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1、陕西理工学院毕业论文第 1 页共 6 页废金属切削液中可利用成份分析与利用研究（陕西理工学院化学与环境科学学院应用化学专业 1102 班，陕西 汉中 ）指导教师：摘要金属切削液在使用过程中随着机械杂质的进入、细菌的繁殖、使用时间的延长等诸多原因会逐渐变质而成为废金属切削液。废金属切削液作为一种危险废物，虽然不能够直接使用，但是其中的有效物质仍然存在。本论文通过对废金属切削液的背景分析、化学耗氧量（COD） 、折光度、水质硬度基本状况的测定，参考相关文献，设计除杂、除菌、调配三步工艺路线，对废金属切削液进行回收处理，从而以做到废金属切削液中可利用成份的回收。本论文设计的工艺路线简单，成本低廉，更
2、适用于中小企业。关键词 金属切削液；回收；工艺 1 引言金属切削液是指在金属切削加工过程中所使用的润滑剂，具有冷却、减摩、润滑、防锈四个作用 1。金属 切削液广泛使用在现代金属切削加工中，现已成为机金属加工过程中不可或缺的辅助材料。在金属加工生产中，金属切削液是一种重要的工艺辅助材料，正确使用金属切削液可以减少刀具消耗，降低零件报废率，降低企业成本 2,3。金属切削液按合成方法不同可分为水基切削液，油基切削液两类。而水基切削液又可分为乳化和半乳化两类。油基切削液因为其构成稳定 4，很难变质，保养方法较简单，仅需每隔一段时间除去切削液中的机械杂质,但是油基切削液有一个缺点，那就是在使用过程中会产
3、生大量烟雾，这些烟雾对人体有害，而又没有办法完全去除掉。而作为一种新兴的替代品，水基切削液则没有这一缺点，它在使用过程中不会发出大量烟雾，也无特殊气味，现已逐渐取代了油基切削液在金属切削加工过程中的作用 5。但是由于水基切削液主要以水和乳化剂及其他防锈剂、防腐剂等其他添加剂构成，其组份相对而言并没有油基切削液稳定。因此水基切削液在使用过程中随着使用时间的加长、机械杂质的混入、空气中的微生物进入其中繁殖等诸多原因会逐渐腐败变质变黑，散发出臭鸡蛋气味，从而不能使用。但是废金属切削液又不可以直接排放，必须经过处理后方可排放 6-9。对于这种情况大多数厂家在使用水基切削液的过程中会使用一些常见的方法来
4、保护切削液，如定期向切削液中投放杀菌剂，过滤其中的大颗粒机械杂质，定期补加自来水和基液等来维持切削液的活性和浓度。然而这些方法治标不治本，不能从源头上解决问题，所以大约每隔半年左右企业基本都会彻底更换切削液，更换下来的废切削液既不能直接排放，而很多中小型企业自身又没有能力独立处理或者回收这些废切削液，只能将废液集中到一起，交给专门的环保公司来解决废切削液的问题。这样一来，企业不仅仅在处理废切削液时耗费资金，同时也浪费了废切削液。因此研究废切削液的回收势在必行，也具有十分广阔的市场前景。对于上述情况，如果能将废金属切削液回收，经过技术手段处理后，除去废金属切削液中的有害物质，使废金属切削液可以重
5、复使用。那么不仅仅可以减少废金属切削液排放时的处理费用，同时也为企业降低了购买金属切削液的资金，无形中降低了企业的生产成本。既做到了节能减排，又降低了企业的生产成本。研究表明，废金属切削液经过一定的技术手段处理后，可以做到减量化的回收与利用。目前，在国外如奎克化学有限公司的双组份-2PQA 技术就有效的做到了废金属切削液的回收，充分的利用了废金属切削液 10；法国原子能研究机构（CEA）的技术 -膜处理技术，利用陶瓷膜具有良好的破乳作用，利用此原理回收处理废金属切削液也取得了良好的效果；Kim BR 采用的厌氧流化床反应器，Nidal Hilal 利用超滤和纳米过滤膜等在废金属切削液的处理方面
