浅谈盐湖资源开发过程的膜分离工艺技术

浅谈盐湖资源开发过程的膜分离工艺技术摘要简要介绍氯碱行业盐水精制的两种工艺及膜分离技术在盐水生产中的应用与发展。并分别对膜过滤脱除SO2–SO4技术和HVMTM膜过滤盐水精制技术进行了综述。关键词盐水精制氯碱戈尔膜凯膜BriefDiscussiononApplicationofMembranceSeparationTechnologyintheRefiningProcessofSaltLakeAbstract:Inthisarticle.Tworefiningprocessofbrineandtheapplicationanddevelopmentofmembrancesparationtechnologyinchlor-alkailindustrywereintroduced.ThetechniceaboutSO2–SO4filtedoutwithmembranceandrefiningbrinewithHVMTMwereexpaitiatedrespectively.Keywords:Chlor-alkalRefinementofbrine;gorememhrance;HVMTM0引言青海省盐湖资源极其丰富,已探明NaCl储量达3262.85亿t,占全国保有储量的85%，其中茶卡、柯柯盐湖为其主要盐湖，两盐湖NaCl资源矿的开发已有40多年的历史,形成了一定的生产规模。茶卡盐湖位于青海省乌兰县茶卡镇,交通便利,青藏公路由湖的北边通过,青藏铁路从察汉诺站有43km专线通往湖区盐湖面积105km2为固液相伴并存盐湖,石盐呈层状,平均厚度4.9m,最厚处达15m,总储量4.8亿t(其中固相45958万t)。氯碱工业作为国民经济的基础产业,具有较高的经济延伸价值,其发展速度与国民经济的发展息息相关。进入21世纪后,我国氯碱行业总的产能、产量迅猛增长,2001年生产能力为8844.4kt/a,产量为7135.2kt/a；2002年产量突8000kt为8230kt/a；2003年产能达11000kt/a,产量为9399kt；2004年产能为11960kt/a,产量为10500kt/a[2]。随着烧碱生产能力、产量的不断增长；电解技术的不断进步,特别是离子膜电解槽的应用,对盐水的质量要求越来越高,从而使膜分离技术在氯碱盐水生产中得到较大的应用与发展。近几年,随着氯碱行业总产能、产量的迅猛增长,氯碱生产中盐水精制工艺也获得不断发展,一些新技术越来越多地被应用于盐水精制工艺中。其中膜分离技术以其能耗低、分离效率高、过程简单、不污染等特点，已成为行业技术进步的亮点[1]。本文就盐湖资源之一的氯碱盐水生产中膜分离技术的应用及发展作一个简单论述。1盐水生产中两种工艺的说明及比较目前盐水精制工艺有传统的澄清桶工艺与薄膜液体过滤工艺两种。1.1传统的澄清桶工艺由其它工段来的淡盐水、碱盐水进入化盐水贮槽,经化盐水泵进入化盐桶;化盐水溶解原盐后成为饱和粗盐水从化盐桶上部溢出,计量加入精制剂NaOH后,饱和粗盐水进入中间槽,再进入反应器,加入精制剂Na2CO3、凝聚助沉剂(聚丙烯酸钠)后,自流入澄清桶;澄清桶出来的清液进入砂滤器,经砂滤器过滤后进入砂滤精盐水贮槽、泵加压后进入PE(聚乙烯)管过滤器过滤,清液进入一次精盐水贮槽,经泵加压后进入碳素管过滤器;最后进入树脂塔,经离子交换塔精制后进入阳极液循环槽供电解用。