硫酸钠型盐矿卤水中芒硝冷冻结晶过程研究

摘要

大力发展液体盐已成为当今我国制盐工业，尤其是井矿盐区制盐发展的重要课题，随着各职能部门的重视、液体盐生产工艺技术的成熟、用盐企业为降低生产成本而增加液体盐的用盐比例等方面的努力，我国液体盐生产水平、用量将会出现较大的提高。为了降低井矿盐的能耗，国家发改委鼓励发展液体盐的生产和使用。因脱除液体中的SO42-成本较高，严重影响了液体盐在两碱行业中的使用，因此，液体盐中SO42-的脱除方法是一个十分重要的问题。
　　 本文试探讨硫酸钠型卤水制碱用液体盐的生产方法，硫酸钠型卤水中硫酸钠含量在15～30g/L。而氯碱工业的生产要求纯度较高的卤水。使用脱硫后的卤水可大大节省制盐工业的能量消耗和设备投资及氯碱工业的生产成本。
　　 基于上述问题，本文对芒硝结晶过程的热力学和动力学进行了系统研究。
　　 试验使用的原料卤水为NaCl-Na2SO4-H2O体系(原料组成，wt，％；Na2SO41.75；NaCl24.17；H2O74.08)，针对0℃以下此三元体系溶解度数据的缺失，在-19～0℃范围内对芒硝的溶解度数据进行了测定，获得了该条件范围内的硫酸根浓度变化规律并提出了硫酸根溶解度的经验式，为优质液体盐的制备提供了依据。
　　 针对国内某厂家对盐矿卤水脱硫过程(芒硝结晶过程)中存在的问题，采用连续稳态法测定了芒硝在0℃以下的冷却结晶动力学参数，系统地考察了过饱和度、悬浮密度、搅拌速率等操作条件对成核速率和生长速率的影响。选用与粒度无关生长模型，对结晶动力学数据进行了回归分析，得到了芒硝结晶过程的成核速率和生长速率方程，为结晶器的设计和制造提供了理论依据。这些参数为过程的最优化和控制提供了帮助。