6、也取得了不错的效果 11,12。而陕西理工学院毕业论文第 2 页共 6 页国内如中国中元国际公司为某企业设计的切削液集中循环系统，叶伟昌、严卫平自行研发的废乳化液回收处理装置在废金属切削液的回收上也取得了不错的成果，还有如冯欣、胡地、周雍新等人的研发的设备同样取得了良好的成果 13-16。为废金属切削液的回收做出了参考。引起金属切削液变质的两个因素为混入切削液中的机械杂质，切削液中的各种微生物的繁殖 17。因此如果能通过适当的方法除去废金属切削液中的杂质和微生物 18,19，再利用基液和水按照一定的比例进行调配，使其恢复到可用范围内，即可做到废金属切削液中可利用成份的回收与利用，同时既为企业降
7、低了生产成本，又做到了节能减排，减少了企业处理废金属切削液的费用。本论文研究了废切削液的回收与利用，在对废金属切削液基本状况分析的基础上，研究发现，废金属切削液经在离心速度为 10000r/min 下离心处理 30 min 后除去机械杂质后，再用浓 H2SO4 调节 pH 值至 3，静置 24 h 后过滤，所得处理液按照一定比例加水和基液调配后即可得到新的金属切削液，实现了废金属切削液的有效的利用。利用文章中的废金属切削液回收处理技术，处理后的废金属切削液参与金属切削液的调配过程，经过计算，每生产调配 1 t 金属切削液，可减少 460 公斤自来水，1 公斤基液的使用；并且采用文章中所介绍的回
8、收处理废金属切削液技术，基本可以做到废金属切削液的零排放。 本论文中介绍用的废金属切削液中可利用成份回收与利用的方法对废金属切削液的利用率达到95%以上，并且通过文章中所采取的方法，最终所得到的金属切削液基础液在调配过程中可以取代50%的自来水，同时也减少了基液的使用量，降低了废金属切削液的排放量，无形中为企业降低了购买金属切削液以及处理废金属切削液的成本。文章中所采用的工艺路线条件及所需的药品均为工业生产中所常见的，成本相对于购入大型金属切削液回收设备较低廉，且操作简单、可行，更适用于中小型企业。2 实验仪器与试材2.1 仪器试剂仪器：H2050R 型医用离心机(湖南湘仪实验仪器开发有限公司
9、) ；阿贝折光仪（上海精密仪器有限公司） ；AFS-930 原子荧光光度计（北京吉天仪器有限公司） ； SPS8000 ICP 原子发射光谱分析仪（北京卓信博澳仪器有限公司） 。试剂：浓 H2SO4（A.R 四川西拢化工有限公司） ；浓 HCL（A.R 四川西拢化工有限公司） ；浓HNO3（四川西拢化工有限公司） ；C 2H7NO(A.R 西安试剂总厂)；K 2Cr2O7（A.R 天津市耀华化学试剂有限责任公司） ；Ag 2SO4（ A.R 上海玻尔化学试剂有限公司） ；30%HgSO 4(A.R 郑州派尼化学试剂厂) ； 0.1006mol/L（NH 4） 2SO4FeSO46H2O（A.R
10、 廊坊鹏彩精细化工有限公司） ；试亚铁灵指示液。试材：废金属切削液（汉中市红润化工有限公司提供） ；德国舒美 Mikrocount Combi 细菌测试片（德国舒美公司） ；德国 aquadur 水硬度测试条(德国 AQUADUR 公司)；3 实验与实验结果讨论3.1 废金属切削液的基本状况的测定3.1.1 物理状态 废金属切削液为黑色夹杂着机械杂质散发出臭鸡蛋味的半乳化状液体；使用 pH 试纸测得其 pH 值为 7.5 左右，呈弱碱性；使用德国 aquadur 水硬度测试条测得其水质硬度为 100。3.1.2 化学需氧量(COD) 化学需氧量（ COD），是指在强酸并加热的条件下，用重铬酸钾
11、作为氧化剂处理水样时所消耗氧化剂的量，其溶解性或悬浮性物质消耗该氧化剂的量，以氧的 mg/L 来表示水中还原性污染物的情况，水中还原性物质包括有机物、亚硝酸盐、亚铁盐、硫化物等。对于河流和工业污染的研究及污水处理控制而言,COD Cr 是一个重要的参数。 将废金属切削液稀释 30 倍后，准确移取稀释后的样品溶液 20ml 于磨口圆底烧瓶中,加入硫酸汞（30% ）3.5 ml,20 ml 重铬酸钾（ 0.2500 mol/L）,混合均与后，与有磨口的冷凝管连接好，打开自来水，从冷凝管上口缓慢加入 30 ml 硫酸-硫酸银溶液，打开电热套，开始加热，从液体沸腾时开始计时，连续加热两个小时。两小时后
