膜分離技術(shù)在無(wú)水氯化鎂生產(chǎn)中的應(yīng)用

【摘要】本文就膜分離技術(shù)在無(wú)水氯化鎂生產(chǎn)中的應(yīng)用進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析。

【關(guān)鍵詞】膜分離；生產(chǎn)；氯化鎂

水氯鎂石脫水制備無(wú)水氯化鎂，進(jìn)而電解生產(chǎn)金屬鎂是一個(gè)困擾中國(guó)有色金屬行業(yè)20余年的技術(shù)難題。自上世紀(jì)八十年代來，國(guó)內(nèi)多家高校、研究院所、相關(guān)企業(yè)投入大量的人力物力，力圖突破國(guó)外企業(yè)的技術(shù)壟斷，但始終未能獲得適合國(guó)情的工業(yè)化技術(shù)。有色金屬工業(yè)中長(zhǎng)期科技發(fā)展規(guī)劃（2006—2020年）中關(guān)于青海鹽湖氯化鎂資源電解鎂技術(shù)研究：當(dāng)前，青海鹽湖是正在開發(fā)的鉀肥工業(yè)基地，每生產(chǎn)1噸氯化鉀副產(chǎn)10噸氯化鎂，氯化鎂資源的綜合利用急需解決。綠色無(wú)污染低能耗的無(wú)水氯化鎂生產(chǎn)工藝的開發(fā)及成套裝置將列入有色金屬工業(yè)產(chǎn)業(yè)化重點(diǎn)項(xiàng)目之一?！笆晃濉逼陂g國(guó)家堅(jiān)持做大做強(qiáng)做長(zhǎng)青海鹽湖工業(yè)。加快對(duì)鹽湖資源的精深加工和綜合開發(fā)利用。按照不同鹽湖資源類型的資源賦存特點(diǎn)，科學(xué)合理確定相應(yīng)的技術(shù)工藝路線和產(chǎn)品方案，不斷延伸產(chǎn)業(yè)鏈。積極推進(jìn)無(wú)水氯化鎂生產(chǎn)工藝的科技攻關(guān)，大力推進(jìn)富鎂鹵水資源的綜合利用，力爭(zhēng)“十一五”期間初步形成油氣一鹽湖化工、煤一焦一鹽湖化工、有色金屬一天然氣一鹽湖化工等相互關(guān)聯(lián)、循環(huán)利用、高度融合的產(chǎn)業(yè)鏈或集群。達(dá)到40萬(wàn)噸/年的無(wú)水氯化鎂的生產(chǎn)規(guī)模。

1、水氯鎂石氨法脫水原理

水氯鎂石氨法脫水的工藝技術(shù)研究很多，據(jù)報(bào)道氯化鎂氨合物可以在多種有機(jī)溶劑甚至水溶液中制得，其中應(yīng)用最多的是醇溶劑，當(dāng)使用醇作為溶劑時(shí)，其反應(yīng)過程可表示為：

在使用醇做為溶劑進(jìn)行水氯鎂石脫水時(shí)，相當(dāng)于氯化鎂存在于醇水混合溶劑中。由于有兩種溶劑分子存在，就存在兩個(gè)競(jìng)爭(zhēng)的絡(luò)合反應(yīng)，而水對(duì)Mgz+離子的絡(luò)合能力比醇的強(qiáng)。所以只有當(dāng)醇的濃度達(dá)到一定的高度，才能形成醇鎂絡(luò)離子而不是水鎂絡(luò)離子。所以在用醇做為溶劑進(jìn)行水氯鎂石脫水時(shí)，要求通過蒸餾或共沸蒸餾預(yù)先除去其中的水分，以使溶液中的Mgt十離子完全形成醇鎂絡(luò)離子。但形成醇鎂絡(luò)離子并非必須在無(wú)水的條件下進(jìn)行，而是只要醇的濃度大于一定極限，就可以形成醇鎂絡(luò)離子。這就是某些工藝中使用部分脫水的水合氯化鎂溶解于醇溶劑中，在不經(jīng)預(yù)先除水的情況下，通氨直接沉淀氯化鎂氨合物得以實(shí)現(xiàn)的理論基礎(chǔ)。同理 ，無(wú)論哪種氨法工藝中，都存在形成氨合物與形成溶劑合物的競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)。與Mg2+離子絡(luò)合的競(jìng)爭(zhēng)能力順序?yàn)镠2O>NH3>ROH，即水的絡(luò)合能力最強(qiáng)，其次是氨，醇的絡(luò)合能力最小。在眾多的氨法脫水工藝中，研究應(yīng)用最多的是以醇為溶劑的工藝方法，這是由于醇水混合溶劑很容易實(shí)現(xiàn)醇水分離而得到無(wú)水氯化鎂一醇溶液，再用絡(luò)合能力更強(qiáng)的氨進(jìn)行配體置換反應(yīng)，而得到氯化鎂氨合物沉淀。由于氨對(duì)Mg2+離子的絡(luò)合能力比醇強(qiáng)，可以在比較緩和的條件下制備出氯化鎂氨合物，這就是常常使用醇作為脫水溶劑的原因。

