鹵水凈化兩堿法反應(yīng)周期研究

姚 靜，郝劍波，劉會祥

(中鹽金壇鹽化有限責(zé)任公司，江蘇 常州 213200)

1 研究背景

兩堿法作為普遍采用的一種鹵水凈化方法，有著簡單快速、方便穩(wěn)定的特點(diǎn)。因其工藝歷史較為悠久，其投料參數(shù)也很成熟。為了節(jié)能降耗，課題小組從降低攪拌的耗電量角度出發(fā)，進(jìn)行試驗(yàn)。通過引入變頻攪拌、探究并合理縮短反應(yīng)時間，達(dá)到節(jié)能降耗的目的，也進(jìn)一步對兩堿法的有了更為深入的認(rèn)識。

2 實(shí)驗(yàn)原理

兩堿法的反應(yīng)方程式為：

Mg2++2OH-→Mg(OH)2↓

兩堿法除鎂離子和鈣離子效果好且“一鍋煮”法對設(shè)備和操作人員要求不是太高，現(xiàn)在被大多數(shù)鹽化工企業(yè)所采用，但無法除去硫酸根雜質(zhì)。

3 實(shí)驗(yàn)過程

二期兩堿法主要是以T-1223為研究對象，從兩堿投料完攪拌30 min計(jì)時為0 h，攪拌60 min計(jì)時為0.5 h，攪拌90 min計(jì)時為1 h，以此類推。每30 min測一次Ca2+、Mg2+、NaOH、Na2CO3參數(shù)變化，直至各參數(shù)不再變化。根據(jù)Ca2+含量變化計(jì)算計(jì)算Ca2+變?yōu)楣腆wCaCO3的固化率(或分子化率)。確定各反應(yīng)時間曲線，并找出較理想的反應(yīng)時間，反應(yīng)篩選了6組數(shù)據(jù)，見表1。

4 結(jié)果與討論

課題小組根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，將其分為三部分，第一部分為精鹵的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)變化，即鈣離子、鎂離子含量的變化；第二部分為P值與M值的變化，從反應(yīng)機(jī)理角度對鈣離子和鎂離子含量變化關(guān)系進(jìn)行探討；第三部分為鈣離子固化率的變化，即根據(jù)初始鈣離子的量和反應(yīng)后殘余的鈣離子的量計(jì)算出鈣離子分子化的比率，此指標(biāo)可以排除原鹵鈣離子初始濃度變化帶來的偏差。

(1)鈣離子、鎂離子含量的變化

金賽鹽廠鹵水凈化精鹵中游離的鈣、鎂含量分別要求小于10 mg/kg、5 mg/kg，課題小組根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，統(tǒng)計(jì)得到圖1。

圖1 Ca2+、Mg2+隨反應(yīng)時間的變化規(guī)律Fig.1 Variation of Ca2+and Mg2+ with reaction time

從圖1可以看出，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，Ca2+、Mg2+含量呈不斷下降的趨勢。反應(yīng)時間為0.5 h時Ca2+含量基本達(dá)到精鹵標(biāo)準(zhǔn)、Mg2+含量達(dá)到精鹵標(biāo)準(zhǔn)。

實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)T-1223的8個批次中反應(yīng)時間0.5 h后取樣只有1個不合格(Ca：11.94 mg/kg)，1 h取樣全部合格，0.5 h后鈣離子仍微微下降，鎂離子基本不變。從這一方面課題小組也可以看出變頻攪拌在二期兩堿法反應(yīng)中是可行的。

(2)P值與M值的變化

根據(jù)反應(yīng)機(jī)理，M值應(yīng)與Ca2+同時下降，P值應(yīng)跟隨Mg2+、Ca2+的下降而下降。故P值下降的趨勢應(yīng)更為明顯，如圖2、圖3，P值可以看出明顯在微降。而由于Ca2+微量變化及滴定分析的檢測靈敏度原因(從誤差棒也可以看出)，M值基本趨于穩(wěn)定。

圖2 P值隨反應(yīng)時間的變化規(guī)律Fig.2 Variation of P value with reaction time

圖3 M值隨反應(yīng)時間的變化規(guī)律Fig.3 Variation of M value with reaction time

(3)鈣離子固化率的變化

鈣離子固化率反映的是鈣離子變化的差值和原有鈣離子的比率，原則上來說其針對成份變化的鹵水更具科學(xué)性。

如圖4，反應(yīng)一開始Ca2+固化率即有98.11%，隨反應(yīng)的進(jìn)行固化程度不斷提高，但2 h內(nèi)的變化幅度小于1%。另外值得注意的是誤差棒說明了反應(yīng)的不穩(wěn)定性，從圖4可以看出雖然反應(yīng)時間為0.5 h時Ca2+平均固化率很高，但極不穩(wěn)定，結(jié)果很有可能在合格的精鹵和不合格的鹵水中交替出現(xiàn)。故反應(yīng)時間為1 h后反應(yīng)較為穩(wěn)定，異常情況少。

圖4 鈣離子固化率隨反應(yīng)時間的變化規(guī)律Fig.4 Variation of calcium ion curing rate with reaction time

課題小組將表1中8個批次的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理后得到表2。

表2 鈣離子隨反應(yīng)時間變化數(shù)據(jù)表Tab.2 Data sheet of calcium ion change with reaction time

從表2看出，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，Ca2+持續(xù)微降，Ca2+固化率持續(xù)微增。加完純堿后Ca2+平均固化率即達(dá)到98%以上，鈣離子剩余10.83 mg/kg。反應(yīng)時間為2 h后Ca2+固化率為98.98%，僅上升了0.87%，鈣離子濃度由10.83 mg/kg下降至5.89 mg/kg，下降了4.94 mg/kg，從表2的數(shù)據(jù)變化趨勢來看，反應(yīng)時間為1 h時，Ca2+固化率趨于穩(wěn)定，Ca2+剩余量下降速度也趨于減緩。

5 結(jié)論

通過上述數(shù)據(jù)分析，得出兩堿法反應(yīng)隨時間的進(jìn)行鈣、鎂離子濃度及P值持續(xù)微降，固化率不斷升高，但變化幅度都很小，反應(yīng)時間為1 h后可以認(rèn)為鹵水中的鈣離子、鎂離子含量較為穩(wěn)定，當(dāng)然考慮到產(chǎn)量、成本等方面的因素，可以將鹵水凈化兩堿法反應(yīng)時間控制在0.5 h～1 h。