钙离子对氢氧化镁产品的影响

钙离子对氢氧化镁产品的影响

采用海水或自来水碱性物质的沉淀法制备了氢氧化镁。氢氧化镁沉淀是通过去除海水或自来水中的钙，然后添加碱性沉淀。在加入碱性物质沉淀出氢氧化镁之前,如果海水或卤水中钙离子含量太高,生成的氢氧化镁会将微溶的氢氧化钙包裹在氢氧化镁颗粒中,从而影响氢氧化镁产品的质量。膜蒸馏法淡化海水后得到的浓海水中各种化学物质的浓度将提高至原来的3倍以上,如果将浓海水直接排放,不仅造成资源的浪费,也对海洋环境造成污染。为了利用膜蒸馏法得到的浓海水制备浆状氢氧化镁,笔者对浓海水中钙离子的去除方法进行了研究。1实验部分1.1钙离子和镁离子所用海水为渤海近海海水,浓海水密度为1.1091g/cm3,钙离子浓度为0.0168mol/L,镁离子浓度为0.117mol/L。碳酸钠(分析纯)溶液:浓度为0.3mol/L。1.2钙、镁的溶度积碳酸钠法除钙原理:向含钙浓海水中加入碳酸钠溶液,使钙离子以碳酸钙的形式沉淀出来,同时尽量保证镁损失率最低。采用EDTA滴定法测定滤液中的钙、镁含量,计算钙的去除率和镁的损失率。常见钙、镁无机盐的溶度积见表1。由表1可见,碳酸镁的溶度积比碳酸钙的溶度积大,当浓海水中c(Ca2+)与c(CO2−332-)之积大于碳酸钙的溶度积时,碳酸钙便会沉淀析出,而此时浓海水中c(Mg2+)与c(CO2−332-)之积难以达到或小于碳酸镁的溶度积,碳酸镁不会沉淀析出。反应式如下:CO2−3+Ca2+⇌CaCO3⏐↓⏐(1)CΟ32-+Ca2+⇌CaCΟ3↓(1)CO2−3+Mg2+⇌MgCO3⏐↓⏐(2)CΟ32-+Μg2+⇌ΜgCΟ3↓(2)2结果与讨论2.1离心分离方式操作条件:搅拌速度为200r/min,反应温度为20～25℃,反应时间为3h,陈化时间为30h。采用抽滤和离心分离两种分离方式,分离方式对钙去除率的影响见图1。离心时离心速度为5000r/min,离心时间为30min;抽滤时采用孔径为0.45μm的微孔滤纸。由图1可知,抽滤比离心的效果要好。这是因为在抽滤过程中,随着滤饼的形成,过滤孔径变小,分离效果变好,因此选择抽滤的分离方式。2.2碳酸钠加入量的影响操作条件:搅拌速度为200r/min,反应温度为20～25℃,反应时间为3h,陈化时间为30h,采用抽滤分离。碳酸钠加入量对钙去除率和镁损失率的影响见图2。由图2看出,随着碳酸钠加入量的增加,钙的去除率增加,当碳酸钠与钙离子的物质的量比达到1.3以后,钙去除率增加缓慢;镁的损失率随碳酸钠加入量的增加而增大,当碳酸钠与钙离子的物质的量比小于1.3时,镁的损失率小于6%。随着碳酸钠加入量的增加,浓海水中钙离子浓度逐渐减小,c(Ca2+)与c(CO2−332-)之积已不能达到碳酸钙的溶度积,碳酸钙只有少量沉淀析出;而此时溶液中镁离子浓度降低很小,c(Mg2+)与c(CO2−332-)之积慢慢接近或达到碳酸镁的溶度积,生成碳酸镁沉淀,造成镁离子损失率增加。由图2可知,选择碳酸钠与钙离子物质的量比为1.3,即碳酸钠加入量为理论量的1.3倍。2.3现场搅拌速度的影响操作条件:碳酸钠加入量为理论量的1.3倍,反应温度为20～25℃,反应时间为4h,陈化时间为30h,采用抽滤分离。搅拌速度对钙去除率和镁损失率的影响见图3。由图3可见,随着搅拌速度的增加,镁的损失率稍有降低,由8.71%下降至8.12%,钙的去除率增长较快,从54.2%上升至62.6%;当搅拌速度高于200r/min时,钙的去除率增加缓慢,因此可选择搅拌速度为200r/min。2.4陈化时间及时间对钙去除率和镁损失率的影响操作条件:碳酸钠加入量为理论量的1.3倍,反应温度20～25℃,搅拌转速为200r/min,反应时间为4h,采用抽滤分离。陈化时间(18h以上)对钙去除率和镁损失率的影响见图4。由图4看出,陈化时间越长,反应(1)进行得越彻底,随着陈化时间的延长,钙去除率由42.65%上升至62.62%。根据平衡移动原理,如果改变影响平衡的一个条件,平衡就向能够减弱这种改变的方向移动,也即反应(2)中必须提供一定量的CO2−332-,才能使反应向生成CaCO3的方向进行,所以,陈化24h后,镁损失率呈下降趋势,由9.23%下降至8.03%。为了保证钙离子的去除率和减小镁离子的损失率,可将陈化时间控制在48h。2.5反应时间的影响操作条件:碳酸钠加入量为理论量的1.3倍,反应温度为20～25℃,搅拌转速为200r/min,陈化时间为48h,采用抽滤分离。反应时间(1,2,3,3.5,4,4.5,5,6h)对钙去除率和镁损失率的影响见图5。由图5可见,反应开始时,钙去除率和镁损失率均随时间的延长而增大;在反应时间为4h时,钙去除率最大,为61.34%,而此时镁的损失相对较小,为8.4%,因此,可将反应时间控制在4h。3改性钙的制备碳酸钠法除钙具有工艺简单,设备投资小,易操作,生产成本低等特点。适宜工艺条件为:碳酸钠加入量为理论量的1.3倍,反应温度