水氯鎂石氨法脫水原理分析，可以發(fā)現(xiàn)制備氯化鎂氨合物的條件難于控制，容易形成有機(jī)溶劑絡(luò)合物和水合物，這些絡(luò)合物在進(jìn)一步制備無(wú)水氯化鎂時(shí)會(huì)發(fā)生溶劑解和水解使無(wú)水氯化鎂產(chǎn)物中的氧化鎂含量增高。另外在沉淀氯化鎂氨合物的過程中，氯化鎂可能發(fā)生溶劑解或水解副反應(yīng)，也會(huì)降低無(wú)水氯化鎂的質(zhì)量。如何控制最佳的制備氯化鎂氨合物的形成條件，仍是值得研究的課題。

2、解決問題的方法

反應(yīng)冷結(jié)晶氨法制備無(wú)水氯化鎂產(chǎn)品存在雜質(zhì)氧化鎂和水含量超過1%的難題，很可能就是反應(yīng)冷結(jié)晶制備氯化鎂氨合物的過程，形成有機(jī)溶劑絡(luò)合物和水合物，這些絡(luò)合物在進(jìn)一步制備無(wú)水氯化鎂時(shí)會(huì)發(fā)生溶劑解和水解使無(wú)水氯化鎂產(chǎn)物中的氧化鎂含量增高。

因此反應(yīng)結(jié)晶藕合制備無(wú)水氯化鎂的絡(luò)合物的有機(jī)水合氯化鎂溶液的納濾膜脫水成為解決終端產(chǎn)品無(wú)水氯化鎂雜質(zhì)含量超標(biāo)的解決方法之一。

2.1膜分離技術(shù)概述

采用現(xiàn)代膜分離技術(shù)，進(jìn)行甲醇氯化鎂溶液納濾脫水。選用耐溶劑的納濾膜進(jìn)行試驗(yàn)，確定甲醇氯化鎂溶液的適應(yīng)范圍，選擇最佳工藝方案；試驗(yàn)將甲醇氯化鎂溶液納濾脫水程度及收率達(dá)到工藝要求。

膜分離技術(shù)在產(chǎn)品精制， 濃縮中的應(yīng)用， 優(yōu)化了生產(chǎn)工藝，縮短了生產(chǎn)周期，大大降低了成本。

2.2膜分離技術(shù)的特點(diǎn)

膜分離的基本特點(diǎn)：分子級(jí)別的分離，精密高效，濾液質(zhì)量好，

普通過濾等分離手段難以比擬的。物理過程，無(wú)相變，無(wú)化學(xué)反應(yīng)，無(wú)須添加化學(xué)物質(zhì)，在分離過程中亦不產(chǎn)生新的產(chǎn)物；系統(tǒng)唯一的能源消耗是電力，能耗低；系統(tǒng)體積操作簡(jiǎn)便安全，易于實(shí)現(xiàn)自控，可擴(kuò)展性好；耐溶劑納濾膜的應(yīng)用：溶質(zhì)與溶劑分離，傳統(tǒng)上采用高能耗的精餾和冷凍等技術(shù)。耐溶劑膜分離技術(shù)的出現(xiàn)為解決這一問題提供了條件，膜分離與傳統(tǒng)分離手段相比，膜分離沒有相變，因此膜分離的能耗低、操作條件溫和。除此之外，膜分離還具有分離精度高、效率高等優(yōu)點(diǎn)。尤其是耐溶劑納濾膜，利用有機(jī)物質(zhì)的不同物性可以選擇性地分離混合物，直接從溶質(zhì)和溶劑濾液中分離出部分溶劑回系統(tǒng)循環(huán)使用，減少溶劑回收和精餾系統(tǒng)負(fù)荷，增加裝置擴(kuò)能彈性。

2.3甲醇氯化鎂溶液納濾脫水流程

2.3.1將甲醇水合氯化鎂，加入中試設(shè)備料罐中，檢查各閥們、開關(guān)是否處于正常狀態(tài)；啟動(dòng)設(shè)備，在納濾脫水過程中定時(shí)記錄起至?xí)r間、壓力、溫度、pH值等相關(guān)數(shù)據(jù)，并定時(shí)測(cè)定過濾速度（計(jì)算膜通量）；分別對(duì)濃縮液和透析液取樣，分析有效成份的濃度。

2.3.2在操作結(jié)束后，收集濃縮液，用清水沖洗系統(tǒng)后，加入含有膜清洗劑的水溶液清洗，在40～50℃運(yùn)行30～45分鐘，用清水沖洗至pH值中性即可。

2.3.3考察料液濃縮倍數(shù)、不同PH值的膜通量、壓力、運(yùn)行成本等，從而即可得出最佳的操作參數(shù)在不同的濃縮倍數(shù)下，檢測(cè)濃縮液及透析液中各有效成分的含量，計(jì)算出實(shí)驗(yàn)?zāi)ね?，選擇最佳的濃縮倍數(shù)，以求達(dá)到最大的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]于海濤，林進(jìn)，蔡文生，等.化學(xué)分離提純技術(shù)[M]，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012.2