氨碱法蒸氨废液自然蒸发试验研究

赵宗申，王晓波，赵元龙，杨丽芝

（1. 青海盐湖工业股份有限公司，青海 格尔木 816000； 2. 青海盐湖海虹化工股份有限公司，青海 格尔木 816000）

氨碱法蒸氨废液自然蒸发试验研究

赵宗申1，王晓波1，赵元龙2，杨丽芝1

（1. 青海盐湖工业股份有限公司，青海 格尔木 816000； 2. 青海盐湖海虹化工股份有限公司，青海 格尔木 816000）

利用重碱车间排放的蒸氨废液结合当地气候条件进行自然蒸发试验，分析蒸发过程中析盐的种类、组成和结晶顺序，分析和计算废水不同蒸发阶段的析盐率和蒸失水率和比蒸发系数，确定有用组分氯化钙的最佳分离点和分离条件，最终为盐田工程设计提供基础数据。

蒸氨废液；自然蒸发；氨碱法

目前我国纯碱生产仍主要以氨碱法为主[1,2]，氨碱法生产纯碱时，将过滤重碱得到的含氨滤液与石灰乳进行蒸氨反应，回收其中的氨，蒸氨后的液固混合物即为废液。该废液的 pH 值 10～12.5，其组成根据各生产厂家、不同时期、原料及操作情况变化而有差异[3]。实际生产中，每生产 1 t碱约产生 10 m3蒸氨废液，该废液中含有氯化钙、氯化钠等组分，若不对其加以回收利用，会在浪费资源的同时对环境造成不利影响。

国内很多厂家尝试使用强制蒸发的手段处理蒸氨废液[4]，回收有价值的盐类组分，但该方法存在能耗高、设备易腐蚀等缺点。青海海西地区拥有蒸发量大的独特气候条件，若能通过自然蒸发回收利用氯化钙等组分，则可以显著降低废液处理成本，并能产生一定经济效益，因此该方法在海西地区具有良好的应用前景。本文采用自然蒸发方式处理蒸氨废液，分析蒸发过程中析盐的种类、组成、质量和结晶顺序，分析和计算废水不同蒸发阶段的析盐率和蒸失水率，计算比蒸发系数，寻找有用组分氯化钙的最佳分离点和分离条件，最终为盐田工程设计提供基础数据。

1 实验部分

1.1 原料来源及组成

本文蒸氨废液取自于重碱车间的排放口，废液中阴离子主要为 Cl-和，阳离子主要为 Na+、Ca2+和少量的 Mg2+，废液中主要盐分是 CaCl2、NaCl，因此视为 Na+、Ca2+// Cl—H2O 三元水盐体系的基本规律（表 1）。

表 1 蒸氨废液化学组成Table 1 Composition of distilled ammonia waste liquid

1.2 试验流程和步骤

称取一定量的蒸氨废液置于蒸发盆中，将盆放置在通风向阳的地方，每天定时观测记录废液密度、温度、重量及气温等参数，每隔一定时间对废液成分进行取样分析。夏季每天 8：00～ 9：00（冬季 9：00 ～ 10：00）观测液相温度、密度、重量、气温，温度测量精度为连续两次测量读数差异不超过 0.5℃；密度测量精度为连续两次测量读数所得差异不得超过 0.003；重量测量精度为两次读数所得差异不得超过 50 g。根据液相密度变化判断固相析出点，当有新固相结晶析出时，进行固、液分离并分别对固、液样进行化学分析。

自然蒸发的同时进行比蒸发系数的测定，其方法是在同样的容器中装入与样品重量相当的淡水，将其置于试样旁进行同步蒸发，在同一时间段内分别称量蒸氨废液和淡水的重量，计算出各自的蒸发量和试样的比蒸发系数。流程见图1。

图 1 蒸氨废液自然蒸发流程示意图Fig.1 Natural evaporation schematic diagram of distilled ammonia waste liquid

1.3 分析方法

钙、镁以铬黑T为指示剂，采用乙二胺四乙酸二钠（EDTA）氨羧络合滴定；以铬酸钾作指示剂，用硝酸银溶液法滴定氯；钠的含量采用 ICP 测定；使用硫酸钡重量法测定硫酸根[5]。

