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雜鹽分質資源化利用主要的技術手段包括熱法分鹽技術和膜法分鹽技術。
一、熱法分鹽技術
熱法分鹽技術涉及利用混合物中各組分在特定溶劑中的溶解度差異,或在不同溫度條件下溶解度的顯著變化,通過結晶方法實現分離。該技術的工藝原理概述如下:
1.1 冷卻熱飽和溶液結晶法
該方法通過降低溶液溫度,使溶質以晶體形式析出。適用于溶解度隨溫度升高而顯著增加的物質。工業實踐中,此法常與濃縮工藝結合使用,先濃縮溶液,再通過冷卻熱飽和溶液結晶法獲得溶質晶體。
1.2 蒸發結晶法
通過蒸發溶劑,使溶液由不飽和狀態轉變為飽和狀態,進而使過量溶質以晶體形式析出。根據溶解度曲線,可將溶質分為陡升型和緩升型。對于陡升型溶質,可采用降溫結晶法分離;對于緩升型溶質,則可采用蒸發結晶法。例如,硝酸鉀屬于陡升型,氯化鈉屬于緩升型,因此硝酸鉀可通過降溫結晶法分離,而氯化鈉則可通過蒸發結晶法分離。
1.3 結晶分鹽流程
以硫酸鈉與氯化鈉的溶解度曲線為例,Na2SO4的溶解度與溫度關系密切,可通過冷凍結晶法或蒸發濃縮熱法實現Na2SO4與NaCl的分離。
1.3.1 NaCl-Na2SO4水鹽體系相圖
顯示,蒸發結晶系統進料料液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。溶液處理過程遵循Na+//Cl-、SO42-—H2O體系相圖。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,液相點至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。
1.3.2 結晶分鹽說明
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。
二、膜法分鹽技術
膜法分鹽技術利用納濾膜的選擇透過性,實現溶液中一價鹽和二價鹽的有效分離。納濾膜的截留率大于95%的分子直徑約為1納米,因此得名“納濾膜”。其截留分子量范圍為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。納濾膜的多層疏松結構使其在高鹽度和低壓條件下仍具有較高滲透通量。由于無機鹽能通過納濾膜而透析,納濾的滲透壓遠低于反滲透,因此在保證一定膜通量的前提下,納濾過程所需的外加壓力比反滲透低得多。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過程同步進行,因此用納濾代替反滲透,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,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。
三、MVR蒸發技術
MVR蒸發技術是熱法分鹽技術的典型代表,通過溫度控制實現鹽分高~效分離,兼具節能、資源化和環保優勢。
廣東環美提供以MVR蒸發系統為依托的煤化工廢水零排放整體解決方案
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