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        新疆某鹽湖鹵水等溫蒸發(fā)研究

        2015-11-24 06:12:25葉拾舟安蓮英趙先銀
        浙江化工 2015年5期
        關(guān)鍵詞:實(shí)驗(yàn)

        葉拾舟,安蓮英,趙先銀

        新疆某鹽湖鹵水等溫蒸發(fā)研究

        葉拾舟,安蓮英,趙先銀

        (成都理工大學(xué),四川成都610059)

        以新疆某鹽湖鹵水為研究對(duì)象,模擬當(dāng)?shù)貧夂驐l件進(jìn)行30℃等溫蒸發(fā)試驗(yàn),通過(guò)對(duì)鹵水蒸發(fā)析鹽過(guò)程的物料衡算和化學(xué)分析,了解鹵水蒸發(fā)濃縮過(guò)程的析鹽規(guī)律為:石鹽→石鹽與硫酸鎂→鉀芒硝與水氯鎂石→水氯鎂石→老鹵。在失水率小于40%的范圍內(nèi)主要析出石鹽,失水率在40%~50%范圍內(nèi)主要析出石鹽與硫酸鎂的混合鹽,失水率在50%~75%范圍內(nèi)主要析出鉀芒硝與水氯鎂石,此階段鉀離子的析出率為81%,失水率在75%以上主要析出水氯鎂石,蒸發(fā)后續(xù)階段的老鹵中鎂得到濃縮。

        鹵水;等溫蒸發(fā);析鹽規(guī)律

        1 資源利用現(xiàn)狀

        中國(guó)的鹽湖數(shù)量在世界上居于前列。在我國(guó),鹽湖主要集中在西藏、青海、新疆、內(nèi)蒙這四個(gè)省區(qū),內(nèi)蒙主要為碳酸型鹽湖,新疆主要為硫酸型鹽湖,青海主要為硫酸鎂型、氯化物型鹽湖,而西藏則主要為碳酸型、硫酸型鹽湖[1]。而青海、西藏、新疆的鹽湖是我國(guó)的資源寶庫(kù),占我國(guó)幾乎全部鉀鹽儲(chǔ)備量,鎂也有一半以上,鋰達(dá)到6成以上,硼差不多占4成[2]。

        鹵水蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)是鹽湖資源實(shí)際開發(fā)利用的研究基礎(chǔ),對(duì)鹵水濃縮和析鹽規(guī)律的研究能直接用于鹽湖資源綜合利用。因?yàn)辂}湖所處地理位置的特殊,交通不方便,可用能源缺乏。如果合理利用當(dāng)?shù)貧夂驐l件,采取多級(jí)鹽田日曬工藝把各種鹽類分步地提取出來(lái),在鹽田中獲取高品位鹽類。這樣就可以降低成本,提高效益。鹽田日曬工藝是以鹽湖水為原料,太陽(yáng)能為能源,利用湖邊灘地作為多級(jí)日曬鹽田,分階段來(lái)濃縮鹵水,獲得鹽類[3]。而每種鹽湖乃至每個(gè)鹽湖的離子含量及當(dāng)?shù)貤l件不一樣,所以我們有必要在實(shí)驗(yàn)室模擬當(dāng)?shù)氐臍夂蜻M(jìn)行等溫蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)。為鹽田建設(shè)的中小型試驗(yàn)提供一定參數(shù),為鹽田工藝及鹵水開發(fā)利用提供理論依據(jù),在鹽湖資源利用中有著良好的經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益[4]。

