淺談鹽湖資源開發(fā)過程的膜分離工藝技術(shù)

1、淺談鹽湖資源開發(fā)過程的膜分離工藝技術(shù) 摘 要 簡要介紹氯堿行業(yè)鹽水精制的兩種工藝及膜分離技術(shù)在鹽水生產(chǎn)中的應(yīng)用與發(fā)展。并分別對(duì)膜過濾脫除SO2 SO4技術(shù)和HVMTM膜過濾鹽水精制技術(shù)進(jìn)行了綜述。關(guān)鍵詞 鹽水精制 氯堿 戈?duì)柲?凱膜Brief Discussion on Appl ication of Membrance SeparationTechnology in the Ref ining Process of Salt Lake Abstract :In this article .Two refining process of brine and the application an

2、d development of membrance sparation technology in chlor - alkail industry were introduced.The technice about SO2 SO4 filted out with membrance and refining brine with HVMTM were expaitiated respectively.Key words : Chlor-alkal Refinement of brine ;gore memhrance ;HVMTM 0 引言青海省鹽湖資源極其豐富,已探明NaCl儲(chǔ)量達(dá)326

3、2.85億t,占全國保有儲(chǔ)量的85%，其中茶卡、柯柯鹽湖為其主要鹽湖，兩鹽湖NaCl資源礦的開發(fā)已有40多年的歷史,形成了一定的生產(chǎn)規(guī)模。茶卡鹽湖位于青海省烏蘭縣茶卡鎮(zhèn),交通便利,青藏公路由湖的北邊通過,青藏鐵路從察漢諾站有43km專線通往湖區(qū)鹽湖面積105km2為固液相伴并存鹽湖,石鹽呈層狀,平均厚度4.9m,最厚處達(dá)15m,總儲(chǔ)量4.8億t(其中固相45958萬t)。氯堿工業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè),具有較高的經(jīng)濟(jì)延伸價(jià)值,其發(fā)展速度與國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展息息相關(guān)。進(jìn)入21世紀(jì)后,我國氯堿行業(yè)總的產(chǎn)能、產(chǎn)量迅猛增長,2001年生產(chǎn)能力為8844.4kt/a,產(chǎn)量為7135.2kt/a；2002年產(chǎn)

4、量突8000kt為8230kt/a；2003年產(chǎn)能達(dá)11000kt/a,產(chǎn)量為9399kt；2004年產(chǎn)能為11960kt/a,產(chǎn)量為10500kt/a2。隨著燒堿生產(chǎn)能力、產(chǎn)量的不斷增長；電解技術(shù)的不斷進(jìn)步,特別是離子膜電解槽的應(yīng)用,對(duì)鹽水的質(zhì)量要求越來越高,從而使膜分離技術(shù)在氯堿鹽水生產(chǎn)中得到較大的應(yīng)用與發(fā)展。近幾年,隨著氯堿行業(yè)總產(chǎn)能、產(chǎn)量的迅猛增長,氯堿生產(chǎn)中鹽水精制工藝也獲得不斷發(fā)展,一些新技術(shù)越來越多地被應(yīng)用于鹽水精制工藝中。其中膜分離技術(shù)以其能耗低、分離效率高、過程簡單、不污染等特點(diǎn)，已成為行業(yè)技術(shù)進(jìn)步的亮點(diǎn)1。本文就鹽湖資源之一的氯堿鹽水生產(chǎn)中膜分離技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展作一個(gè)簡單論

5、述。1 鹽水生產(chǎn)中兩種工藝的說明及比較目前鹽水精制工藝有傳統(tǒng)的澄清桶工藝與薄膜液體過濾工藝兩種。1.1 傳統(tǒng)的澄清桶工藝由其它工段來的淡鹽水、堿鹽水進(jìn)入化鹽水貯槽,經(jīng)化鹽水泵進(jìn)入化鹽桶;化鹽水溶解原鹽后成為飽和粗鹽水從化鹽桶上部溢出,計(jì)量加入精制劑NaOH后,飽和粗鹽水進(jìn)入中間槽,再進(jìn)入反應(yīng)器,加入精制劑Na2CO3、凝聚助沉劑(聚丙烯酸鈉) 后,自流入澄清桶;澄清桶出來的清液進(jìn)入砂濾器,經(jīng)砂濾器過濾后進(jìn)入砂濾精鹽水貯槽、泵加壓后進(jìn)入PE(聚乙烯)管過濾器過濾,清液進(jìn)入一次精鹽水貯槽,經(jīng)泵加壓后進(jìn)入碳素管過濾器;最后進(jìn)入樹脂塔,經(jīng)離子交換塔精制后進(jìn)入陽極液循環(huán)槽供電解用。1.2 膜液體過濾工藝

