吳敬禮,陳世祥,王智勇
(天津長蘆海晶集團(tuán)有限公司化工廠,天津 300457)
七水硫酸鎂(MgSO4·7H2O)又名硫苦、苦鹽、瀉利鹽、瀉鹽,為白色或無色的針狀或斜柱狀結(jié)晶體,無臭、涼并微苦,易溶于水,微溶于乙醇和甘油。七水硫酸鎂用途廣泛,在印染業(yè)中作為棉、絲的加重劑和木棉制品的填料;用于瓷器、顏料和防火材料的制造;醫(yī)藥上用作泄劑;微生物工業(yè)作培養(yǎng)基成分;釀造用添加劑;農(nóng)業(yè)上用作鎂肥。
鹽化系統(tǒng)副產(chǎn)品高溫鹽轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)硫酸鎂,因利用鹽化系統(tǒng)副產(chǎn)品和天然資源為原料,可以有效降低硫酸鎂生產(chǎn)成本,將成為今后發(fā)展方向。高溫鹽是海鹽化工廠利用苦鹵生產(chǎn)氯化鉀過程中的副產(chǎn)物,每生產(chǎn)1t氯化鉀大約可產(chǎn)高低溫鹽10t左右,由于該產(chǎn)品純度不夠,僅可用作肥料[1]。如將其轉(zhuǎn)化為工業(yè)級七水硫酸鎂,可增加產(chǎn)品附加值,擴(kuò)大產(chǎn)品的應(yīng)用范圍,促進(jìn)海鹽化工的生存發(fā)展。
一水硫酸鎂轉(zhuǎn)化為七水硫酸鎂,其工藝原理為:在70℃溫度下,MgSO4溶解度達(dá)到最大值,當(dāng)溫度升高或降低時,MgSO4溶解度都減小。在67.5℃以上析出的晶體為 MgSO4·H2O,在 48.1~67.5℃之間析出的晶體為 MgSO4·6H2O,在 1.8~48.1℃之間析出的晶體為MgSO4·7H2O。高溫鹽中的主要成分為一水硫酸鎂,兌水后,不斷攪拌,一水硫酸鎂會隨著料液的溫度降低逐步轉(zhuǎn)化為七水硫酸鎂,七水硫酸鎂經(jīng)干燥、脫水,即可得到高質(zhì)量的七水硫酸鎂[1~3]。
2.1 實(shí)驗原料
實(shí)驗原料采用氯化鉀生產(chǎn)副產(chǎn)品高溫鹽,其組成成分為(溫度 52℃,波美度 44°Bé):MgSO4359.65 g/L,MgCl2193.06g/L,NaCl 108.86g/L。
2.2 主要儀器與器具
儀器:攪拌器、電熱爐、真空泵、布氏漏斗、電子天平、容量分析儀器等。試劑:EDTA、氯化鋇、硝酸銀等。
2.3 操作步驟
實(shí)驗的終止溫度為當(dāng)時自然環(huán)境溫度。
2.3.1 取一水硫酸鎂原料,按V(原料):V(水)1:1、1:0.9、1:0.8、1:0.7、1:0.6、1:0.5、1:0.4、1:0.3、1:0.2、1:0.1的比例配入,加熱得蒸餾水,并測其波美度,在初始溫度、終止溫度和攪拌時間相同的條件下進(jìn)行轉(zhuǎn)化,然后用真空泵抽濾,并化驗分析,確定其最佳的兌水比,并得到對應(yīng)的波美度。
2.3.2 在確定其最佳兌水比例的條件下,取一水硫酸鎂原料,兌入蒸餾水,在終止溫度和攪拌時間相同的條件下,分別按照初始溫度(℃):50、55、60、65、75進(jìn)行轉(zhuǎn)化,然后用真空泵抽濾,并化驗分析,確定其最佳轉(zhuǎn)化初始溫度。
2.3.3 在確定其最佳兌水比例和初始溫度的條件下,取一水硫酸鎂原料,兌入蒸餾水,在終止溫度相同的條件下,分別按照攪拌時間(h):12、24、36、48條件下進(jìn)行轉(zhuǎn)化,然后用真空泵抽濾,并化驗分析,確定其最佳轉(zhuǎn)化初始溫度。
2.4 實(shí)驗結(jié)果
