一次盐水精制去除Mg2+的机理研究

邓建民，杨国强

（宁夏英力特化工股份有限公司，宁夏 石嘴山 753202）

一次盐水精制去除Mg2+的机理研究

邓建民，杨国强

（宁夏英力特化工股份有限公司，宁夏 石嘴山 753202）

研究盐水精制过程Mg（OH）2胶体生成机理及影响因素，研究盐水中Fe（OH）3胶体与Mg（OH）2胶体的相互作用，选定适宜的过碱量以优化盐水精制操作。

盐水精制；反应机理；影响因素；胶体混凝机理

1　盐水精制现状

宁夏英力特化工股份有限公司烧碱产能为20万t/a，使用青盐为主要盐种，与其余盐种及再生盐搭配使用，近两年因再生盐价格低于青盐，公司为降低生产成本，决定扩大再生盐用量比例，但再生盐及其余盐种与青盐成分相比各组分含量有一定的差异。

2　再生盐使用情况

公司一次盐水精制采用与浮上桶配套的凯膜过滤技术，将原盐中的镁、有机物和其他杂质分别在预处理器和膜过滤器中去除。其精制流程示意图见图1。

图1　一次盐水精制流程简图

原盐中的Mg2+一般以氯化物的形势存在，再生盐含量过高并用量较大时将影响凯膜的使用。如果浮上桶的能力有限，当气浮过程中某一项参数发生变化时，将导致膜过滤器无法正常运行，在使用过程发现提高再生盐配比后出现如下问题：凯膜过滤器压力上升，这是Mg（OH）2胶体附着在膜面上不易被反冲清除，造成过滤压力高，通量小，因此影响膜组件使用；当原盐配比不合理时，产生致密性颗粒堵塞过滤通道，不利于板框压滤机滤饼的形成，影响板框压滤机正常运行。因此，研究盐水精制过程的Mg2+的去除以改进操作方式成为当前公司节本降耗面临的课题。

3　pH值对Mg2+精制过程的影响

3.1pH值对Mg2+精制反应过程及结晶的影响

在前反应器中加入NaOH，与盐水中的Mg2+进行反应，从反应方程式Mg2++2OH-=Mg（OH）2↓可以看出，在保持OH-过量的情况下，有助于Mg（OH）2沉淀的生成。根据溶度积规则及同离子效应，过量OH-有助于Mg2+的减少，并且反应物浓度升高有助于反应的快速进行。

通过实验可知，Mg2+和OH-在pH值为8时开始反应，pH值为10.5～11.5时，反应迅速完成，形成胶状絮凝沉淀[1]；但pH值要控制为9～11，若pH值过高，即过碱量太高时，虽然反应完全，但形成的沉淀形状发生变化，即Mg（OH）2由絮状变为晶状，不易沉降，随着盐水流动，影响盐水质量。同时pH值过高易使盐水中的Si和Al含量上升。根据等电位点理论，pH值低于12时，氢氧化镁胶体表面带正电，易于吸附OH-离子，由于Mg2+和OH-的鲍林半径分别为0.065 nm和0.153 nm，Mg2+和OH-之间的距离较两个Mg2+之间的距离大，斥力较小，因而晶体沿边生长而不团聚在一起。当pH值升高至13时，生成的氢氧化镁胶体表面带负电荷，在成核过程中Na+无选择性的吸附在晶核的各晶面，而阻碍Mg2+的嵌入，使得晶体无法长大[2]。这就导致pH过高产生的晶体细小，晶体悬浮在盐水中不能沉降过滤去除。

若pH过低，达不到规定的过碱量要求，则Mg2+去除不完全，会增大二次盐水精制的工作负荷，原过碱量指标控制在0.2～0.6 g/L，根据以上分析，将过碱量指标重新核定为0.1～0.4 g/L。

3.2pH值对反应速率及终点的影响

根据李秋菊等的研究，当pH值从9上升到10时，产品收率增长非常快，从51.24%增长到90.33%，再继续升高pH值，当pH值达到13时，产品收率增长至94.25%[2]；说明pH值升高能够加速反应进行，这是因为反应物浓度升高所致。卜正国等以芒硝型盐水做实验，在控制过碱量在0.197 6 g/L，反应时间控制在30 min时，溶液中的Mg2+能够从0.117 2 g/L降至0.003 1 g/L，去除率为97.35%；当反应时间延长至60 min时，Mg2+从0.117 2 g/L降至0.002 6 g/L，去除率为97.78%[3]。所以控制适当的过碱量在30 min就可将Mg2+含量降至3.1×10-6，达到一次盐水精制要求。因此前反应器的反应时间设计为0.5 h，过长的反应时间对反应终点的提升帮助效果不大。

4　加入混凝剂FeCl3对盐水精制Mg2+去除的影响

盐水中生成Mg（OH）2胶体颗粒粒度在为1～100 nm，盐水体系属于胶体分散体系，胶体易吸附电荷，静电斥力阻止胶粒互相接近和接触碰撞，并且带电荷的胶粒和反粒子都能与周围的水分子发生水化作用，形成一层水化壳，阻止胶粒聚合，因此如果没有外力作用下，盐水中的Mg（OH）2胶体之间处于稳定状态。

当配制好的FeCl3溶液加入进预处理器的盐水后，Fe3+和盐水中的OH-或溶解的氧气反应结合产生絮状的Fe（OH）3胶体，由于Fe（OH）3胶体比表面积较大，具有极大的表面自由能，有强烈的吸附能力，Fe（OH）3胶体在吸附Fe3+后胶体带有正电荷，电荷相互作用破坏Mg（OH）2胶体的稳定性，使盐水中Mg（OH）2的细小悬浮颗粒和胶体微粒凝聚成较大颗粒，从而凝结成絮状。凝结后密度较大颗粒往下沉淀，密度较小颗粒的在溶解在盐水中的空气上浮作用带动下往上浮，这样盐水中悬浮的Mg（OH）2胶体得到了净化。

根据双电荷压缩理论认为，当形成Fe（OH）3胶体时，Fe（OH）3胶体吸附Fe3+，导致扩散层OH-电荷增多，静电斥力将Mg（OH）2胶体扩散层OH-电荷挤压到吸附层，使氢氧化镁胶体扩散层厚度减少，胶体脱离稳定状态，互相接触碰撞使胶粒得以凝聚，根据沉淀物网扑机理，当形成Fe（OH）3沉淀时，水中的胶粒和细微悬浮物都可被这些沉淀物在形成时作为晶核或吸附质所网扑。在盐水中净化Mg（OH）2时，这两种机理可能是同时发生或交叉发挥作用。

对FeCl3的加入要求能够与盐水迅速均匀混合，为此将配制好的浓度1.0%稀FeCl3溶液进入文丘里混合器与盐水充分混合。并及时根据盐水流量和精制效果调节FeCl3的加入量，一般控制在0.3 m3/100 m3盐水。

5　结语

通过研究盐水中Mg2+的去除方式、反应机理和影响因素，有助于对生产过程的操作优化，以得到更优质的盐水，最终提高再生盐使用比例，达到企业节本降耗目的。

［1］刘丹．过量碱对盐水中Ca2＋、Mg2＋含量的影响．氯碱工业，2001，6：8－9.

［2］李秋菊，等．pH值对氢氧化镁晶体生长的影响．材料科学与工程学报，2007，4：611－612．

［3］卜正国．芒硝型和盐型卤水两碱法除钙镁的实验研究．苏盐科技，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