        本實(shí)驗(yàn)采用新疆某地鹽湖鹵水為原料,原鹵水的密度為1.2586 kg/L(25℃),其主要組成見(jiàn)表1。

        表1 新疆某鹽湖鹵水組成

        2 實(shí)驗(yàn)方法

        選取蒸發(fā)試驗(yàn)溫度為30℃,進(jìn)行鹵水等溫蒸發(fā)實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)稱取原鹵10 L盛于方形塑料盆內(nèi),于恒溫恒濕蒸發(fā)裝置內(nèi)蒸發(fā),在蒸發(fā)濃縮過(guò)程中對(duì)不同階段的鹵水進(jìn)行觀測(cè)分析,四苯硼鈉容量法測(cè)K+,AgNO3-K2CrO4容量法測(cè)定Cl-,EDTA測(cè)SO42-,測(cè)定鹵水相對(duì)比重、pH值、溫度,并判斷是否有新固相產(chǎn)生,當(dāng)鹵水蒸發(fā)至有新固相產(chǎn)生時(shí),即進(jìn)行固液分離、計(jì)量,并對(duì)固體進(jìn)行化學(xué)分析。并使用四苯硼鈉容量法測(cè)K+,AgNO3-K2CrO4容量法測(cè)定Cl-,EDTA測(cè)SO42-,再使用離子守恒計(jì)算鈉離子濃度。對(duì)于不同結(jié)晶階段的鹵水定時(shí)分別取樣分析,同時(shí)對(duì)新析出固相分離和鑒定,用放大鏡對(duì)結(jié)晶固相進(jìn)行晶形識(shí)別,確定析鹽礦物的種類。

        3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

        3.1 理化性質(zhì)的變化規(guī)律

        根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到數(shù)據(jù),得到鹵水pH值與失水率之間的關(guān)系曲線和鹵水密度與失水率之間的關(guān)系曲線,具體見(jiàn)圖1、圖2。

        圖1 鹵水pH隨失水率的變化

        圖2 鹵水密度隨失水率變化

        從圖1可以看出,pH隨失水率整體呈下降趨勢(shì),pH從中性的7.2變化到顯弱酸性的4.2。從圖2可以看出,鹵水密度在整個(gè)過(guò)程中大概呈上升趨勢(shì),主要原因是隨鹵水蒸發(fā)各個(gè)離子逐漸在老鹵中濃縮。

        3.2 液相和固相K+含量變化

        根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到數(shù)據(jù),得到液相K+濃度與失水率之間的關(guān)系曲線及固相K+百分含量與失水率之間的關(guān)系曲線,具體見(jiàn)圖3、圖4。

        圖3 液相K+含量隨失水率的變化

        圖4 固相K+百分含量隨失水率的變化

        從圖3可以看出,K+的濃度在失水率為50%以內(nèi)由13.6 g/L緩慢升至23.5 g/L,之后由于鉀離子的析出,其濃度呈急劇下降趨勢(shì);由此可見(jiàn)失水率為50%左右的鉀離子富集到最高濃度,分離鉀鹽可以考慮從此處開始。

        火爆的旅游業(yè)還激活了龍泉村的特色產(chǎn)業(yè)。近兩年,村集體按照“支部+合作社+農(nóng)戶”模式,先后發(fā)展藍(lán)莓種植、王鴿養(yǎng)殖、高山茶等三大產(chǎn)業(yè),50多戶村民參股入社。

        從圖4可以看出,K+的百分含量在失水率為50%之前只是被夾帶析出,而失水率在50%~75%區(qū)間內(nèi)富集大量析出,此階段K+的析出率為81%。

        3.3 液相和固相Mg2+含量變化

        根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到數(shù)據(jù),得到液相Mg2+濃度與失水率之間的關(guān)系曲線及固相Mg2+百分含量與失水率之間的關(guān)系曲線,具體見(jiàn)圖5、圖6。

        圖5 液相鎂離子含量隨失水率的變化

        圖6 固相Mg2+含量隨失水率的變化

        從圖5可以看出,Mg2+的濃度在失水率為12.6%~70%區(qū)間由38.3 g/L逐漸升至77 g/L,之后呈下降趨勢(shì);由此可見(jiàn)失水率為70%左右的Mg2+富集到最高濃度。

        從圖6可以看出,Mg2+的百分含量整體成上升趨勢(shì),并大概可分為兩個(gè)階段上升,由此可見(jiàn)在失水率達(dá)到70%以上Mg2+富集到最高濃度大量析出,同時(shí)也是分離的最佳時(shí)期。

        3.4 液相和固相Na+含量變化

        根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到數(shù)據(jù),得到液相Na+濃度與失水率之間的關(guān)系曲線及固相Na+百分含量與失水率之間的關(guān)系曲線,具體見(jiàn)圖7和圖8。

        從圖7可以看出,Na+的濃度隨蒸發(fā)進(jìn)行一直成下降趨勢(shì);由此可見(jiàn)Na+隨著實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行逐漸從液相中析出。

        從圖8可以看出,Na+在失水率為50%之前都大量析出,而Na+的濃度在失水率為40%~50%區(qū)間由32.1 g/L急劇下降至2.59 g/L,最后趨于穩(wěn)定,幾乎不再析出。

