蒸氨廢液蒸發(fā)過程物性參數(shù)變化規(guī)律研究*

趙啟文，屠蘭英，郭祖鵬，林澤中

（青海大學化工學院，青海 西寧 810016）

蒸氨廢液蒸發(fā)過程物性參數(shù)變化規(guī)律研究*

趙啟文，屠蘭英，郭祖鵬，林澤中

（青海大學化工學院，青海 西寧 810016）

以中鹽青海昆侖堿業(yè)有限公司的純堿蒸氨廢液為研究對象，采用加熱蒸發(fā)、過濾分離的方法制取了蒸氨廢液不同蒸發(fā)階段的液相和結(jié)晶固相試樣，并進行檢測分析，研究蒸氨廢液蒸發(fā)過程物性參數(shù)的變化規(guī)律。結(jié)果表明：蒸氨廢液在蒸發(fā)過程中，隨著濃度的升高其密度、黏度增大，沸點升高，pH降低，鈣離子、氯離子濃度增大，硫酸根濃度降低，鈉離子濃度先升后降；前期需要蒸發(fā)大量水分，在自然蒸發(fā)量大的地區(qū)，采用鹽田蒸發(fā)濃縮工藝能有效降低能耗。

蒸氨廢液；蒸發(fā)；物性參數(shù)

青海憑借柴達木盆地豐富的氯化鈉和石灰石資源大力發(fā)展純堿產(chǎn)業(yè)，已建成180萬t/a（青海堿業(yè)有限公司）、150萬t/a（中鹽青海昆侖堿業(yè)有限公司）、110萬t/a（青海五彩堿業(yè)有限公司）大型氨堿法純堿生產(chǎn)裝置［1-2］，在產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益的同時還會排放4 000萬～5 000萬m3/a的蒸氨廢液。目前蒸氨廢液主要通過建設(shè)大型廢液庫存放，對周邊原本脆弱的生態(tài)環(huán)境造成嚴重威脅。蒸氨廢液中含量較高的有用成分為CaCl2和NaCl。國內(nèi)外純堿廠對蒸氨廢液傳統(tǒng)的處理方法多采用達標排放［3］，若按每年排放4 000萬m3的蒸氨廢液量計算，相當于每年廢棄了近400萬t氯化鈣和160萬t以上的氯化鈉［4］，將會嚴重污染環(huán)境同時造成大量的資源浪費。因此，如何綜合利用蒸氨廢液是制約純堿行業(yè)發(fā)展的瓶頸問題之一。而目前蒸氨廢液資源化利用都要經(jīng)過蒸發(fā)濃縮過程，筆者進行蒸氨廢液蒸發(fā)過程物性參數(shù)的變化規(guī)律研究，為實際生產(chǎn)提供基礎(chǔ)理論數(shù)據(jù)。

1 實驗方法

1.1 不同濃度樣品的制備

試驗原料為2013年3月采自青海昆侖堿業(yè)有限公司純堿生產(chǎn)現(xiàn)場的蒸氨廢液。將一定量的蒸氨廢液放入三口燒瓶中，用電熱套加熱蒸發(fā)，三口燒瓶中插入溫度計測量沸點，蒸出的水蒸氣用冷凝管冷凝收集于燒杯中。當蒸發(fā)水量達到一定值后停止加熱，冷卻后放入恒溫槽在20℃平衡一段時間，再以抽濾的方式進行固液分離，分別測定液相和固相的物性參數(shù)。液相經(jīng)計量后再放入三口燒瓶中繼續(xù)進行加熱蒸發(fā)，多次重復上述步驟。

1.2 液相化學組成測定方法

根據(jù)實際生產(chǎn)需求，實驗中主要測定蒸氨廢液中的Ca2+、Mg2+、Na+、NH4+、Cl-、SO42-、CO32-、OH-等組分的濃度。采用EDTA法測定Ca2+、Mg2+，甲醛法測定NH4+，銀量法測定Cl-，重量法測定SO42-，綜合法測定CO32-、OH-［5］，火焰光度法測定Na+。

1.3 密度、黏度、pH的測定

采用波美比重計測定密度；采用NDJ-5S型旋轉(zhuǎn)黏度計測定黏度；采用PB-10型pH計測定pH。

1.4 固相化學組成測定方法

稱取一定質(zhì)量抽濾后的結(jié)晶固相，加去離子水配成一定濃度的溶液，用液相化學組成測定方法檢測固相的化學組成。

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 蒸氨廢液的物化性質(zhì)參數(shù)

中鹽青海昆侖堿業(yè)有限公司純堿蒸氨廢液物化性質(zhì)參數(shù)見表1。沸點是在西寧地區(qū)（海拔2 260m）測得。由表1可知，蒸氨廢液屬無機化工領(lǐng)域高鹽高堿的氯化物性鹵水，通過蒸發(fā)濃縮可以分離出碳酸鈣、硫酸鈣、氯化鈣、氯化鈉、氫氧化鎂等無機鹽。每升溶液含鹽152.834 g，含水959.166 g，水分占86.3％。資源化利用中需要蒸發(fā)分離的水分量大，能耗高。