6、由其它工段來的淡鹽水、堿鹽水進(jìn)入化鹽水貯槽,配水合格后泵入化鹽桶;化鹽水溶解原鹽后成為飽和粗鹽水從化鹽桶上部溢出進(jìn)入折流槽,計(jì)量加入精制劑NaOH及未脫氯淡鹽水(含NaClO)。在前反應(yīng)罐內(nèi),粗鹽水中的鎂離子與精制劑NaOH 反應(yīng)生成Mg(OH)2,菌藻類、腐殖酸等有機(jī)物則被次氯酸鈉氧化分解為小分子有機(jī)物；然后用加壓泵將粗鹽水送入預(yù)處理器,經(jīng)過預(yù)處理的鹽水進(jìn)入后反應(yīng)罐,鹽水中的鈣離子與加入的碳酸鈉反應(yīng)形成碳酸鈣沉淀;充分反應(yīng)后的鹽水進(jìn)入中間槽,加入亞硫酸鈉溶液除去鹽水中游離氯后,經(jīng)泵入膜過濾器過濾;過濾后的精鹽水進(jìn)入一次精鹽水貯槽,經(jīng)精鹽水泵送入樹脂塔,經(jīng)離子交換塔精制后進(jìn)入陽極循環(huán)槽供電解用

7、。如圖1所示： 原鹽 NaCl NaClO化鹽水貯槽化鹽桶折流槽反應(yīng)罐預(yù)處理器后反應(yīng)罐中間槽鹽泥壓濾貯槽膜分離過濾器一次精鹽水貯槽樹脂交換塔至電解FeCl3 圖1 膜分離鹽水精制工藝流程簡圖膜分離鹽水精制工藝流程較傳統(tǒng)工藝簡單,去除碳素管過濾器等工藝環(huán)節(jié),不需大型的澄清桶、砂濾器等設(shè)備,占地面積小,投資少、運(yùn)行費(fèi)用較低3。2.鹽水生產(chǎn)中兩種膜的特點(diǎn)及應(yīng)用2.1 戈?duì)柲し蛛x技術(shù)特點(diǎn)戈?duì)柲ぽ^凱膜早應(yīng)用于鹽水精制工藝中,戈?duì)柲な且砸环N厚度為微米級(jí)、孔徑為0.5m的膨體聚四氟乙烯薄膜與23mm厚的聚丙烯、聚脂無紡布(外形如羊毛氈) 復(fù)合而成濾袋,然后套在剛性支撐體上作為膜過濾元件。戈?duì)柲ぽ^薄,過濾速度

8、快,經(jīng)過戈?duì)柲み^濾后的鹽水質(zhì)量好,完全能滿足離子膜電解對(duì)鹽水精度的指標(biāo)要求,但是由于膜薄加上作為底襯的聚丙烯容易受到鹽水中游離氯的腐蝕,使用壽命較短,由于膜更換頻繁,在實(shí)際生產(chǎn)過程中操作不方便,且膜消耗快造成運(yùn)行費(fèi)用增高,但是其過濾后的鹽水質(zhì)量是老生產(chǎn)工藝無法比擬的,故國內(nèi)已有部分氯堿企業(yè)正在使用戈?duì)柲み^濾器。其特點(diǎn)為：第一，戈?duì)柲し蛛x技術(shù)在鹽水精制中的應(yīng)用是一套全新的鹽水精制工藝。 第二，由于該新工藝技術(shù)進(jìn)行先除鎂后除鈣的工藝路線，精制過濾后的精鹽水中鈣鎂及懸浮物雜質(zhì)具有很好的濾除效果，使精鹽水質(zhì)量穩(wěn)定，并使鹽水質(zhì)量有了很大的提高。 第三，新工藝精制過濾后的鹽水可直接去離子膜電槽要求的鰲合樹

9、脂塔。由于鈣、鎂較低，樹脂塔能力可提高，取代了纖維素炭素管過濾器，簡化了二次鹽水的工藝流程。 第四，含鎂量高的原鹽也能使用，對(duì)于鹽水精制講，不受原鹽中鈣、鎂比的限制，由于高鎂原鹽價(jià)格低，可以降低燒堿的生產(chǎn)成本。 第五，戈?duì)柲み^濾部分實(shí)現(xiàn)了電腦控制，白動(dòng)化程度高。 第六，鹽水溫度的變化對(duì)鹽水質(zhì)量影響不大。由于精鹽水質(zhì)量高，而且穩(wěn)定性好，可使電解槽的運(yùn)行性能得到較大改善，收到良好的經(jīng)濟(jì)效益。如表1：表1 采用凱爾膜后鹽水中控指標(biāo)數(shù)據(jù)預(yù)處理器出口過濾器進(jìn)口過濾器出口(精鹽水)Mg2+ NaOHNa2C03 Ca2+ +Mg2+ SS值 總鐵<20mg/L 0.1一0.4g/L0.4一0.6g/

