一次鹽水精制去除Mg2+的機(jī)理研究

鄧建民，楊國(guó)強(qiáng)

（寧夏英力特化工股份有限公司，寧夏 石嘴山 753202）

一次鹽水精制去除Mg2+的機(jī)理研究

鄧建民，楊國(guó)強(qiáng)

（寧夏英力特化工股份有限公司，寧夏 石嘴山 753202）

研究鹽水精制過(guò)程Mg（OH）2膠體生成機(jī)理及影響因素，研究鹽水中Fe（OH）3膠體與Mg（OH）2膠體的相互作用，選定適宜的過(guò)堿量以優(yōu)化鹽水精制操作。

鹽水精制；反應(yīng)機(jī)理；影響因素；膠體混凝機(jī)理

1　鹽水精制現(xiàn)狀

寧夏英力特化工股份有限公司燒堿產(chǎn)能為20萬(wàn)t/a，使用青鹽為主要鹽種，與其余鹽種及再生鹽搭配使用，近兩年因再生鹽價(jià)格低于青鹽，公司為降低生產(chǎn)成本，決定擴(kuò)大再生鹽用量比例，但再生鹽及其余鹽種與青鹽成分相比各組分含量有一定的差異。

2　再生鹽使用情況

公司一次鹽水精制采用與浮上桶配套的凱膜過(guò)濾技術(shù)，將原鹽中的鎂、有機(jī)物和其他雜質(zhì)分別在預(yù)處理器和膜過(guò)濾器中去除。其精制流程示意圖見(jiàn)圖1。

圖1　一次鹽水精制流程簡(jiǎn)圖

原鹽中的Mg2+一般以氯化物的形勢(shì)存在，再生鹽含量過(guò)高并用量較大時(shí)將影響凱膜的使用。如果浮上桶的能力有限，當(dāng)氣浮過(guò)程中某一項(xiàng)參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，將導(dǎo)致膜過(guò)濾器無(wú)法正常運(yùn)行，在使用過(guò)程發(fā)現(xiàn)提高再生鹽配比后出現(xiàn)如下問(wèn)題：凱膜過(guò)濾器壓力上升，這是Mg（OH）2膠體附著在膜面上不易被反沖清除，造成過(guò)濾壓力高，通量小，因此影響膜組件使用；當(dāng)原鹽配比不合理時(shí)，產(chǎn)生致密性顆粒堵塞過(guò)濾通道，不利于板框壓濾機(jī)濾餅的形成，影響板框壓濾機(jī)正常運(yùn)行。因此，研究鹽水精制過(guò)程的Mg2+的去除以改進(jìn)操作方式成為當(dāng)前公司節(jié)本降耗面臨的課題。

3　pH值對(duì)Mg2+精制過(guò)程的影響

3.1pH值對(duì)Mg2+精制反應(yīng)過(guò)程及結(jié)晶的影響

在前反應(yīng)器中加入NaOH，與鹽水中的Mg2+進(jìn)行反應(yīng)，從反應(yīng)方程式Mg2++2OH-=Mg（OH）2↓可以看出，在保持OH-過(guò)量的情況下，有助于Mg（OH）2沉淀的生成。根據(jù)溶度積規(guī)則及同離子效應(yīng)，過(guò)量OH-有助于Mg2+的減少，并且反應(yīng)物濃度升高有助于反應(yīng)的快速進(jìn)行。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)可知，Mg2+和OH-在pH值為8時(shí)開(kāi)始反應(yīng)，pH值為10.5～11.5時(shí)，反應(yīng)迅速完成，形成膠狀絮凝沉淀[1]；但pH值要控制為9～11，若pH值過(guò)高，即過(guò)堿量太高時(shí)，雖然反應(yīng)完全，但形成的沉淀形狀發(fā)生變化，即Mg（OH）2由絮狀變?yōu)榫睿灰壮两担S著鹽水流動(dòng)，影響鹽水質(zhì)量。同時(shí)pH值過(guò)高易使鹽水中的Si和Al含量上升。根據(jù)等電位點(diǎn)理論，pH值低于12時(shí)，氫氧化鎂膠體表面帶正電，易于吸附OH-離子，由于Mg2+和OH-的鮑林半徑分別為0.065 nm和0.153 nm，Mg2+和OH-之間的距離較兩個(gè)Mg2+之間的距離大，斥力較小，因而晶體沿邊生長(zhǎng)而不團(tuán)聚在一起。當(dāng)pH值升高至13時(shí)，生成的氫氧化鎂膠體表面帶負(fù)電荷，在成核過(guò)程中Na+無(wú)選擇性的吸附在晶核的各晶面，而阻礙Mg2+的嵌入，使得晶體無(wú)法長(zhǎng)大[2]。這就導(dǎo)致pH過(guò)高產(chǎn)生的晶體細(xì)小，晶體懸浮在鹽水中不能沉降過(guò)濾去除。

若pH過(guò)低，達(dá)不到規(guī)定的過(guò)堿量要求，則Mg2+去除不完全，會(huì)增大二次鹽水精制的工作負(fù)荷，原過(guò)堿量指標(biāo)控制在0.2～0.6 g/L，根據(jù)以上分析，將過(guò)堿量指標(biāo)重新核定為0.1～0.4 g/L。