2 结果与讨论

由于自然蒸发直接与气象条件有关，故首先对试验实施地区的气象条件进行观测记录，本实验地点在青海省格尔木地区，当地气象条件见图2。

图 2 月气温变化曲线图Fig.2 Graph of temperature changes

本试验在 2013 年 10 月～11 月进行，蒸发过程取样分析数据如表 2 所示。由分析数据可知，Mg2+和的含量很小，因此分析误差影响较小，数据波动不大，故为方便起见忽略不计，从而得到废液自然蒸发溶解度数据和蒸发结晶规律，见表 3、图 3。废液经蒸发浓缩后达到饱和，首先析出氯化钠固体，进一步蒸发失水后，达到氯化钠和氯化钙共饱和点，开始析出六水氯化钙，直至蒸干。

表 2 废液自然蒸发试验分析结果Table 2 Nature evaporation test results of waste liquid

废液蒸发各阶段固相组成和蒸发全过程物料衡算分别见表 4和图4。

废液比蒸发系数ei随着废液密度 ρ提高而逐渐下降，废液比蒸发系数与废液密度关系见图 5，两者之间满足方程 ei= -2.17ρ+3.37。在盐田设计中，蒸发量是最重要的参数，蒸发量的确定取决于准确的蒸发率。

表 3 废液自然蒸发溶解度数据Table 3 Nature evaporation solubility data of waste liquid

图 3 蒸氨废液蒸发结晶路线Fig.3 Evaporative crystallization route of distilled ammonia waste liquid

图 4 废液蒸发过程物料平衡Fig.4 Material balance on evaporation process of waste liquid

表 4 蒸发各阶段固相组成Table 4 Solid phase composition of each evaporation stages

图 5 废液比蒸发系数与废液密度关系图Fig 5 Graph of evaporation coefficient and liquid density

3 结 论

对重碱车间排放的蒸氨废液进行自然蒸发实验，废液中主要盐分是 CaCl2和 NaCl，通过试验确定蒸发过程中的结晶顺序为：氯化钠（NaCl）→六水氯化钙（CaCl2·6H2O）。其中氯化钠析出阶段的蒸发水率和析盐率分别为 74.96%和 2.99%，六水氯化钙析出阶段的蒸发水率和析盐率分别为 4.91%和17.13%。蒸发过程中废液比蒸发系数与废液密度之间满足 ei= -2.17ρ+3.37 的关系，这些数据可为盐田工程设计提供依据。

［ 1］ 尚 建 壮. 我 国 纯 碱 行 业 “ 十 二 五 ” 发 展 趋 势 分 析 [J].化 学 工 业, 2010 ,28(4) :8-13 .

［2］ 纪伟. 2012 年我国纯碱行业分析与展望[J].纯碱工业, 2013(2): 3-5 .

［3］关云山. 氨碱法纯碱生产中废液废渣的治理和综合利用[J].青海大学学报（自然科学版）,2003,21(4): 34-39 .

［4］ 李索海, 李全昶, 王全宏. 用低品位热由蒸氨废液回收二水氯化钙[J]. 纯碱工业,1999,30(2): 36-39.

［5］ 中国科学院青海盐湖研究所分析室. 卤水和盐的分析方法[M].北京: 科学出版社, 1988

Study on Natural Evaporation of the Distilled Ammonia Waste Liquid

ZHAO Zong-shen1，WANG Xiao-bo1，ZHAO Yuan-long2，YANG Li-zhi1
（1. Qinghai Salt Lake Industry Co., Ltd., Qinghai Geermu 816000，China；2. Qinghai Salt Lake Haihong Chemical Industry Co., Ltd, Qinghai Geermu 816000，China）

Natural evaporation experiments of the distilled ammonia waste liquid from were carried out combined with local climatic conditions. The crystallization type, composition, crystallization order, water evaporation rate, salting-out rate and the relative evaporation coefficient at different stages were analyzed and calculated. The best separation point to separate calcium chloride and other beneficial components was determined by experiments, which could provide basic data for the engineering design of the solar pond evaporation process.

Evaporated waste ammonia liquid; Natural evaporation; Ammonia soda process

TQ 113.29

： A文献标识码： 1671-0460（2014）07-1178-03

2014-05-15

赵宗申（1986-），男，青海海东人，助理工程师，2009 年毕业于青海大学化工学院化学工程与工艺专业，研究方向：从事化工工艺设计及盐化工研究工作。E-mail：zhaozongshen@163.com。