降低盐湖水氯镁石溶液中硫酸根含量的试验研究

魏万林

(青海盐湖镁业有限公司,青海 格尔木 816000)

1 前言

通过自然蒸发结晶的水氯镁石矿物中含有硫酸根及其它杂质，这些杂质直接影响后续的加工利用，尤其是对电解法生产金属镁所需的无水氯化镁颗粒料影响尤为突出，很容易造成电极钝化，电解能耗大大增加，则必须对老卤进行前期精制处理。水氯镁石形成主要靠盐田自然蒸发，其卤水源是盐湖提钾后的高镁尾液，在结晶过程中部分硫酸根以硫酸盐形式存在于晶体和母液当中，采挖运输过程中尽管采取了有效的方式，依然有一部分夹带至水氯镁石矿物中，对后续净化提纯过程中降低硫酸根含量至20 mg/kg造成了很大困难。文章就如何利用有效方式降低其中的硫酸根，满足净化后水氯镁石溶液中硫酸根低于20 mg/kg的要求进行了试验研究。

2 实验原理

3 水氯镁石溶液的成分分析

3.1 水氯镁石溶液中阳离子及硫酸根的含量

在水氯镁石矿堆按照固体取样标准在不同的部位采取三个试验样品，分别编号为1#、2#、3#，配制成浓度为33%的溶液，用ICP检测主要化学元素的浓度，并根据检测的各元素的浓度计算了原盐中主要阳离子的含量，详细数据见表1。

表1 水氯镁石中阳离子含量检测数据表Tab.1 Data sheet for determination of cation content in bischofite

从表1中看出，在浓度约33%的氯化镁溶液中，Fe的含量<1 mg/kg，Al的含量<2 mg/kg，硅的含量在10 mg/kg左右，但从化盐到反应和储存的碳钢设备都必须做内防腐处理，防止过程中带入Fe元素。

另取部分溶液加入过量的氯化钡使硫酸根沉淀，再用0.45 μm滤膜过滤出沉淀物，洗涤、烘干、称重，根据重量法检测硫酸根在溶液中的含量，数据见表2。

表2 硫酸根含量检测数据表Tab.2 Data sheet for determination of sulfate radical content %

从表2中数据可以看出，硫酸盐的含量在0.035%左右，即水氯镁石溶液中硫酸根含量在350 mg/kg～1 500 mg/kg。

3.2 溶液粘度测试

以硫酸根含量最大的2#溶液为进一步试验对象，检测不同温度下的粘度。详细数据见表3。

数据表明随着温度的升高，溶液粘度会降低，因此适当提升溶液的温度，不仅可以增大溶解度，同时可以降低溶液粘度，有利于过滤分离。

表3 饱和溶液粘度检测数据表Tab.3 Data sheet for determination of viscosity of saturated solution

4 水氯镁石溶液中硫酸根的去除

从表4中的数据可以看出，只要溶液中保持一定钡离子(200 mg/kg)浓度，硫酸根的浓度都能低于20 mg/kg。

表4 加入10%氯化钡溶液后的数据表Tab.4 Data sheet after adding 10% barium choride solution

5 膜过滤硫酸钡

经检验分析形成的硫酸钡的平均粒径在1.45 μm，因此，试验采用错流过滤方式的膜作为过滤设备。错流过滤中渗透通量的计算遵循Hagen-Poiseuille方程，如式(1)所示：

(1)

式中：Q——液体的渗透流量；μ——液体的粘度；l——膜的厚度；τ——膜的孔曲折因子；n——孔径为rp的孔数。

从方程中可以看出液体的粘度和渗透量成反比，因此，粘度的大小直接关系到过滤的速度。该试验采用在恒压过滤时不同温度条件下进行。

利用2#样品配置33%的水氯镁石溶液，将进膜压力控制在0.3 MPa，膜面流速控制在2.5 m3/h条件下，开始的瞬时通量与温度的具体变化趋势，实验数据汇总如表5。

表5 不同温度下通量变化数据表Tab.5 Data sheet of flux change at different temperature

由表5可知，随着温度的上升，料液粘度的下降，通量出现明显上升。不同温度下膜通量变化趋势图如图1。

图1 不同温度下膜通量变化趋势图Fig.1 Trend chart of membrane flux change at different temperature

6 实验结论

1) 浓度为33%的水氯镁石溶液中Fe的含量<1 mg/kg，Al的含量<2 mg/kg，硅的含量在10 mg/kg左右，因此，溶解、反应、储存的设备都必须做内防腐处理，防止过程中带入Fe元素。

2) 只要水氯镁石溶液中保持一定钡离子(200 mg/kg)的浓度，硫酸根的浓度都能低于20 mg/kg。

3) 料液温度与膜的过滤通量形成正比，鉴于能耗、设备选型、运行成本等因素，最佳过滤温度宜在60 ℃±5 ℃。