1)一水硫酸鎂料液波美度在 35~37.8°Bé。初始料溫為60℃,攪拌時間為24h時有利于一水硫酸鎂轉(zhuǎn)化為七水硫酸鎂,并能得到平均73.79%以上的轉(zhuǎn)化率。2)兌水量加入的多少,對七水硫酸鎂的形成起著重要作用,影響著其轉(zhuǎn)化時間和轉(zhuǎn)化效率及收率。隨著兌水量的增加,一水硫酸鎂轉(zhuǎn)化七水硫酸鎂的速率明顯加快,但收率也隨之下降。3)攪拌有利于一水硫酸鎂的轉(zhuǎn)化。一水硫酸鎂在轉(zhuǎn)化為七水硫酸鎂的過程中必須加入攪拌,攪拌有利于一水硫酸鎂分散均勻,全部溶解于水中,提高轉(zhuǎn)化率。
根據(jù)海晶化工廠的實(shí)際車間進(jìn)行了改造,車間中試采用的是蒸汽冷凝熱水,這樣既可以將蒸汽冷凝水重復(fù)利用,又可降低能源消耗,在實(shí)際生產(chǎn)中節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本。
3.1 試驗方法
將分離鹽車間生產(chǎn)出的鎂乳由皮龍泵入攪拌槽中,并通入蒸汽冷凝熱水,進(jìn)行調(diào)漿,并控制料液起始溫度在60℃左右,控制波美濃度在34.8°Bé,攪拌時間控制在24h,然后測定料液固液比和終止溫度,之后將料液泵入活塞式離心機(jī)中進(jìn)行甩干,同時取樣分析。
3.2 試驗結(jié)果
七水硫酸鎂配料,t=60℃,反應(yīng)24h后測其固液比為33%,終止溫度18℃,所得七水硫酸鎂白度較好,取樣檢測其各組成分含量(%)為:MgSO446.89、MgCl20.85、NaCl0.09。
將樣品檢測結(jié)果與國家標(biāo)準(zhǔn)相比較,各項指標(biāo)已達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn),為合格的工業(yè)級產(chǎn)品。
4.1 一水硫酸鎂兌入蒸汽冷凝熱水轉(zhuǎn)化七水硫酸鎂的工藝在技術(shù)上是可行的,最佳工藝條件為:兌水后溫度 60℃,波美度在 35~37.8°Be′之間,攪拌時間24h,有利于一水硫酸鎂轉(zhuǎn)化為七水硫酸鎂,并能得到平均73.79%以上的轉(zhuǎn)化率。
4.2 以實(shí)驗所得工藝參數(shù)為指導(dǎo),在現(xiàn)場中試實(shí)驗性生產(chǎn)過程中,生產(chǎn)出的七水硫酸鎂產(chǎn)品其MgSO4·7H2O含量達(dá)到95.23%以上,產(chǎn)品組分達(dá)到了質(zhì)量指標(biāo)。
4.3 一水硫酸鎂轉(zhuǎn)化為七水硫酸鎂的過程中,不需要加熱溶解,利用蒸汽冷凝熱水升溫,在常溫下即可實(shí)現(xiàn)固相水解結(jié)晶轉(zhuǎn)化,節(jié)省能耗。
4.4 一水硫酸鎂轉(zhuǎn)化七水硫酸鎂工藝簡單,設(shè)備要求不高,提取率高,生產(chǎn)成本低。該工藝較合理,在實(shí)際生產(chǎn)過程中切實(shí)可行,為海鹽化工綜合利用提供一條途徑。
[1]王玉萍,賀春寶,郭向東.鹽湖苦鹵直接制取精制硫酸鎂的研究[J].無機(jī)鹽工業(yè),2004,36(3):35-37.
[2]牛自得,張樹群,姚占力,陳世祥,等.利用高溫鹽制取高質(zhì)量一水硫酸鎂的研究[J].海湖鹽與化工,1999,28(6):1-3.
[3]程芳琴,董川.硫酸鎂的生產(chǎn)方法及發(fā)展前景[J].鹽湖研究,2006,14(2):62-66.