離子交換法從鹽湖鹵水中分離富集硼的工藝及應(yīng)用基礎(chǔ)研究.pdf

1、硼及硼化合物有著廣泛的用途，目前國(guó)內(nèi)制取硼酸的主要原料為硼鎂石，近年來(lái)，硼鎂石資源日益枯竭，而我國(guó)很多的鹽湖鹵水硼資源豐富，具有重要的開發(fā)價(jià)值，同時(shí)對(duì)于鹵水中回收鎂制備高品質(zhì)的鎂質(zhì)化工產(chǎn)品時(shí)，硼是有害的，需要把硼分離出來(lái)，如果在分離的過程中能夠同時(shí)富集硼，可達(dá)到鹵水資源綜合利用的目的。
　　本文采用離子交換法研究從鹽湖鹵水中分離富集硼。首先研究了幾種樹脂如D403、D564、XSC-700等在模擬鹵水溶液中對(duì)硼的吸附性、解吸性、選

2、擇性以及各樹脂的穩(wěn)定性等性能，結(jié)果表明D403、D564、XSC-700在適宜的條件下最大吸附量分別為6.6、7.1、7.31mg·mL-1;Mg2+、K+、Na+、Li+等金屬離子對(duì)D403、D564、XSC-700樹脂吸附硼的影響較小;去離子水很難將吸附在樹脂上的硼水洗下來(lái)，水洗液中的硼是通過表面吸附粘附在樹脂上的，而去離子水很容易將吸附在樹脂上的Mg2+、K+、Na+、Li+等離子洗下來(lái);酸溶液有利于解吸反應(yīng)的進(jìn)行，在適宜的條件下

3、，鹽酸和硫酸溶液對(duì)硼的解吸率均大于95％。三種樹脂比較而言，XSC-700在適宜的條件下比D403、D564樹脂對(duì)溶液中的硼的吸附能力強(qiáng)，選擇性最佳，且機(jī)械、化學(xué)、熱穩(wěn)定性較好。
　　采用靜態(tài)吸附法考察了XSC-700樹脂在羅布泊鹽湖鹵水中對(duì)硼離子的吸附、解吸、轉(zhuǎn)型等性能。結(jié)果表明，XSC-700樹脂能適應(yīng)原料的性質(zhì)，能夠有效地提取硼，吸附能力較大，樹脂對(duì)硼離子具有優(yōu)良的選擇吸附性，對(duì)其它離子吸附較少，工藝簡(jiǎn)單方便、不帶入二次污染

4、;XSC-700在適宜條件下最大吸附量為6.16mg·mL-1，吸附完后用去離子水水洗負(fù)載樹脂，可以有效分離硼與鹵水中的其它離子，對(duì)后續(xù)制備硼酸有著重要的意義。
　　對(duì)XSC-700在鹽湖鹵水中的硼的吸附過程進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)研究。結(jié)果表明，XSC-700樹脂對(duì)鹵水中硼的吸附交換過程符合準(zhǔn)二級(jí)吸附交換動(dòng)力學(xué)過程。隨著溫度的升高，反應(yīng)速率有所增大，計(jì)算出反應(yīng)活化能為6.527kJ/mol。吸附過程符合Langmuir吸附等溫式和F

5、reundich吸附等溫式，且更符合前者;采用熱力學(xué)公式計(jì)算吸附過程的△G、△S和△H，結(jié)果可知吸附自由能△G小于零，且隨著溫度的升高，△G的絕對(duì)值增大，說明XSC-700樹脂對(duì)硼的吸附反應(yīng)可自發(fā)進(jìn)行，但同時(shí)可以看出△G絕對(duì)值增加得不是很大，因此雖然升高溫度有利于硼的吸附，但影響不是很大;焓變△H大于零，說明樹脂吸附硼為吸熱反應(yīng);熵變△S大于零，說明吸附是一個(gè)熵增加的過程。
　　采用動(dòng)態(tài)吸附法考察XSC-700樹脂在鹵水中對(duì)硼離子