3.2pH值對(duì)反應(yīng)速率及終點(diǎn)的影響

根據(jù)李秋菊等的研究，當(dāng)pH值從9上升到10時(shí)，產(chǎn)品收率增長(zhǎng)非常快，從51.24%增長(zhǎng)到90.33%，再繼續(xù)升高pH值，當(dāng)pH值達(dá)到13時(shí)，產(chǎn)品收率增長(zhǎng)至94.25%[2]；說(shuō)明pH值升高能夠加速反應(yīng)進(jìn)行，這是因?yàn)榉磻?yīng)物濃度升高所致。卜正國(guó)等以芒硝型鹽水做實(shí)驗(yàn)，在控制過(guò)堿量在0.197 6 g/L，反應(yīng)時(shí)間控制在30 min時(shí)，溶液中的Mg2+能夠從0.117 2 g/L降至0.003 1 g/L，去除率為97.35%；當(dāng)反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)至60 min時(shí)，Mg2+從0.117 2 g/L降至0.002 6 g/L，去除率為97.78%[3]。所以控制適當(dāng)?shù)倪^(guò)堿量在30 min就可將Mg2+含量降至3.1×10-6，達(dá)到一次鹽水精制要求。因此前反應(yīng)器的反應(yīng)時(shí)間設(shè)計(jì)為0.5 h，過(guò)長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間對(duì)反應(yīng)終點(diǎn)的提升幫助效果不大。

4　加入混凝劑FeCl3對(duì)鹽水精制Mg2+去除的影響

鹽水中生成Mg（OH）2膠體顆粒粒度在為1～100 nm，鹽水體系屬于膠體分散體系，膠體易吸附電荷，靜電斥力阻止膠粒互相接近和接觸碰撞，并且?guī)щ姾傻哪z粒和反粒子都能與周圍的水分子發(fā)生水化作用，形成一層水化殼，阻止膠粒聚合，因此如果沒(méi)有外力作用下，鹽水中的Mg（OH）2膠體之間處于穩(wěn)定狀態(tài)。

當(dāng)配制好的FeCl3溶液加入進(jìn)預(yù)處理器的鹽水后，F(xiàn)e3+和鹽水中的OH-或溶解的氧氣反應(yīng)結(jié)合產(chǎn)生絮狀的Fe（OH）3膠體，由于Fe（OH）3膠體比表面積較大，具有極大的表面自由能，有強(qiáng)烈的吸附能力，F(xiàn)e（OH）3膠體在吸附Fe3+后膠體帶有正電荷，電荷相互作用破壞Mg（OH）2膠體的穩(wěn)定性，使鹽水中Mg（OH）2的細(xì)小懸浮顆粒和膠體微粒凝聚成較大顆粒，從而凝結(jié)成絮狀。凝結(jié)后密度較大顆粒往下沉淀，密度較小顆粒的在溶解在鹽水中的空氣上浮作用帶動(dòng)下往上浮，這樣鹽水中懸浮的Mg（OH）2膠體得到了凈化。

根據(jù)雙電荷壓縮理論認(rèn)為，當(dāng)形成Fe（OH）3膠體時(shí)，F(xiàn)e（OH）3膠體吸附Fe3+，導(dǎo)致擴(kuò)散層OH-電荷增多，靜電斥力將Mg（OH）2膠體擴(kuò)散層OH-電荷擠壓到吸附層，使氫氧化鎂膠體擴(kuò)散層厚度減少，膠體脫離穩(wěn)定狀態(tài)，互相接觸碰撞使膠粒得以凝聚，根據(jù)沉淀物網(wǎng)撲機(jī)理，當(dāng)形成Fe（OH）3沉淀時(shí)，水中的膠粒和細(xì)微懸浮物都可被這些沉淀物在形成時(shí)作為晶核或吸附質(zhì)所網(wǎng)撲。在鹽水中凈化Mg（OH）2時(shí)，這兩種機(jī)理可能是同時(shí)發(fā)生或交叉發(fā)揮作用。

對(duì)FeCl3的加入要求能夠與鹽水迅速均勻混合，為此將配制好的濃度1.0%稀FeCl3溶液進(jìn)入文丘里混合器與鹽水充分混合。并及時(shí)根據(jù)鹽水流量和精制效果調(diào)節(jié)FeCl3的加入量，一般控制在0.3 m3/100 m3鹽水。

5　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)研究鹽水中Mg2+的去除方式、反應(yīng)機(jī)理和影響因素，有助于對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的操作優(yōu)化，以得到更優(yōu)質(zhì)的鹽水，最終提高再生鹽使用比例，達(dá)到企業(yè)節(jié)本降耗目的。

［1］劉丹．過(guò)量堿對(duì)鹽水中Ca2＋、Mg2＋含量的影響．氯堿工業(yè)，2001，6：8－9.

［2］李秋菊，等．pH值對(duì)氫氧化鎂晶體生長(zhǎng)的影響．材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2007，4：611－612．

［3］卜正國(guó)．芒硝型和鹽型鹵水兩堿法除鈣鎂的實(shí)驗(yàn)研究．蘇鹽科技，2010，4：8－9．

Study on primary brine refining mechanism of removing magnesium ion

DENG Jian-min，YANG Guo-qiang
（Ningxia Yinglite Chemical Co.,Ltd.，Shizuishan 753202，China）

Research salt water purification process Mg（OH）2colloid production mechanism and the influence factor，in the research salt water Fe（OH）3colloids and Mg（OH）2colloid mutual functions，designated being suitable the alkali quantity has optimized the salt water purification operation.

salt water purification；reaction mechanism；influence factor；colloid coagulation mechanism

TQ114.26+1

B

1009－1785(2016)11-0005-02

2016-04-26