李倩
【摘 要】本文介紹了我國(guó)淡化后濃海水的資源現(xiàn)狀,重點(diǎn)闡述了濃海水提取鉀、溴、鎂等常量元素和鋰、鈾、銣、銫等微量元素的方法以及濃海水綜合利用技術(shù)進(jìn)展。
【關(guān)鍵詞】濃海水;資源化利用;零排放
1 我國(guó)海水淡化濃海水資源現(xiàn)狀
近年來(lái),海水淡化技術(shù)迅速發(fā)展,可有效解決水資源危機(jī)。目前我國(guó)已引進(jìn)多種海水淡化技術(shù),主要包括以多級(jí)閃蒸(MSF)和低溫多效(MED)為主的熱法淡化工藝和以反滲透(RO)為主的膜法淡化工藝[1],其中反滲透技術(shù)和低溫多效技術(shù)占全國(guó)海水淡化工程技術(shù)的99%以上(圖1)。
海水淡化技術(shù)普遍存在淡水回收率較低的問(wèn)題,熱法海水淡化和膜法海水淡化的回收率分別為15%~50%和30%~40%,其余大部分濃海水被直接排回大海[2]。濃海水中含有大量鈉、鉀、溴、鎂和鋰等寶貴的化學(xué)資源,從濃海水中提取化學(xué)資源,既可避免對(duì)環(huán)境的污染,又能創(chuàng)造一定的經(jīng)濟(jì)效益。
2 濃海水中提取常量元素
濃海水提鉀技術(shù)主要包括化學(xué)沉淀法、溶劑萃取法、膜分離法、離子交換法等。袁俊生等[3]研制出“改性沸石鉀離子篩”核心技術(shù)并投入產(chǎn)業(yè)化,改性沸石對(duì)海水鉀的富集率達(dá)200倍,鉀肥質(zhì)量達(dá)進(jìn)口優(yōu)質(zhì)鉀肥標(biāo)準(zhǔn)。張家凱等[4]開(kāi)展了以天然沸石為富集劑的離子交換法海水提鉀技術(shù)研究,在提取氯化鉀、硫酸鉀、硝酸鉀、磷酸二氫鉀等高附加值產(chǎn)品時(shí)取得一定進(jìn)展。
水蒸汽蒸餾法和空氣吹出法是目前海水提溴的主要方法,已經(jīng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn),但仍存在生產(chǎn)成本過(guò)高和運(yùn)行難以控制等缺點(diǎn),因此研究學(xué)者將目光投入開(kāi)發(fā)高效節(jié)能的提溴方法。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外相繼提出“聚乙烯管式膜法”、“沸石吸附法”、“表面活性劑泡沫解吸法”、“離子交換吸附法”、“液膜法”、“氣態(tài)膜法”等新型提溴方法[5-6]。吳丹等[7]設(shè)計(jì)了鼓氣膜吸收法海水提溴過(guò)程,溴的提取率達(dá)90%以上。汪華明等[8]采用乳狀液膜法開(kāi)展了濃海水提溴實(shí)驗(yàn)研究,溴的提取率可達(dá)99.4%,顯示出較好的發(fā)展前景。
濃海水中鎂含量豐富,主要以氯化鎂和硫酸鎂為主。傳統(tǒng)工藝獲得鎂鹽以氯化鎂為主,兼產(chǎn)一部分硫酸鎂,這類(lèi)產(chǎn)品附加值低,經(jīng)濟(jì)效益差。氫氧化鎂化工方面作用突出,又是生產(chǎn)氧化鎂、金屬鎂以及其他鎂鹽等精細(xì)化工品的基本原料,開(kāi)發(fā)利用前景廣闊。馬敬環(huán)等[9]利用RO副產(chǎn)濃海水去除Ca2+后,采用氫氧化鈉沉淀法和陶瓷膜洗滌分離相結(jié)合的方式制備高純納米級(jí)氫氧化鎂,得到產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)遠(yuǎn)優(yōu)于氫氧化鎂的化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)濃海水提鎂過(guò)程中Ca2+的干擾,衣麗霞等[10]采用碳酸鈉法對(duì)濃海水制備高純氫氧化鎂的鈣雜質(zhì)進(jìn)行預(yù)處理,可達(dá)到80%以上的去除率。
3 濃海水中提取微量元素
鋰及其化合物是重要的能源和核工業(yè)原材料,可用于生產(chǎn)鋰離子電池和用于核聚變發(fā)電。目前,世界上商品鋰主要產(chǎn)地是南美洲的巴西和智利,一些貧鋰國(guó)家,例如日本和韓國(guó),相繼開(kāi)展了從海水中提取鋰的研究工作。目前,從濃海水中提取鋰主要分為溶劑萃取法和吸附法,包括應(yīng)用無(wú)定型氫氧化物吸附劑、層狀吸附劑、復(fù)合銻酸型吸附劑、離子篩型氧化物吸附劑等[11]。我國(guó)對(duì)從濃海水中提取鋰元素的研究主要集中在鋰離子篩前驅(qū)體的制備及其性能研究,例如,Li4Mn5O12等[12]。