10、L <2mg/L <1x10-5 <0.05 mg/L從表1可以看出，應(yīng)用戈?duì)柲し蛛x技術(shù)進(jìn)行鹽水精制，完全可以提高鹽水質(zhì)量和簡化鹽水精制工藝流程，徹底解決了氯堿行業(yè)精鹽水長期質(zhì)量不穩(wěn)定的問題，對(duì)提高隔膜電槽的運(yùn)行周期起到了重要的作用。2.2 凱膜(HVMTM膜) 凱膜是純聚四氟乙烯管式多孔膜。它是以薄膜濾料達(dá)到真正的表面過濾效果,其好處是:使液體中的懸浮物被全部截留在薄膜的表面,由于薄膜具有極佳的不粘性和非常小的摩擦系數(shù),因而薄膜濾料不易產(chǎn)生堵塞的現(xiàn)象。這樣在不增加運(yùn)行負(fù)荷的情況下既保證了液體的最大通量,同時(shí)也有效地收集了液體中的固體顆粒。質(zhì)密、多孔、光滑的聚四氟乙烯(PTF

11、E)薄膜使固體顆粒的穿透接近零。它的低摩擦系數(shù),化學(xué)穩(wěn)定性和表面光滑的特點(diǎn)使過濾壓力僅0.05011MPa,并且薄膜的表面極為容易清理。聚四氟乙烯又是一種強(qiáng)度很高的材料,使濾料壽命大大高于常規(guī)濾料。聚四氟乙烯管一次成型,減少了鹽水對(duì)焊縫侵蝕造成膜脫落的可能性,使用壽命較長。2.3 鹽水生產(chǎn)工藝的發(fā)展趨勢膜技術(shù)在氯堿行業(yè)應(yīng)用非常廣泛,氯堿行業(yè)工藝技術(shù)的發(fā)展常常伴隨膜技術(shù)的應(yīng)用推廣。比如電解槽從最先的隔膜槽到現(xiàn)在的離子膜槽的應(yīng)用,大大提高了產(chǎn)品質(zhì)量,減少了運(yùn)行成本；一些氯堿廠PVC 離心母液回收處理用的微米膜、納米膜、滲透膜的應(yīng)用,使母液循環(huán)利用,不僅解決了環(huán)保問題還節(jié)約了水資源;再就是鹽水精制中

12、膜過濾器的應(yīng)用,有著投資少、占地小,操作方便等優(yōu)點(diǎn)。2.4 膜分離技術(shù)在鹽水精制中的原理鹽水精制是氯堿生產(chǎn)的第一道工序,其主要任務(wù)是去除鹽水中的Ca2 +、Mg2+、SO2-SO4、有機(jī)物、水不溶物及其他懸浮物等雜質(zhì),制成精鹽水供燒堿生產(chǎn)使用。鹽水的質(zhì)量直接關(guān)系到后續(xù)工段的安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行,也影響著產(chǎn)品質(zhì)量。通常氯堿企業(yè)采用化學(xué)和物理相結(jié)合的方法去除上述雜質(zhì)。其主要過程為一些化學(xué)品與鹽水中的Ca2+、Mg2+、SO2-SO4等發(fā)生反應(yīng),生成沉淀沉降后排出,少量沒有沉降的部分和其他懸浮物再利用過濾法去除。3. 鹽水生產(chǎn)工藝的發(fā)展趨勢膜技術(shù)在氯堿行業(yè)應(yīng)用非常廣泛,氯堿行業(yè)工藝技術(shù)的發(fā)展常常伴隨

13、膜技術(shù)的應(yīng)用推廣。比如電解槽從最先的隔膜槽到現(xiàn)在的離子膜槽的應(yīng)用,大大提高了產(chǎn)品質(zhì)量,減少了運(yùn)行成本；一些氯堿廠PVC離心母液回收處理用的微米膜、納米膜、滲透膜的應(yīng)用,使母液循環(huán)利用,不僅解決了環(huán)保問題還節(jié)約了水資源;再就是鹽水精制中膜過濾器的應(yīng)用,有著投資少、占地小,操作方便等優(yōu)點(diǎn)。綜上可見,隨著氯堿生產(chǎn)技術(shù)飛速發(fā)展,特別是離子膜電解槽的廣泛應(yīng)用,精制鹽水的質(zhì)量越來越被重視,“預(yù)處理+膜分離”的鹽水精制新工藝替代“道爾澄清桶+砂濾器+ 碳素管精密過濾器”的傳統(tǒng)鹽水精制工藝成為氯堿行業(yè)鹽水精制的發(fā)展方向。4.結(jié)語青海鹽湖資源豐富，氯堿行業(yè)已進(jìn)入一新的發(fā)展時(shí)期，特別是膜技術(shù)，是當(dāng)代新型高效分離技術(shù),是多學(xué)科交叉的產(chǎn)物,與傳統(tǒng)的分離技術(shù)比較,它具有高效、節(jié)能、過程易控制、操作方便、環(huán)境友好、便于放大、容易與其他技術(shù)集成等優(yōu)點(diǎn)。隨著認(rèn)識(shí)的不斷深入,膜技術(shù)的優(yōu)越性倍受矚目,越來越多的工業(yè)化應(yīng)用付諸實(shí)施4。采用膜分離技術(shù)精制鹽水能夠擺脫傳統(tǒng)物理和化學(xué)處理工序的繁瑣,節(jié)省人、財(cái)、物力,降低運(yùn)行成本,且易于管理,為氯