降低鹽湖水氯鎂石溶液中硫酸根含量的試驗(yàn)研究

魏萬林

(青海鹽湖鎂業(yè)有限公司,青海 格爾木 816000)

1 前言

通過自然蒸發(fā)結(jié)晶的水氯鎂石礦物中含有硫酸根及其它雜質(zhì)，這些雜質(zhì)直接影響后續(xù)的加工利用，尤其是對電解法生產(chǎn)金屬鎂所需的無水氯化鎂顆粒料影響尤為突出，很容易造成電極鈍化，電解能耗大大增加，則必須對老鹵進(jìn)行前期精制處理。水氯鎂石形成主要靠鹽田自然蒸發(fā)，其鹵水源是鹽湖提鉀后的高鎂尾液，在結(jié)晶過程中部分硫酸根以硫酸鹽形式存在于晶體和母液當(dāng)中，采挖運(yùn)輸過程中盡管采取了有效的方式，依然有一部分夾帶至水氯鎂石礦物中，對后續(xù)凈化提純過程中降低硫酸根含量至20 mg/kg造成了很大困難。文章就如何利用有效方式降低其中的硫酸根，滿足凈化后水氯鎂石溶液中硫酸根低于20 mg/kg的要求進(jìn)行了試驗(yàn)研究。

2 實(shí)驗(yàn)原理

3 水氯鎂石溶液的成分分析

3.1 水氯鎂石溶液中陽離子及硫酸根的含量

在水氯鎂石礦堆按照固體取樣標(biāo)準(zhǔn)在不同的部位采取三個試驗(yàn)樣品，分別編號為1#、2#、3#，配制成濃度為33%的溶液，用ICP檢測主要化學(xué)元素的濃度，并根據(jù)檢測的各元素的濃度計算了原鹽中主要陽離子的含量，詳細(xì)數(shù)據(jù)見表1。

表1 水氯鎂石中陽離子含量檢測數(shù)據(jù)表Tab.1 Data sheet for determination of cation content in bischofite

從表1中看出，在濃度約33%的氯化鎂溶液中，F(xiàn)e的含量<1 mg/kg，Al的含量<2 mg/kg，硅的含量在10 mg/kg左右，但從化鹽到反應(yīng)和儲存的碳鋼設(shè)備都必須做內(nèi)防腐處理，防止過程中帶入Fe元素。

另取部分溶液加入過量的氯化鋇使硫酸根沉淀，再用0.45 μm濾膜過濾出沉淀物，洗滌、烘干、稱重，根據(jù)重量法檢測硫酸根在溶液中的含量，數(shù)據(jù)見表2。

表2 硫酸根含量檢測數(shù)據(jù)表Tab.2 Data sheet for determination of sulfate radical content %

從表2中數(shù)據(jù)可以看出，硫酸鹽的含量在0.035%左右，即水氯鎂石溶液中硫酸根含量在350 mg/kg～1 500 mg/kg。

3.2 溶液粘度測試

以硫酸根含量最大的2#溶液為進(jìn)一步試驗(yàn)對象，檢測不同溫度下的粘度。詳細(xì)數(shù)據(jù)見表3。

數(shù)據(jù)表明隨著溫度的升高，溶液粘度會降低，因此適當(dāng)提升溶液的溫度，不僅可以增大溶解度，同時可以降低溶液粘度，有利于過濾分離。

表3 飽和溶液粘度檢測數(shù)據(jù)表Tab.3 Data sheet for determination of viscosity of saturated solution

4 水氯鎂石溶液中硫酸根的去除

從表4中的數(shù)據(jù)可以看出，只要溶液中保持一定鋇離子(200 mg/kg)濃度，硫酸根的濃度都能低于20 mg/kg。

表4 加入10%氯化鋇溶液后的數(shù)據(jù)表Tab.4 Data sheet after adding 10% barium choride solution

5 膜過濾硫酸鋇

經(jīng)檢驗(yàn)分析形成的硫酸鋇的平均粒徑在1.45 μm，因此，試驗(yàn)采用錯流過濾方式的膜作為過濾設(shè)備。錯流過濾中滲透通量的計算遵循Hagen-Poiseuille方程，如式(1)所示：

(1)

式中：Q——液體的滲透流量；μ——液體的粘度；l——膜的厚度；τ——膜的孔曲折因子；n——孔徑為rp的孔數(shù)。

從方程中可以看出液體的粘度和滲透量成反比，因此，粘度的大小直接關(guān)系到過濾的速度。該試驗(yàn)采用在恒壓過濾時不同溫度條件下進(jìn)行。

利用2#樣品配置33%的水氯鎂石溶液，將進(jìn)膜壓力控制在0.3 MPa，膜面流速控制在2.5 m3/h條件下，開始的瞬時通量與溫度的具體變化趨勢，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總?cè)绫?。

表5 不同溫度下通量變化數(shù)據(jù)表Tab.5 Data sheet of flux change at different temperature

由表5可知，隨著溫度的上升，料液粘度的下降，通量出現(xiàn)明顯上升。不同溫度下膜通量變化趨勢圖如圖1。

圖1 不同溫度下膜通量變化趨勢圖Fig.1 Trend chart of membrane flux change at different temperature

6 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

1) 濃度為33%的水氯鎂石溶液中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、反應(yīng)、儲存的設(shè)備都必須做內(nèi)防腐處理，防止過程中帶入Fe元素。

2) 只要水氯鎂石溶液中保持一定鋇離子(200 mg/kg)的濃度，硫酸根的濃度都能低于20 mg/kg。

3) 料液溫度與膜的過濾通量形成正比，鑒于能耗、設(shè)備選型、運(yùn)行成本等因素，最佳過濾溫度宜在60 ℃±5 ℃。