鄧建民，楊國強

（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+的機理研究

鄧建民，楊國強

（寧夏英力特化工股份有限公司，寧夏 石嘴山 753202）

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

鹽水精制；反應機理；影響因素；膠體混凝機理

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，近兩年因再生鹽價格低于青鹽，公司為降低生產(chǎn)成本，決定擴大再生鹽用量比例，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濾技術(shù)，將原鹽中的鎂、有機物和其他雜質(zhì)分別在預處理器和膜過濾器中去除。其精制流程示意圖見圖1。

圖1　一次鹽水精制流程簡圖

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

3　pH值對Mg2+精制過程的影響

3.1pH值對Mg2+精制反應過程及結(jié)晶的影響

在前反應器中加入NaOH，與鹽水中的Mg2+進行反應，從反應方程式Mg2++2OH-=Mg（OH）2↓可以看出，在保持OH-過量的情況下，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，過量OH-有助于Mg2+的減少，并且反應物濃度升高有助于反應的快速進行。

通過實驗可知，Mg2+和OH-在pH值為8時開始反應，pH值為10.5～11.5時，反應迅速完成，形成膠狀絮凝沉淀[1]；但pH值要控制為9～11，若pH值過高，即過堿量太高時，雖然反應完全，但形成的沉淀形狀發(fā)生變化，即Mg（OH）2由絮狀變?yōu)榫?，不易沉降，隨著鹽水流動，影響鹽水質(zhì)量。同時pH值過高易使鹽水中的Si和Al含量上升。根據(jù)等電位點理論，pH值低于12時，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Mg2+之間的距離大，斥力較小，因而晶體沿邊生長而不團聚在一起。當pH值升高至13時，生成的氫氧化鎂膠體表面帶負電荷，在成核過程中Na+無選擇性的吸附在晶核的各晶面，而阻礙Mg2+的嵌入，使得晶體無法長大[2]。這就導致pH過高產(chǎn)生的晶體細小，晶體懸浮在鹽水中不能沉降過濾去除。

若pH過低，達不到規(guī)定的過堿量要求，則Mg2+去除不完全，會增大二次鹽水精制的工作負荷，原過堿量指標控制在0.2～0.6 g/L，根據(jù)以上分析，將過堿量指標重新核定為0.1～0.4 g/L。

3.2pH值對反應速率及終點的影響

根據(jù)李秋菊等的研究，當pH值從9上升到10時，產(chǎn)品收率增長非?？?，從51.24%增長到90.33%，再繼續(xù)升高pH值，當pH值達到13時，產(chǎn)品收率增長至94.25%[2]；說明pH值升高能夠加速反應進行，這是因為反應物濃度升高所致。卜正國等以芒硝型鹽水做實驗，在控制過堿量在0.197 6 g/L，反應時間控制在30 min時，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%；當反應時間延長至60 min時，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?shù)倪^堿量在30 min就可將Mg2+含量降至3.1×10-6，達到一次鹽水精制要求。因此前反應器的反應時間設(shè)計為0.5 h，過長的反應時間對反應終點的提升幫助效果不大。

4　加入混凝劑FeCl3對鹽水精制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?；ハ嘟咏徒佑|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)。

當配制好的FeCl3溶液加入進預處理器的鹽水后，F(xiàn)e3+和鹽水中的OH-或溶解的氧氣反應結(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)雙電荷壓縮理論認為，當形成Fe（OH）3膠體時，F(xiàn)e（OH）3膠體吸附Fe3+，導致擴散層OH-電荷增多，靜電斥力將Mg（OH）2膠體擴散層OH-電荷擠壓到吸附層，使氫氧化鎂膠體擴散層厚度減少，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)撲機理，當形成Fe（OH）3沉淀時，水中的膠粒和細微懸浮物都可被這些沉淀物在形成時作為晶核或吸附質(zhì)所網(wǎng)撲。在鹽水中凈化Mg（OH）2時，這兩種機理可能是同時發(fā)生或交叉發(fā)揮作用。

對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溶液進入文丘里混合器與鹽水充分混合。并及時根據(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

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

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

［2］李秋菊，等．pH值對氫氧化鎂晶體生長的影響．材料科學與工程學報，2007，4：611－612．

［3］卜正國．芒硝型和鹽型鹵水兩堿法除鈣鎂的實驗研究．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