1.2膜液体过滤工艺由其它工段来的淡盐水、碱盐水进入化盐水贮槽,配水合格后泵入化盐桶;化盐水溶解原盐后成为饱和粗盐水从化盐桶上部溢出进入折流槽,计量加入精制剂NaOH及未脱氯淡盐水(含NaClO)。在前反应罐内,粗盐水中的镁离子与精制剂NaOH反应生成Mg(OH)2,菌藻类、腐殖酸等有机物则被次氯酸钠氧化分解为小分子有机物；然后用加压泵将粗盐水送入预处理器,经过预处理的盐水进入后反应罐,盐水中的钙离子与加入的碳酸钠反应形成碳酸钙沉淀;充分反应后的盐水进入中间槽,加入亚硫酸钠溶液除去盐水中游离氯后,经泵入膜过滤器过滤;过滤后的精盐水进入一次精盐水贮槽,经精盐水泵送入树脂塔,经离子交换塔精制后进入阳极循环槽供电解用。如图1所示：原盐NaClNaClO图1膜分离盐水精制工艺流程简图膜分离盐水精制工艺流程较传统工艺简单,去除碳素管过滤器等工艺环节,不需大型的澄清桶、砂滤器等设备,占地面积小,投资少、运行费用较低[3]。2.盐水生产中两种膜的特点及应用2.1戈尔膜分离技术特点戈尔膜较凯膜早应用于盐水精制工艺中,戈尔膜是以一种厚度为微米级、孔径为0.5μm的膨体聚四氟乙烯薄膜与2～3mm厚的聚丙烯、聚脂无纺布(外形如羊毛毡)复合而成滤袋,然后套在刚性支撑体上作为膜过滤元件。戈尔膜较薄,过滤速度快,经过戈尔膜过滤后的盐水质量好,完全能满足离子膜电解对盐水精度的指标要求,但是由于膜薄加上作为底衬的聚丙烯容易受到盐水中游离氯的腐蚀,使用寿命较短,由于膜更换频繁,在实际生产过程中操作不方便,且膜消耗快造成运行费用增高,但是其过滤后的盐水质量是老生产工艺无法比拟的,故国内已有部分氯碱企业正在使用戈尔膜过滤器。其特点为：第一，戈尔膜分离技术在盐水精制中的应用是一套全新的盐水精制工艺。第二，由于该新工艺技术进行先除镁后除钙的工艺路线，精制过滤后的精盐化盐水贮槽化盐桶折流槽反应罐预处理器后反应罐中间槽盐泥压滤贮槽膜分离过滤器一次精盐水贮槽树脂交换塔至电解FeCl3水中钙镁及悬浮物杂质具有很好的滤除效果，使精盐水质量稳定，并使盐水质量有了很大的提高。第三，新工艺精制过滤后的盐水可直接去离子膜电槽要求的鳌合树脂塔。由于钙、镁较低，树脂塔能力可提高，取代了纤维素炭素管过滤器，简化了二次盐水的工艺流程。第四，含镁量高的原盐也能使用，对于盐水精制讲，不受原盐中钙、镁比的限制，由于高镁原盐价格低，可以降低烧碱的生产成本。第五，戈尔膜过滤部分实现了电脑控制，白动化程度高。第六，盐水温度的变化对盐水质量影响不大。由于精盐水质量高，而且稳定性好，可使电解槽的运行性能得到较大改善，收到良好的经济效益。如表1：表1采用凯尔膜后盐水中控指标数据预处理器出口过滤器进口过滤器出口(精盐水)Mg2+NaOHNa2C03Ca2++Mg2+SS值总铁20mg/L0.1一0.4g/L0.4一0.6g/L2mg/L1x10-50.05mg/L从表1可以看出，应用戈尔膜分离技术进行盐水精制，完全可以提高盐水质量和简化盐水精制工艺流程，彻底解决了氯碱行业精盐水长期质量不稳定的问题，对提高隔膜电槽的运行周期起到了重要的作用。2.2凯膜(HVMTM膜)凯膜是纯聚四氟乙烯管式多孔膜。