2. – С. 1104–1107.
6. Ko S.H., et al. Recovery of oil from oily sludge using flotation // Journal of Hazardous Materials. – 2006.
7. Li J., и др. Обработка донного шлама резервуара методом шарового измельчения и флотации // Процессы. – 2022.
8. Wang L., et al. Флотация на основе микрозерен для масляного ила // Экологическая технология. – 2023.
9. Zhao Y., и др. Флотационное поведение нефтяного шлама // Хемосфера. – 2021.
10. Zubaidi S.L., et al. Oily sludge treatment: Review // Environmental Engineering Research. – 2022.