隨著我國(guó)核能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,對(duì)鈾資源的需求量不斷增大。陸礦鈾資源儲(chǔ)量已不能滿(mǎn)足產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展的需求,因此,海水提鈾極具發(fā)展?jié)摿?。英?guó)是最早開(kāi)展海水提鈾的國(guó)家,美國(guó)、日本等國(guó)家在此方面的研究水平最高。我國(guó)也在20世紀(jì)70年代開(kāi)展海水提鈾相關(guān)研究工作,相繼研發(fā)出數(shù)種吸附劑。王君等在模擬海水的實(shí)驗(yàn)條件下,研發(fā)的吸附劑對(duì)鈾酰離子的吸附容量高達(dá)3mg/g,其研究成果使從海水中提取鈾向經(jīng)濟(jì)化時(shí)代邁出重要一步,并引發(fā)國(guó)際關(guān)注。
銣、銫在現(xiàn)代高科技產(chǎn)業(yè)中卻扮演著重要的角色。銣和銫的原子很容易失去價(jià)電子,即使是可見(jiàn)光的微弱能量都可將其原子電離,因此它們是制造真空管和光電管的重要要材料,銫可以作為燃料,用于熱離子發(fā)電和磁流體發(fā)電。目前,銣、銫的獲得主要提取自陸礦的鋰云母和銫榴石,對(duì)于銣、銫含量低的液體礦,如海水和鹽湖鹵水也是目前國(guó)際上研究的熱點(diǎn),一般采取吸附法和萃取法。
4 濃海水資源綜合利用工藝耦合
基于以上濃海水化學(xué)資源單項(xiàng)提取技術(shù),國(guó)內(nèi)外學(xué)者不斷優(yōu)化濃海水利用中各元素的提取順序及品種,研究各元素提取工藝接口條件,優(yōu)化并集成濃海水提鎂、溴、鉀等技術(shù),開(kāi)展?jié)夂KC合利用新工藝。張家凱等[4]在傳統(tǒng)的海水綜合利用基礎(chǔ)上,提出濃海水綜合利用新工藝流程,并建立了30m3/d濃海水綜合利用全流程新工藝實(shí)驗(yàn)裝置。裝置不僅有手動(dòng)操作系統(tǒng),還設(shè)置了計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)(DCS),實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)整個(gè)工藝過(guò)程中每個(gè)溫度、壓力、流量、密度等控制和測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行隨時(shí)監(jiān)控和數(shù)據(jù)的記錄。濃海水的資源化利用,不僅可以獲得良好的經(jīng)濟(jì)收益,更能保護(hù)海洋環(huán)境,其前景十分廣闊。
【參考文獻(xiàn)】
[1]Zheng X, Chen D, Wang Q, et al. Seawater desalination in China: Retrospect and prospect[J]. Chemical Engineering Journal, 2014, 242: 404-413.
[2]馬學(xué)虎,蘭忠,王四芳,等.海水淡化濃鹽水排放對(duì)環(huán)境的影響與零排放技術(shù)研究進(jìn)展[J].化工進(jìn)展,2011,30(1):233-242.
[3]袁俊生,紀(jì)志永,陳建新,等.海水淡化副產(chǎn)濃海水的資源化利用[J].河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2013(1):29-35.
[4]張家凱,蔡榮華,劉駱?lè)?,?濃海水綜合利用新工藝研究[J].鹽業(yè)與化工,2012,9:009.
[5]袁俊生,吳舉,鄧會(huì)寧,等.中國(guó)海鹽苦鹵綜合利用技術(shù)的開(kāi)發(fā)進(jìn)展[J].鹽業(yè)與化工,2006,35(4):33-37.
[6]袁俊生,紀(jì)志永,陳建新.海水化學(xué)資源利用技術(shù)的進(jìn)展[J].化學(xué)工業(yè)與工程,2010,27(2):110-116.
[7]吳丹,武春瑞,趙恒,等.鼓氣膜吸收法海水提溴研究[J].水處理技術(shù),2010(2):76-79.
[8]汪華明,徐文斌,沈江南.乳狀液膜法提取濃海水中溴的研究[J].浙江化工,2010,41(9):20-23
[9]馬敬環(huán),周軍,孫寶紅,等.從淡化后的海水制取納米級(jí)氫氧化鎂的工藝[J].化學(xué)工業(yè)與工程,2007,24(5):428-432.
[10]衣麗霞,董景崗.濃鹽水制備高純氫氧化鎂過(guò)程中鈣雜質(zhì)的去除研究[J].徐州師范大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2009,27(4):62-65.
[11]袁俊生,紀(jì)志永.海水提鋰研究進(jìn)展[J].海湖鹽與化工,2012,32(5):29-33.
[12]許惠,宋英華,陳昌國(guó).鋰離子篩前驅(qū)體Li4Mn5O12的制備及性能研究[J].無(wú)機(jī)材料學(xué)報(bào),2013,28(7):720-727.
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