电渗析法精制碱卤母液研究

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1、电渗析法精制碱卤母液研究1解利昕赵欣刘杰李凭力（天津大学化工学院化学工程研究所、化学工程联合国家重点实验室（天津大学）天津市膜科学与海水淡化技术重点实验室，天津300072）2--摘要：本文利用电渗析法选择性去除天然碱矿制纯碱过程中碱卤母液中的SO4，Cl,以减少母液的排放,提高纯碱的产量。分别考察了膜对电压，浓、淡水流量，，淡室初始浓度比，极水浓度，等参数变化对于离子透过量及选择透过比的影响。得出优化条件。关键字：电渗析；纯碱；天然碱；离子交换膜纯碱（Na2CO3）是一种重要的工业基础原料，在建材、轻工、化工、冶金、纺织等诸多工

2、业领域和以及日常生活中发挥重要作用。品质优、储量大的天然碱矿床的不断发现使得天然碱生产纯碱这种成本低、经济效益高的方法成为纯碱生产的重要手段。在天然碱的制备过程中需对Na2CO3–NaCl-Na2SO4-H2O天然碱液的四元体系在35.4－109℃范围内进行蒸发浓缩以结晶析出Na2CO3•H2O。为保证蒸发结晶过程溶液固相点始终位于Na2CO3·H2O结晶区内中，利于生成Na2CO3·H2O晶体及最终产品的纯度，必须进行母液排放以去除结晶过程中[1-3]2--Na2SO4、NaCl等杂质。而母液中含有较高的CO3及HCO3，其排放

3、造成大量浪费。本文[4]2--拟利用电渗析的方法，有选择性的降低母液中的SO4及Cl含量，以达到母液循环利用，减少母液排放量，提高经济效益的目的。系统的考察了膜对电压，浓、淡水流量，，淡室初2--2--始浓度比等参数变化对于SO4与Cl的去除量和CO3及HCO3损失量的影响。1试验装置及流程图1电渗析装置图1作者简介：解利昕（1964－）男，博士，研究员，主要从事膜技术、水处理及海水淡化方面的研究Fig.1Schematicdiagramofelectrodialysisprocess1.1实验装置试剂实验装置如图1所示。其中电渗

4、析为一级一段，浓、淡室水并流，使用无回流隔板，离3-+子交换膜为聚乙烯异相膜，其阳膜含R-SO强酸性基团，阴膜含R-SH2N(CH3)3强碱性基团。Na2SO4；NaCl；Na2CO3；NaHCO3（均为分析纯）。1.2实验流程试验在室温下连续操作，实验开始前在淡、浓室中分别加入一定浓度的模拟碱卤母液和去离子水，阴、阳极室加入一定浓度的15L/h，0.05mol/LNaNO3溶液各自形成循环流动。待稳定后接通电源开始实验。记录过程中的膜对电压、电流以及浓、淡室溶液的电导率和体积变化，每15分钟取60ml浓室水样分析。2.结果与讨论

5、2.1膜对电压对于离子迁移量及选择透过比的影响-1-1淡室Na2CO3与NaHCO3：0.125mol·L，Na2SO4与NaCl：0.0625mol·L，浓、淡水流量均-1为15L·h的条件下考察了0.5v、1v、1.5v膜对电压对离子迁移量及选择透过比的影响。0.080.080.5v0.5v-0.07CO2-0.07HCO1v31v30.061.5v1.5v)0.06)0.050.05mol/L(0.04(mol/L0.040.030.03离子浓度0.02离子浓度0.020.010.010.000.00010203040506

6、07080900102030405060708090时间(min)时间(min)0.080.080.5V0.5v2-0.07Cl-0.07so1V1v40.061.5V0.061.5v))0.050.05mol/Lmol/L0.04(0.040.030.03离子浓度(0.02离子浓度0.020.010.010.000.0001020304050607080900102030405060708090时间(min)时间(min)图2：不同电压下各离子的迁移量随时间变化关系Fig.2Variationsofvolumeoftheions

7、transportwithtimeatdifferentmembranespotentialsintheexperiment由图2可见随时间的增长浓室各离子浓度均呈近似线性增长关系，后期斜率有所下降，而随着膜对电压的增加各离子浓度即迁移量均有所提高。由于所加料液的浓度一致，因此体系电阻基本不变。电压增大，电流随之增大，离子迁移推动力加大，表现在电荷的迁移量也就随之增多。2.02.01.80.5V1.80.5V1.0V1.0V1.61.5V1.61.5V1.41.41.21.21.01.00.80.8选择透过比选择透过比0.60.6

8、0.40.40.20.20.00.001020304050607080900102030405060708090时间(min)时间(min)-2--2-2--aCl/[1/2(CO3+HCO3)]bSO4/[1/2(CO3+HCO3)]图3：不同电