表1 蒸氨廢液物化性質(zhì)參數(shù)

2.2 不同濃度蒸氨廢液的物化性質(zhì)參數(shù)

不同蒸發(fā)階段得到的不同濃度蒸氨廢液的物化性質(zhì)參數(shù)見表2。由表2可知，蒸氨廢液的蒸發(fā)濃縮過程中，隨著溶液濃度的增大，黏度、密度增大，沸點升高，pH下降、堿性降低，Ca2+、Cl-濃度升高，SO42-濃度降低，Na+濃度先升后降。

表2 不同濃度蒸氨廢液的物化性質(zhì)參數(shù)

2.3 不同蒸發(fā)階段結(jié)晶固相的化學組成

不同蒸發(fā)階段結(jié)晶固相的化學組成隨液相密度的變化關(guān)系見圖1。蒸氨廢液蒸發(fā)過程中鹽的析出順序為碳酸鈣、硫酸鈣、氯化鈉、氯化鈣，其中硫酸鈣以二水硫酸鈣的形式析出，氯化鈣以六水氯化鈣的形式析出。開始蒸發(fā)至液相密度1.254 g/cm3階段主要析出固相為碳酸鈣、硫酸鈣，蒸發(fā)到液相密度為1.254 g/cm3至1.442 g/cm3階段主要析出固相為氯化鈉，蒸發(fā)至液相密度為1.442 g/cm3以上階段主要析出固相為氯化鈣。實驗組成分析中溶解固相時均存在一定量的水不容物，進一步檢測表明水不容物的主要成分為碳酸鈣。

圖1 不同蒸發(fā)階段結(jié)晶固相組成隨液相密度的變化關(guān)系

2.4 不同蒸發(fā)階段的蒸發(fā)率

蒸氨廢液不同蒸發(fā)階段的蒸發(fā)率見表3。由表3可知，蒸氨廢液的蒸發(fā)濃縮過程中前期需要蒸發(fā)大量水分。綜合不同蒸發(fā)階段結(jié)晶固相化學組成分析結(jié)果可知，蒸發(fā)率為60％時處在碳酸鈣和硫酸鈣的結(jié)晶階段，蒸發(fā)率為70％時處在氯化鈉的結(jié)晶階段，因此在自然蒸發(fā)量大的柴達木盆地，采用鹽田蒸發(fā)濃縮工藝處理蒸氨廢液能有效降低能耗。

表3 不同蒸發(fā)階段水分蒸發(fā)率

3 結(jié)論

1）蒸氨廢液在蒸發(fā)濃縮過程中，隨著溶液濃度的增大，其黏度、密度增大，沸點升高，pH下降、堿性降低，Ca2+、Cl-濃度升高，SO42-濃度降低，Na+濃度先升后降。

2）蒸氨廢液蒸發(fā)濃縮過程中，前期需要蒸發(fā)大量水分，在自然蒸發(fā)量大的地區(qū)，采用鹽田蒸發(fā)濃縮工藝能有效降低能耗。

［1］馮博博.淺談青海德令哈地區(qū)發(fā)展純堿工業(yè)的優(yōu)勢［J］.純堿工業(yè)，2011（2）：18-20.

［2］楊潤庭，張克強.我國純堿行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及市場分析［J］.純堿工業(yè)，2012（1）：9-11.

［3］大連化工研究設(shè)計院.純堿工學［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2004：396-399.

［4］王樹軒，鄧良明.高海拔地區(qū)純堿蒸氨廢液綜合利用技術(shù)研究［J］.鹽業(yè)與化工，2007，36（6）：12-13.

［5］中國科學院青海鹽湖研究所分析室.鹵水和鹽的分析方法［M］.北京：科學出版社，1988：42-72.

聯(lián)系方式：zhqwqd@126.com

Study on change law of physical-chem icalparameters in evaporation of deammoniationwaste liquor

Taking the deammoniation waste liquor of soda ash in Zhongyan Qinghai Kunlun Salt Industry Group Company Limited as the research object，liquid phase and crystalline solid samples during the differentevaporation stagesofdeammoniation waste liquorwere prepared through the heating evaporation and filtration separationmethods.The sampleswere also tested and analyzed so as to study the change law ofphysical-chemicalparameters in the evaporation process.Results showed that the density and viscosity increased，the boiling point raised，pH decreased，Ca2+and Cl-concentrations increased，SO42-concentration decreased，and Na+concentration increased firstly and then decreased with concentration of deammoniation waste liquor increased in evaporation process；As there needs to evaporate a large amount of water in earlier stage，if the salineevaporation could beadopted in thehigh spontaneousevaporationareaenergy consumption could beeffectively reduced. Keywords：deammoniationwaste liquor；evaporation；physical-chemicalparameter

TQ028.6

A

1006-4990（2014）09-0066-02

青海省應用基礎(chǔ)研究計劃項目（2012-Z-732）。

2014-03-18

趙啟文（1968—），男，教授，主要從事化學工程專業(yè)教學和研究工作，已發(fā)表論文30篇。