6、的吸附性能、解吸性能、轉(zhuǎn)型性能等。結(jié)果表明，溶液中硼離子濃度、流速、樹脂體積等對(duì)穿透曲線都有影響，樹脂動(dòng)態(tài)吸附硼的適宜條件為樹脂用量100mL，流速1.5mL·min-1，鹵水中初始硼濃度370～620mg·L-1;采用0.5mol·L-1的鹽酸對(duì)樹脂進(jìn)行動(dòng)態(tài)解吸，結(jié)果表明流速越低，解吸峰越窄、越高，解吸效果越好，解吸越充分徹底，但解吸時(shí)間越長(zhǎng)，工作效率降低，動(dòng)態(tài)解吸的適宜條件為解吸流速5～10mL·min-1，耗酸量120～140mL

7、，解吸時(shí)間14～24min;解吸后用200mL水量可將樹脂洗至弱酸性至中性;用0.5mol·L-1的氫氧化鈉對(duì)樹脂進(jìn)行動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)型，結(jié)果表明轉(zhuǎn)型的適宜條件為流速4mL·min-1，耗堿量40mL以上;轉(zhuǎn)型后用200mL水量可將樹脂洗至弱堿性至中性。
　　當(dāng)樹脂用量擴(kuò)大到2000mL時(shí)，結(jié)果表明，吸附的較佳實(shí)驗(yàn)條件為:流速120mL·min-1，所能處理的鹵水體積8000mL左右;吸附后用3600～4000mL去離子水淋洗樹脂就基本上可

8、以把樹脂吸附的各種離子水洗下來(lái);用2800mL0.5mol·L-1的鹽酸對(duì)樹脂進(jìn)行解吸，較佳流速為160mL·min-1;當(dāng)流出液體積為4000mL左右時(shí)能夠?qū)渲粗寥跛嵝?用800mL0.5mol·L-1的氫氧化鈉對(duì)樹脂進(jìn)行轉(zhuǎn)型，較佳流速為80mL·min-1;當(dāng)水洗量為4000mL能夠?qū)渲瑢又袣堄嗟膲A液洗滌下來(lái)以免其會(huì)與后續(xù)吸附過程中鹵水中的Mg2+發(fā)生反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)室擴(kuò)大循環(huán)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，XSC-700在擴(kuò)大生產(chǎn)中具有較好的循環(huán)工

9、作性能，樹脂未采用轉(zhuǎn)型處理工序的循環(huán)實(shí)驗(yàn)結(jié)果中的吸附率比采用轉(zhuǎn)型處理工序的循環(huán)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的吸附率稍低，但基本都能穩(wěn)定在95％左右，然而，樹脂未采用轉(zhuǎn)型處理工序過程中硼的水洗率較大，樹脂采用轉(zhuǎn)型處理工序過程中硼的水洗率較小。
　　根據(jù)實(shí)驗(yàn)室擴(kuò)大試驗(yàn)的結(jié)果確定的中試的工藝參數(shù)，每天進(jìn)行10次循環(huán)，每次處理5.68m3鹵水，所需樹脂為1.3噸;吸附流速（逆流）為5.68m3·h-1，吸附時(shí)間為60min;采用0.5mol·L-1的鹽酸2.

10、112m3對(duì)負(fù)載樹脂進(jìn)行解吸，流速為6.336m3·h-1，解吸時(shí)間為20min;采用0.5mol·L-1的氫氧化鈉0.5952m3對(duì)樹脂進(jìn)行轉(zhuǎn)型，流速（逆流）為3.5712m3·h-1，轉(zhuǎn)型時(shí)間為10min;每次吸附、解吸、轉(zhuǎn)型后分兩次水洗，每次的水洗量為1.448m3，流速（順流）均為29.76m3·h-1，水洗時(shí)間均為3min。在此條件下的中試試驗(yàn)循環(huán)實(shí)驗(yàn)結(jié)果中無(wú)論是未轉(zhuǎn)型后的還是轉(zhuǎn)型后的樹脂的吸附率和解吸率均基本保持穩(wěn)定，充分說