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盐水精制是氯碱工业离子膜电解工艺的核心之一。盐水中的硅杂质在电解过程中形成硅酸盐或硅酸铝盐沉淀,沉积在离子膜表面,对膜造成物理性损坏,降低电流效率,因此必须严格控制盐水中硅的含量。本文针对盐水中微量硅去除的问题,在分析盐水中硅的存在形式以及除硅剂精选的基础上,选择合适的化学絮凝沉淀剂,并与陶瓷膜分离耦合研究钙、镁和硅脱除工艺,为开发一种高效、经济、实用的深度盐水精制工艺提供依据。主要研究进展如下: 首先,分析了原卤中微量硅的存在形式,考察了不同金属氧化物的除硅效果,优选除硅剂,并确定金属氧化物除硅的最优条件。结果表明:MgO由于其本身比表面积大,同时水化过程中形成复杂的带正电荷的Mg(OH)2的胶体分子,易与溶液中带负电荷的硅酸根通过电荷中和架桥作用将SiO2絮凝沉降,除硅效果优于CaO,但MgO在除硅的同时会增加盐水Mg2+含量,导致盐水精制过程中需增加除镁剂的用量。优化的除硅条件为温度30℃、MgO的投加量为3.5 g/L,在搅拌速度为250 r/min下反应120 min自然沉降60 min后,SiO2去除率达91.6%,原卤中SiO2含量由4.58 mg/L降至0.38 mg/L。 其次,采用MgCl2·6H2O作为除硅剂,考察除硅剂用量、反应时间等对原卤中SiO2去除效果的影响。结果表明:SiO2的去除率随着pH值的升高呈先增大后降低的趋势,pH为11.2时,SiO2的去除效果最好;选用NaOH作为pH值调节剂时,不会增加溶液的硬度,并且除硅效果优于Ca(OH)2; SiO2的去除率随着MgCl2·6H2O投加量的增加而增大;Mg(OH)2的沉淀反应为瞬时反应,反应时间对SiO2的去除率影响较小;搅拌速率越大,SiO2的去除率越大,但过高的搅拌速率会使Mg(OH)2沉淀由疏松的团聚态破坏为粒径更小的片状颗粒,增大后续过滤滤饼比阻;提高反应温度,SiO2的去除率降低。优化的除硅条件为温度30℃、MgCl2·6H2O的投加量为850 mg/L,采用NaOH调节pH值为11.2,在搅拌速度为200 r/min下反应30 min,自然沉降30 min后,SiO2的去除率达92.6%,原卤中SiO2含量由4.58 mg/L降至0.34 mg/L。 最后,对MgCl2·6H2O除硅后的澄清液进行钙镁沉淀反应,考察化学反应耦合陶瓷膜分离的性能。结果表明:在自然沉降过程中,颗粒极易团聚使得体系内颗粒粒径分布变宽,缩短沉降时间。平均孔径为50nm陶瓷膜过滤盐水悬浊液过程中,通量衰减率最低,膜污染最轻。TMP越大,初始通量越大,稳态通量也越大,但通量衰减率也相应增大。对膜污染进行阻力分析,可逆阻力Re增大是污染阻力Rfc随压力增大的主要原因。CFV越大,膜管内流体的剪切力随之增大,拟稳态通量增大;通量衰减率减小。CFV对Mg2+和SiO2的去除率影响不明显,但溶液中游离的Ca2+在高流速的作用下透过膜孔进入渗透侧,使得渗透侧Ca2+浓度升高。污染后的陶瓷膜表面覆盖厚度约为7μm的CaCO3滤饼污染,且无渗透到膜孔内的现象。简单的酸洗能够很好地恢复膜通量,清洗重复性良好。采用耦合工艺后,原卤中SiO2的去除率约为93.4%,此时原卤中的Ca2+含量在4 mg/L以下,Mg2+含量低于0.5 mg/L,符合一次盐水精制标准。