蒸氨废液蒸发过程物性参数变化规律研究*

赵启文，屠兰英，郭祖鹏，林泽中

（青海大学化工学院，青海 西宁 810016）

蒸氨废液蒸发过程物性参数变化规律研究*

赵启文，屠兰英，郭祖鹏，林泽中

（青海大学化工学院，青海 西宁 810016）

以中盐青海昆仑碱业有限公司的纯碱蒸氨废液为研究对象，采用加热蒸发、过滤分离的方法制取了蒸氨废液不同蒸发阶段的液相和结晶固相试样，并进行检测分析，研究蒸氨废液蒸发过程物性参数的变化规律。结果表明：蒸氨废液在蒸发过程中，随着浓度的升高其密度、黏度增大，沸点升高，pH降低，钙离子、氯离子浓度增大，硫酸根浓度降低，钠离子浓度先升后降；前期需要蒸发大量水分，在自然蒸发量大的地区，采用盐田蒸发浓缩工艺能有效降低能耗。

蒸氨废液；蒸发；物性参数

青海凭借柴达木盆地丰富的氯化钠和石灰石资源大力发展纯碱产业，已建成180万t/a（青海碱业有限公司）、150万t/a（中盐青海昆仑碱业有限公司）、110万t/a（青海五彩碱业有限公司）大型氨碱法纯碱生产装置［1-2］，在产生良好的经济效益的同时还会排放4 000万～5 000万m3/a的蒸氨废液。目前蒸氨废液主要通过建设大型废液库存放，对周边原本脆弱的生态环境造成严重威胁。蒸氨废液中含量较高的有用成分为CaCl2和NaCl。国内外纯碱厂对蒸氨废液传统的处理方法多采用达标排放［3］，若按每年排放4 000万m3的蒸氨废液量计算，相当于每年废弃了近400万t氯化钙和160万t以上的氯化钠［4］，将会严重污染环境同时造成大量的资源浪费。因此，如何综合利用蒸氨废液是制约纯碱行业发展的瓶颈问题之一。而目前蒸氨废液资源化利用都要经过蒸发浓缩过程，笔者进行蒸氨废液蒸发过程物性参数的变化规律研究，为实际生产提供基础理论数据。

1 实验方法

1.1 不同浓度样品的制备

试验原料为2013年3月采自青海昆仑碱业有限公司纯碱生产现场的蒸氨废液。将一定量的蒸氨废液放入三口烧瓶中，用电热套加热蒸发，三口烧瓶中插入温度计测量沸点，蒸出的水蒸气用冷凝管冷凝收集于烧杯中。当蒸发水量达到一定值后停止加热，冷却后放入恒温槽在20℃平衡一段时间，再以抽滤的方式进行固液分离，分别测定液相和固相的物性参数。液相经计量后再放入三口烧瓶中继续进行加热蒸发，多次重复上述步骤。

1.2 液相化学组成测定方法

根据实际生产需求，实验中主要测定蒸氨废液中的Ca2+、Mg2+、Na+、NH4+、Cl-、SO42-、CO32-、OH-等组分的浓度。采用EDTA法测定Ca2+、Mg2+，甲醛法测定NH4+，银量法测定Cl-，重量法测定SO42-，综合法测定CO32-、OH-［5］，火焰光度法测定Na+。

1.3 密度、黏度、pH的测定

采用波美比重计测定密度；采用NDJ-5S型旋转黏度计测定黏度；采用PB-10型pH计测定pH。

1.4 固相化学组成测定方法

称取一定质量抽滤后的结晶固相，加去离子水配成一定浓度的溶液，用液相化学组成测定方法检测固相的化学组成。

2 实验结果与讨论

2.1 蒸氨废液的物化性质参数

中盐青海昆仑碱业有限公司纯碱蒸氨废液物化性质参数见表1。沸点是在西宁地区（海拔2 260m）测得。由表1可知，蒸氨废液属无机化工领域高盐高碱的氯化物性卤水，通过蒸发浓缩可以分离出碳酸钙、硫酸钙、氯化钙、氯化钠、氢氧化镁等无机盐。每升溶液含盐152.834 g，含水959.166 g，水分占86.3％。资源化利用中需要蒸发分离的水分量大，能耗高。