12、撤去加热套，待溶液冷却至室温后，从冷凝管上端加入 90 ml陕西理工学院毕业论文第 3 页共 6 页蒸馏水缓慢冲洗冷凝管管壁。将溶液移至锥形瓶中，用蒸馏水冲洗圆底烧瓶，冲洗后的蒸馏水同样加入锥形瓶中，加入 3 至 4 滴试亚铁灵指示剂。用硫酸亚铁胺（0.1006 mol/L ）滴定溶液，待溶液的颜色由黄色经蓝绿色至红褐色时为滴定终点，记录下硫酸亚铁胺溶液用量 20。通过计算可知废金属切削液化学需氧量为：19320 mg/L。3.1.3 废金属切削液中重金属离子测定 金属或含金属物质进入环境并超过一定浓度引起对环境质量的改变,对生态系统造成不良影响,直接或者间接影响人体的健康。金属污染有自然因素
13、引起的,如土壤、岩石的风化、火山爆发等;也有人为因素所致的,主要是采矿、制造和使用金属制品或含有大量金属污染物的工业废水排入环境,有些金属如铜、锌等是生命活动所需要的微量元素,大部分金属如汞、铅、镉、铬等则非生命所必需。但若超过一定含量所有金属元素对生命和人体都是有毒的。许多金属元素如汞、镉、铅、砷,可破坏酶的活性和细胞的结构,有的还易于积累在生物体内造成危害。金属进入环境后很难消除,应当在排入环境之前严格控制。本论文中采用 ICP 原子发射光谱分析仪对金属离子的含量进行测定，废金属切削液中重金属离子浓度测定见表 3.1,表 3.1 中 As 和 Hg 含量采用 AFS-930 原子荧光光度计
14、测定，其余金属离子含量采用 SPS8000 ICP 原子发射光谱分析仪测定。表 3.1 废切削液中重金属离子浓度样品 Mg(ppm) Fe(ppm) Al(ppm) Cu(ppm) Zn(ppm) Cr(ppm) Cd(ppm) As(g/L) Hg(g/L)Std00 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000Std01 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1,000 1,000Std02 10.000 10.000 10.000 10.000 10.000 10.000 10.000样品 1 5.980 1.965 0.941
15、 0.480 12.637 0.055 0.453 19.839 25.590样品 2 6.177 1.983 0.764 0.247 12.585 0.045 0.434 20.842 11.4013.1.4 折光度（浓度） 折光度是物质的特性常数，固体、气体、液体都有折光度，尤其是液体，折光度是表示液体纯度的一个重要参数，折光度也经常用来表示液体的浓度。本论文中用阿贝折光仪测定经过酸化处理后的废金属切削液的浓度，以用来表示体系的浓度。用阿贝折光仪测定经过酸化后的废金属切削液折光度为 2.40%。3.2 废切削液预处理步骤3.2.1 除杂 废金属切削液中夹杂的机械杂质较多，无法测定折光度，给
16、后期处理带来诸多不便。所以首先必须出去废金属切削液中的机械杂质。采用离心处理的方式除去废金属切削液中的机械杂质。分别取 12 份体积均为 50 ml 的废金属切削液，利用高速离心机离心处理，分别在离心速度为 5000 r/min、6000 r/min、7000 r/min、8000 r/min、9000 r/min、10000 r/min 下离心 15 分钟，30 分钟。过滤上述离心后的废金属切削液，通过对比后，选择离心速度 10000 r/min,离心时间 30 分钟效果最佳，除杂效果最佳。3.2.2 破乳酸种类及用量 废金属切削液中由于乳化剂的存在，使溶液中水相和有机相结合紧密，除此之外部分金属离子同样也溶解在废金属切削液中，破乳的目的是出去废液中的乳化剂的乳化作用。破乳方法种类较多，由于盐析破乳会加入新的金属离子，故选用酸化破乳。取经过离心速度 10000 r/min、时间 30 min 处理后的滤液 3 份各 50 ml,分别用浓 HCl、浓 H2SO4、浓 HNO3 调节 pH 至 3。因为
