煤化工高濃鹽水分質資源化利用技術(熱法分鹽和膜法分鹽)分析
前雜鹽分質資源化利用主要的技術手段為熱法分鹽和膜法分鹽。(博特研修版,網絡收集資料,版權不屬于博特環保,也不代表博特環保)
熱法分鹽
熱法分鹽是指利用混合物中各成分在同一種溶劑里溶解度的不同或在冷熱情況下溶解度顯著差異,而采用結晶方法加以分離的一種處理工藝。其工藝原理如下所示:
①冷卻熱飽和溶液結晶法
通過降低溫度的方法使溶質從溶液中以晶體的形式析出來(適用于溶解度隨溫度的升高而明顯增大的物質),一般就是指把在溫度比較高的情況下飽和的溶液將其溫度降低,使物質析出晶體的過程,稱為冷卻熱飽和溶液結晶法,簡稱冷卻熱飽和溶液法。
冷卻熱飽和溶液法是用來結晶溶質隨溫度的變化其溶解度變化較明顯的物質。工業上,此法常與濃縮聯合使用,先濃縮溶液,然后使用冷卻熱飽和溶液結晶法,得到該溶質結晶。
②蒸發結晶
蒸發溶劑,使溶液由不飽和變為飽和,繼續蒸發,過剩的溶質就會呈晶體析出,叫蒸發結晶。
可以觀察溶解度曲線,溶解度隨溫度升高而升高得很明顯時,這個溶質叫陡升型,反之叫緩升型。
當陡升型溶液中混有緩升型時,若要分離出陡升型,可以用降溫結晶的方法分離,若要分離出緩升型的溶質,可以用蒸發結晶的方法。
如硝酸鉀就屬于陡升型,氯化鈉屬于緩升型,所以可以用蒸發結晶來分離出氯化鈉,也可以用降溫結晶分離出硝酸鉀。
綜上所述,“冷卻熱飽和溶液結晶法”適用于溶解度隨溫度的升高而明顯增大的物質。“蒸發溶劑結晶法”適合溶解度隨溫度變化不大的物質。
③結晶分鹽流程
分鹽結晶硫酸鈉與氯化鈉溶解度曲線如下:
可以看出Na2SO4的溶解度與溫度關系密切,可通過冷凍結晶的方法實現Na2SO4與NaCl 分離,也可以通過蒸發濃縮熱法實現分別結晶分離。
A. NaCL-Na2SO4水鹽體系相圖
蒸發結晶系統進料料液中主要成分為氯化鈉和硫酸鈉,硝酸鈉含量較低初步處理過程中以雜質對待,溶液處理過程以遵從Na+//Cl-、SO42-—H2O體系相圖為主。
NBC為120度時硫酸鈉和氯化鈉的混鹽飽和溶解度曲線,其中BCE為硫酸鈉結晶區,ABE為硫酸鈉和氯化鈉混鹽結晶區,ABN為氯化鈉結晶區。
MHF為70度時硫酸鈉和氯化鈉的混鹽飽和溶解度曲線,其中HFE為硫酸鈉結晶區,AHE為硫酸鈉和氯化鈉混鹽結晶區,AHM為氯化鈉結晶區。
系統點P首先進入硫酸鈉結晶區,控制蒸發終點濃度不超過Q點,結晶析出硫酸鈉,液相點到B點。B點降溫至-5℃,結晶析出十水硫酸鈉和兩水氯化鈉混鹽,液相點至R點,再蒸發濃縮進入ABN氯化鈉結晶區,析出氯化鈉,控制蒸發終點濃度不超過T點。
B.結晶分鹽說明
最高溫度約110~120℃,氯化鈉和硫酸鈉共飽和濃度分別為25.9%和4.4%(也即母液濃度)。蒸發的過程中溶液處于硫酸鈉析出區,析出純度較高的硫酸鈉單鹽,氯化鈉不析出。
