XSC-700樹(shù)脂吸附法提取鹽湖鹵水中硼的研究

冶學(xué)花，李永貝，鄧國(guó)萬(wàn)，王印娟

(青海鹽湖鎂業(yè)有限公司，青海 格爾木 816000)

1 前言

目前，從鹽湖鹵水中分離硼有很多方法，如酸化法、沉淀法、溶劑萃取法和離子交換法等。但酸化法[2]存在流程復(fù)雜、硼酸回收率低、提取過(guò)程中酸和其他添加劑返回母液造成對(duì)鹽湖的污染等缺點(diǎn)；沉淀法[3]一般應(yīng)用于硼質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)較高的溶液中；溶劑萃取法[4]雖然提高了硼的回收率，但其生產(chǎn)成本高且環(huán)境污染嚴(yán)重；離子交換法[5～7]是采用硼特效樹(shù)脂從液體礦中提取硼，具有流程簡(jiǎn)單、操作方便、無(wú)污染、對(duì)硼有高選擇性等特點(diǎn)。因此，離子交換吸附法是從鹽湖鹵水中分離硼最有實(shí)際應(yīng)用意義的方法。

2 實(shí)驗(yàn)部分

(1)原料與試劑。文章選用了柴達(dá)木未知地下鹵水A作為目標(biāo)鹵水；主要試劑：硝氫氧化鈉，乙二胺四乙酸二鈉，氧化鋅，氯化銨，氨水；鉻黑T，無(wú)水乙醇，甲基紅，三乙醇胺，鹽酸；XSC-700螯合樹(shù)脂等。

(2)實(shí)驗(yàn)所用儀器與試劑。BSA124S-CW型電子天平，220V-AC型萬(wàn)用電爐，HJ-3型控溫磁力攪拌器，PB-10型精密pH計(jì)等。

(3)分析方法。試驗(yàn)中采用甘露醇法測(cè)定硼。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

3.1 樹(shù)脂吸附容量的影響

取2.000 0 g經(jīng)過(guò)預(yù)處理的XSC-700樹(shù)脂，放入具塞磨口瓶中，然后加入100 mL鹵水，置于溫度為25 ℃恒溫水浴中，控制攪拌速度為100 r/min，攪拌吸附，取上清液檢測(cè)硼濃度，計(jì)算鹵水中硼的吸附容量。見(jiàn)圖1。

圖1 A鹵水吸附平衡時(shí)間的確定(25 ℃)Origin圖

由圖1可知，在選定的實(shí)驗(yàn)條件下，硼的吸附容量在1 h～4 h之間持續(xù)升高，1 h時(shí)吸附容量為1.98 mg/g，4 h時(shí)吸附容量為4.16 mg/g。4 h之后硼的吸附容量基本不受時(shí)間影響，說(shuō)明4 h時(shí)已達(dá)到吸附平衡，此時(shí)XSC-700樹(shù)脂對(duì)A鹵水中硼的吸附容量為4.17 mg/g。

3.2 攪拌速度對(duì)硼吸附量的影響

在具塞磨口瓶中放入2.000 0 g樹(shù)脂和100 mL鹵水并置于25 ℃水浴中，考察在不同攪拌速度下樹(shù)脂對(duì)硼的吸附情況。結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 攪拌速度對(duì)A鹵水硼吸附量的測(cè)定

由表1可知，在選定實(shí)驗(yàn)條件下，A鹵水的硼吸附容量基本上不受攪拌速度影響。攪拌速度分別為100 r/min、250 r/min和500 r/min時(shí)，XSC-700樹(shù)脂對(duì)A鹵水中硼的吸附容量為4.16 mg/g。為減少能耗并防止高速攪拌下XSC-700樹(shù)脂的破損，選擇攪拌速度為100 r/min時(shí)進(jìn)行以下實(shí)驗(yàn)。

3.3 pH值對(duì)硼吸附量的影響

在具塞磨口瓶中放入2.000 0 g樹(shù)脂和100 mL稀釋鹵水并置于25 ℃水浴中，控制攪拌速度為100 r/min，研究pH值對(duì)硼吸附量的影響。見(jiàn)圖2。

圖2 A鹵水硼吸附量影響Origin圖

由圖2可知，以A鹵水為原料進(jìn)行硼的吸附實(shí)驗(yàn)，XSC-700樹(shù)脂對(duì)硼的吸附在酸性條件下受pH值影響不大；在pH值大于7時(shí)，有Mg(OH)2沉淀生成，影響實(shí)驗(yàn)進(jìn)行，因此不考慮pH值大于7時(shí)的A鹵水的硼的吸附容量。在pH值為3～7時(shí)，A鹵水溶液pH值為6.80，XSC-700樹(shù)脂對(duì)A鹵水中硼的吸附容量為4.16 mg/g。