        圖7 液相鈉離子含量隨失水率的變化

        圖8 固樣Na+含量隨失水率的變化

        3.5 液相和固相SO42-和Cl-含量變化

        從圖9可以看出,Cl-自實(shí)驗(yàn)開始一直富集直到失水率為71.9%,濃度達(dá)到340 g/L。而SO在一開始有富集的趨勢(shì),大概在失水率為40%富集到最高濃度。

        從圖10可以看出,Cl-隨實(shí)驗(yàn)進(jìn)行一開始大量析出直到失水率到40%,而SO42-開始只是少量析出,在失水率達(dá)到40%左右大量析出。

        通過(guò)對(duì)離子液相濃度和固相離子含量的分析,經(jīng)計(jì)算、配鹽可知,該鹵水自然蒸發(fā)析鹽規(guī)律為:石鹽→石鹽與硫酸鎂→鉀芒硝與水氯鎂石→水氯鎂石→老鹵。

        圖10 固相SO和Cl-含量隨失水率的變化

        4 結(jié)論

        在查閱相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,通過(guò)模擬當(dāng)?shù)貧夂驐l件進(jìn)行鹵水等溫蒸發(fā)得到以下結(jié)論:

        (1)通過(guò)鹵水等溫蒸發(fā)得到析鹽規(guī)律:石鹽→石鹽與硫酸鎂→鉀芒硝與水氯鎂石→水氯鎂石→老鹵。

        (2)在失水率小于40%的范圍內(nèi)主要析出石鹽,失水率在40%~50%范圍內(nèi)主要析出石鹽與硫酸鎂的混合鹽,失水率在50%~75%范圍內(nèi)主要析出鉀芒硝與水氯鎂石,失水率在75%以上主要析出水氯鎂石,蒸發(fā)后續(xù)階段的老鹵中鎂得到了濃縮。

        (3)鹵水在蒸發(fā)過(guò)程中,鉀在液相和固相中均有一定程度的富集,鉀在失水率在50%~75%范圍內(nèi)為析出高峰期,此階段鉀離子的析出率為81%,在鹽田中可將這段作為分離鉀鹽的參考。

        (4)老鹵中K+、Mg2+、Na+的含量分別為1.55 g/L、75.95g/L、21.80g/L,而原鹵中的含量分別為11.05g/L、40.1 g/L、41.45 g/L,鹵水中的Mg2+得到了濃縮,在鹽田再進(jìn)一步濃縮后可作為后續(xù)制取金屬鎂的原料。

        [1]宋彭生,李武,孫柏,等.鹽湖資源開發(fā)利用進(jìn)展[J].無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào),2011,21(5):801-815.

        [2]王玉萍,趙曉霞.鹽湖鹵水直接生產(chǎn)硫酸鎂的研究[J].無(wú)機(jī)鹽工業(yè),2003,32(2):29-31.

        [3]宋彭生.鹽湖及相關(guān)資源開發(fā)利用進(jìn)展[J].鹽湖研究,2008,42(5):61-65.

        [4]李浩,唐中凡,劉傳福,等.新疆羅布泊鹽湖鹵水資源綜合開發(fā)研究[J].地球?qū)W報(bào),2008,29(4):517-52.

        Study on Isothermal Evaporation of One Salt Lake Brine in Xinjiang

        YE Shi-zhou,AN Lian-ying,ZHAO Xian-yin
        (Chengdu University of Technology,Chengdu,Sichuan 610059,China)

        We have a salt lake brine Xinjiang as experimental study object.We simulated the local weather conditions and made 30℃isothermal evaporation experiment brine.Through the material balance and chemical analysis of brine evaporation process,understand the salt out of brine evaporation concentration process crystallization law of salts:salt,salt and magnesium sulfate,potassium sulfate and magnesium chloride,magnesium chloride,the old brine.The main precipitation in the range of halite water loss rate of less than 40%,mixed salt water loss rate is in the range of 40%~50%main precipitation of halite and magnesium sulfate,water loss rate is in the range of 50%~75%main precipitation of potassium sulfate and magnesium chloride,potassium ion precipitation in this stage was 81%,the rate of water loss in more than 75%main condensate water chloride magnesia,bittern evaporation and subsequent stages of magnesium are concentrated in.

        brine;isothermal evaporation;salting

        1006-4184(2015)5-0036-04

        2015-04-08

        葉拾舟(1989-),男,四川人,成都理工大學(xué)在讀碩士,E-mail:yeshizhou@126.com。

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