它是以薄膜滤料达到真正的表面过滤效果,其好处是:使液体中的悬浮物被全部截留在薄膜的表面,由于薄膜具有极佳的不粘性和非常小的摩擦系数,因而薄膜滤料不易产生堵塞的现象。这样在不增加运行负荷的情况下既保证了液体的最大通量,同时也有效地收集了液体中的固体颗粒。质密、多孔、光滑的聚四氟乙烯(PTFE)薄膜使固体颗粒的穿透接近零。它的低摩擦系数,化学稳定性和表面光滑的特点使过滤压力仅0.05～011MPa,并且薄膜的表面极为容易清理。聚四氟乙烯又是一种强度很高的材料,使滤料寿命大大高于常规滤料。聚四氟乙烯管一次成型,减少了盐水对焊缝侵蚀造成膜脱落的可能性,使用寿命较长。2.3盐水生产工艺的发展趋势膜技术在氯碱行业应用非常广泛,氯碱行业工艺技术的发展常常伴随膜技术的应用推广。比如电解槽从最先的隔膜槽到现在的离子膜槽的应用,大大提高了产品质量,减少了运行成本；一些氯碱厂PVC离心母液回收处理用的微米膜、纳米膜、渗透膜的应用,使母液循环利用,不仅解决了环保问题还节约了水资源;再就是盐水精制中膜过滤器的应用,有着投资少、占地小,操作方便等优点。2.4膜分离技术在盐水精制中的原理盐水精制是氯碱生产的第一道工序,其主要任务是去除盐水中的Ca2+、Mg2+、SO2-SO4、有机物、水不溶物及其他悬浮物等杂质,制成精盐水供烧碱生产使用。盐水的质量直接关系到后续工段的安全、稳定、高效运行,也影响着产品质量。通常氯碱企业采用化学和物理相结合的方法去除上述杂质。其主要过程为一些化学品与盐水中的Ca2+、Mg2+、SO2-SO4等发生反应,生成沉淀沉降后排出,少量没有沉降的部分和其他悬浮物再利用过滤法去除。3.盐水生产工艺的发展趋势膜技术在氯碱行业应用非常广泛,氯碱行业工艺技术的发展常常伴随膜技术的应用推广。比如电解槽从最先的隔膜槽到现在的离子膜槽的应用,大大提高了产品质量,减少了运行成本；一些氯碱厂PVC离心母液回收处理用的微米膜、纳米膜、渗透膜的应用,使母液循环利用,不仅解决了环保问题还节约了水资源;再就是盐水精制中膜过滤器的应用,有着投资少、占地小,操作方便等优点。综上可见,随着氯碱生产技术飞速发展,特别是离子膜电解槽的广泛应用,精制盐水的质量越来越被重视,“预处理+膜分离”的盐水精制新工艺替代“道尔澄清桶+砂滤器+碳素管精密过滤器”的传统盐水精制工艺成为氯碱行业盐水精制的发展方向。4.结语青海盐湖资源丰富，氯碱行业已进入一新的发展时期，特别是膜技术，是当代新型高效分离技术,是多学科交叉的产物,与传统的分离技术比较,它具有高效、节能、过程易控制、操作方便、环境友好、便于放大、容易与其他技术集成等优点。随着认识的不断深入,膜技术的优越性倍受瞩目,越来越多的工业化应用付诸实施[4]。采用膜分离技术精制盐水能够摆脱传统物理和化学处理工序的繁琐,节省人、财、物力,降低运行成本,且易于管理,为氯碱行业提升盐水质量开辟了崭新的道路,将为企业带来良好的经济效益和社会效益。参考文献[1]刘茉娥.膜分离技术[M].北京：化学工业出版社，1988.65-68[2]费红丽.国内氯碱行业盐水精制工艺状况(2000～2003年)调查报告.氯碱工业,2005,(2):10[3]罗圣红.浅谈氯碱行业盐水精制工艺中膜分离技术的应用与发展[J].贵州化工，2006，（4）：33[4]张家杰.膜分离技术在盐水精制中的应用.精细与化学专用品第14卷（6）：7~8