表1 蒸氨废液物化性质参数

2.2 不同浓度蒸氨废液的物化性质参数

不同蒸发阶段得到的不同浓度蒸氨废液的物化性质参数见表2。由表2可知，蒸氨废液的蒸发浓缩过程中，随着溶液浓度的增大，黏度、密度增大，沸点升高，pH下降、碱性降低，Ca2+、Cl-浓度升高，SO42-浓度降低，Na+浓度先升后降。

表2 不同浓度蒸氨废液的物化性质参数

2.3 不同蒸发阶段结晶固相的化学组成

不同蒸发阶段结晶固相的化学组成随液相密度的变化关系见图1。蒸氨废液蒸发过程中盐的析出顺序为碳酸钙、硫酸钙、氯化钠、氯化钙，其中硫酸钙以二水硫酸钙的形式析出，氯化钙以六水氯化钙的形式析出。开始蒸发至液相密度1.254 g/cm3阶段主要析出固相为碳酸钙、硫酸钙，蒸发到液相密度为1.254 g/cm3至1.442 g/cm3阶段主要析出固相为氯化钠，蒸发至液相密度为1.442 g/cm3以上阶段主要析出固相为氯化钙。实验组成分析中溶解固相时均存在一定量的水不容物，进一步检测表明水不容物的主要成分为碳酸钙。

图1 不同蒸发阶段结晶固相组成随液相密度的变化关系

2.4 不同蒸发阶段的蒸发率

蒸氨废液不同蒸发阶段的蒸发率见表3。由表3可知，蒸氨废液的蒸发浓缩过程中前期需要蒸发大量水分。综合不同蒸发阶段结晶固相化学组成分析结果可知，蒸发率为60％时处在碳酸钙和硫酸钙的结晶阶段，蒸发率为70％时处在氯化钠的结晶阶段，因此在自然蒸发量大的柴达木盆地，采用盐田蒸发浓缩工艺处理蒸氨废液能有效降低能耗。

表3 不同蒸发阶段水分蒸发率

3 结论

1）蒸氨废液在蒸发浓缩过程中，随着溶液浓度的增大，其黏度、密度增大，沸点升高，pH下降、碱性降低，Ca2+、Cl-浓度升高，SO42-浓度降低，Na+浓度先升后降。

2）蒸氨废液蒸发浓缩过程中，前期需要蒸发大量水分，在自然蒸发量大的地区，采用盐田蒸发浓缩工艺能有效降低能耗。

［1］冯博博.浅谈青海德令哈地区发展纯碱工业的优势［J］.纯碱工业，2011（2）：18-20.

［2］杨润庭，张克强.我国纯碱行业发展现状及市场分析［J］.纯碱工业，2012（1）：9-11.

［3］大连化工研究设计院.纯碱工学［M］.北京：化学工业出版社，2004：396-399.

［4］王树轩，邓良明.高海拔地区纯碱蒸氨废液综合利用技术研究［J］.盐业与化工，2007，36（6）：12-13.

［5］中国科学院青海盐湖研究所分析室.卤水和盐的分析方法［M］.北京：科学出版社，1988：42-72.

联系方式：zhqwqd@126.com

Study on change law of physical-chem icalparameters in evaporation of deammoniationwaste liquor

Taking the deammoniation waste liquor of soda ash in Zhongyan Qinghai Kunlun Salt Industry Group Company Limited as the research object，liquid phase and crystalline solid samples during the differentevaporation stagesofdeammoniation waste liquorwere prepared through the heating evaporation and filtration separationmethods.The sampleswere also tested and analyzed so as to study the change law ofphysical-chemicalparameters in the evaporation process.Results showed that the density and viscosity increased，the boiling point raised，pH decreased，Ca2+and Cl-concentrations increased，SO42-concentration decreased，and Na+concentration increased firstly and then decreased with concentration of deammoniation waste liquor increased in evaporation process；As there needs to evaporate a large amount of water in earlier stage，if the salineevaporation could beadopted in thehigh spontaneousevaporationareaenergy consumption could beeffectively reduced. Keywords：deammoniationwaste liquor；evaporation；physical-chemicalparameter

TQ028.6

A

1006-4990（2014）09-0066-02

青海省应用基础研究计划项目（2012-Z-732）。

2014-03-18

赵启文（1968—），男，教授，主要从事化学工程专业教学和研究工作，已发表论文30篇。