冷卻結晶段:采用冷卻換熱的方法使蒸發段母液降溫(-2~-5℃),氯化鈉和硫酸鈉共飽和濃度分別為25.1%和0.6%(也即冷卻母液濃度),冷凍過程中溶液處于NaCl•2H2O和Na2SO4•10H2O的共飽和區,兩種固體同時析出,產出混鹽返回蒸發段原料罐形成局部循環。同時調整母液中硫酸鈉和氯化鈉的含量,使其通過蒸發能夠進入氯化鈉的結晶區。
氯化鈉蒸發段:從冷卻結晶段過來的母液溶液以氯化鈉為主,對之進行低溫蒸發,溶液首先處于氯化鈉的飽和區,析出為氯化鈉,隨著蒸發的進行,硫酸鈉和硝酸鈉濃度逐漸提高,蒸發至一定程度后硫酸鈉開始析出,當硝酸鈉濃度提升至49%后三者共同析出。通過對本段蒸發殘液量的控制,可以得到較為純凈的氯化鈉,剩余殘液另行處理。
膜法分鹽
膜法分鹽是指利用納濾膜的選擇透過性從而實現溶液中一價鹽和二價鹽有效分離的一種處理工藝。納濾膜是八十年代初期由美國科學家研究發明的一種薄層復合膜,由于這種膜在滲透過程中截留率大于95%的分子直徑約為1納米,因而它被命名為“納濾膜”。納濾膜的截留分子量從200-1000,能使90%以上的NaCl透析,適用于脫鹽、脫單糖、濃縮等多種工藝。膜結構絕大多數是多層疏松結構,即使在高鹽度和低壓條件下也具有較高滲透通量,因為無機鹽能通過納濾膜而透析,使得納濾的滲透壓遠比反滲透低,這樣,在保證一定的膜通量的前提下,納濾過程所需的外加壓力比反滲透低得多。而在同等壓力下,納濾的膜通量則比反滲透大得多。此外,納濾能使特種濃縮分離設備與脫鹽的過程同步進行,所以用納濾代替反滲透,濃縮過程能有效快速地進行,并達到較大的濃縮倍數。由于具備以上特點,使得納濾膜可以同時進行脫鹽和濃縮,并具有相當快的處理速度。用納濾對不同粒徑的無機鹽進行分離具有常溫無破壞、低成本、收率高的特點。納濾膜能有效脫除高濃鹽水中的有機物和二價鹽,能使90%以上的氯化鈉透析,同時富集大量硫酸根的濃液可以采取熱法析硝或冷凍析硝工藝結晶出高純度的十水硫酸鈉。
兩種分鹽工藝各有優劣。一般而言,熱法分鹽工藝投資略低,運行費用低,最終產品鹽純度受來料影響明顯,在高含鹽量條件下,鹽的溶解度會受到其他離子影響,從而改變溶解度,甚至形成較難析出的共混鹽,從而降低硫酸鈉、氯化鈉的純度和產量。氯化鈉結晶鹽純度可能達不到GB/T5462-2015 《工業鹽》標準中的精制工業鹽一級品標準,硫酸鈉結晶鹽純度可能達不到GB/T6009-2014《工業無水硫酸鈉》Ⅰ類一等品標準;而膜法分鹽工藝投資略高,運行費用較高,但結晶鹽純度能達到以上兩個標準要求。
對于煤化工高濃鹽水分質資源化利用,膜法分鹽表現出一定的優越性,如有機物截留、分鹽徹底等,但也存在著納濾膜性能衰減快、回收率低等一系列問題,即隨著運行時間的推移,納濾膜分鹽效果會變差。因而如何保證納濾膜的性能和回收率穩定是當前的技術難點。
博特環保專業從事廢水零排放及多鹽分廢水脫鹽回用及分鹽增值回收,詳情可以聯系王工,電話:18032770368;13073104478(微信同號) QQ:2240388747