3.4 XSC-700樹(shù)脂的用量對(duì)硼吸附量的影響

在具塞磨口瓶中加入不同量的樹(shù)脂和100 mL鹵水，控制攪拌速度為100 r/min并置于25 ℃水浴中，攪拌吸附4 h。見(jiàn)圖3。

圖3 樹(shù)脂用量對(duì)A鹵水硼吸附量影響Origin圖

由圖3可知，隨著XSC-700樹(shù)脂用量的增加，XSC-700樹(shù)脂對(duì)A鹵水中硼的吸附容量呈下降趨勢(shì)。吸附率隨XSC-700樹(shù)脂量的增加而升高，當(dāng)加入的XSC-700樹(shù)脂為20 g時(shí)，吸附率達(dá)到91%。由于體積一定的A鹵水溶液中硼的含量一定，XSC-700樹(shù)脂量多，XSC-700樹(shù)脂上所帶的功能基多，且XSC-700樹(shù)脂的表面積會(huì)增大，因此，XSC-700樹(shù)脂對(duì)硼的吸附率增加，而A鹵水中硼的吸附容量隨XSC-700樹(shù)脂用量的增加而迅速降低[7-8]。

3.5 溫度對(duì)硼吸附量的影響

在具塞磨口瓶中放入2.000 0 g樹(shù)脂和100 mL鹵水并置于不同溫度水浴中，控制攪拌速度為100 r/min，在不同的溫度下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，研究溫度對(duì)硼吸附量的影響。見(jiàn)圖4。

圖4 溫度對(duì)A鹵水硼吸附量影響的Origin圖

由圖4可知，隨溫度升高，A鹵水中硼的吸附容量增加。在時(shí)間為4 h時(shí)三種溫度下均可基本達(dá)到平衡，隨溫度升高，達(dá)到平衡時(shí)間也相應(yīng)減小。25 ℃時(shí)，4 h能基本達(dá)到平衡，XSC-700樹(shù)脂對(duì)A鹵水中硼的吸附容量為4.16 mg/g；75 ℃時(shí)，2 h基本能達(dá)到平衡，此時(shí)，XSC-700樹(shù)脂對(duì)A鹵水中硼的吸附容量為4.16 mg/g。這是由于溫度的升高，粘度降低，硼酸根離子的擴(kuò)散速率增大，吸附量相應(yīng)增加，到平衡的時(shí)間也相應(yīng)減少。提高溫度，有利于硼的吸附，但溫度升高，能耗加大，因此，選擇溫度為50 ℃時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)[8]。

3.6 最佳變量下硼的吸附容量

由以上分析可知，XSC-700樹(shù)脂在吸附過(guò)程中，pH值對(duì)硼吸附量的影響不大，不考慮調(diào)節(jié)pH值；攪拌速度基本不影響吸附量，為減少能耗并防止高速攪拌下XSC-700樹(shù)脂的破損，控制攪拌速度為100 r/min；XSC-700樹(shù)脂在吸附中，提高溫度利于硼的吸附，但溫度升高，能耗較大，因此吸附溫度選為50 ℃；在50 ℃，吸附4 h能達(dá)到平衡，所以吸附時(shí)間取為4 h；加大XSC-700樹(shù)脂用量，硼的吸附率將會(huì)增加，而硼的吸附容量隨XSC-700樹(shù)脂增加而迅速降低，為得到較大的硼的吸附容量，XSC-700樹(shù)脂用量規(guī)定取為2.000 0 g。A鹵水在最佳度量下吸附后的細(xì)分分析結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 A鹵水在最佳變量下吸附后的組分分析結(jié)果

由表2可知，吸附后A鹵水中各元素含量比吸附前有所減少，這是由于鹵水黏度很大，XSC-700樹(shù)脂上易黏附鹵水，吸附后仍有A鹵水殘留在XSC-700樹(shù)脂表面，此外XSC-700樹(shù)脂微孔對(duì)硼以外的其他離子也有一定程度的截留作用，但這種作用不同于XSC-700樹(shù)脂功能基與硼的反應(yīng)，不會(huì)形成結(jié)合緊密的化學(xué)鍵，即基本上都是XSC-700樹(shù)脂表面的物理吸附所致，可通過(guò)去離子水淋洗去除。

4 結(jié)論

1)XSC-700樹(shù)脂對(duì)硼的吸附性較好，初始硼質(zhì)量濃度增大，吸附量相應(yīng)增加，如A鹵水的硼質(zhì)量濃度為103.24 mg/L，硼吸附容量為4.16 mg/g。

2)隨溫度升高，鹵水中硼的吸附容量增加。時(shí)間為4 h時(shí)25 ℃、50 ℃和75 ℃三種溫度下均可基本達(dá)到平衡，粘度降低，硼酸根離子的擴(kuò)散速率增大，吸附量相應(yīng)增加，達(dá)到平衡時(shí)間也相應(yīng)減少。

3)XSC-700樹(shù)脂對(duì)硼的吸附在酸性條件下受pH值影響不大，pH值>7時(shí),有Mg(OH)2沉淀生成，影響實(shí)驗(yàn)進(jìn)行，因此不考慮pH值>7時(shí)的鹵水的硼的吸附容量。pH值為3～7時(shí)，pH值對(duì)鹵水的硼吸附容量的影響不大，因此不考慮調(diào)節(jié)pH值。

4)隨著XSC-700樹(shù)脂用量增加，XSC-700樹(shù)脂對(duì)鹵水中硼的吸附容量呈下降趨勢(shì)。吸附率隨XSC-700樹(shù)脂量的增加而升高。如要提高鹵水中的提硼率，則還應(yīng)加大XSC-700樹(shù)脂的用量。