溶剂萃取法苦卤提溴实验研究

2019-02-27杨瑞光李远超李秋霞李善清

盐科学与化工 2019年2期

杨瑞光，李远超，李秋霞，李善清

(1．山东省海洋精细化工重点实验室，山东潍坊 262737；2．山东省海洋化工科学研究院，山东潍坊 262737)

1 前言

溴是一种非常重要的化工原料，广泛应用于医药、染料、照相、农药、阻燃剂、钻井助剂等领域[1]。目前，国内外提溴原料主要来自天然卤水、制盐产生的苦卤以及海水淡化产生的浓海水。传统的提溴方法主要有空气吹出法和水蒸气蒸馏法，但二者都有高能耗、高投入，生产溴受环境温度影响较大等缺点[2-3]。溴素的生产成本逐年增长，全球溴素市场产不敷销，迫切需要研究开发一种适应性强、低能耗、高效率的提溴工艺，提高溴素资源利用率和生产运行水平。

溶剂萃取是一个应用领域广阔的化工分离过程，具有分离效率高、处理能力大、能耗低等特点，广泛应用于石油、石油化工、湿法冶金、稀土提取和纯化、核燃料提取和制药等工业[4-5]。许多学者对溶剂萃取法提溴进行了研究[7-9]。其中，选择一种理想的提溴用溶剂是溶剂萃取法提溴的研究热点之一。提溴用溶剂不仅需要具有较高的疏水性和耐酸、碱、氧化腐蚀等特点，还需要具有廉价、环境友好的特点。以往文献中常用的卤代烃、卤代芳烃等有机溶剂虽具有优异的疏水性和耐酸、碱腐蚀能力、抗氧化性，但如四氯化碳属于消耗臭氧物质被禁止使用，如四溴乙烷价格昂贵，大部分卤代烃和卤代芳烃溶剂对环境不友好。以上的几种常用溶剂存在的这些问题限制了溶剂萃取法提溴的规模化应用。

酯类溶剂具有疏水性良好、不与溴素反应、萃取容量大等优点，可作为理想的提溴溶剂。研究采用酯类溶剂作为萃取剂，碳酸钠溶液作为反萃剂进行苦卤中提溴过程的研究，考察并对比了乙酸丁酯、乙酸仲丁酯和乙酸戊酯3 种酯类溶剂的提溴能力，考察各操作条件对提溴性能的影响。

2 实验方案及前期准备

2.1 工艺流程简述

以酯类溶剂为萃取剂，将酸化、氧化后的苦卤中的溴素脱除，然后用碱液对含溴萃取剂进行溴素反萃富集，得到的溴素富集液经硫酸酸化后送往溴素制取工序，而脱溴后的苦卤同该厂其他提溴后的卤水混合后用于制盐及进一步综合利用。工艺流程如图1。

图1 溶剂萃取法提溴流程图Fig.1 Flow chart of producing bromine by solvent extraction

先将溶剂以一定流速泵入混合澄清器内，待稳定一段时间后，含溴料液采用一次性通过的方式进入混合澄清器内，料液与溶剂在混合澄清器内呈逆流流动。待料液、溶剂、碱液的流动稳定一段时间后，分别采集苦卤料液进口处和出口处的样品，分析溴含量，计算提溴率。

图2 混合澄清器中物料流动路线图Fig.2 Raw materials flow chart in mixer-settler

2.2 实验药品和仪器

药品：乙酸丁酯、乙酸仲丁酯、乙酸戊酯、无水碳酸钠、硫代硫酸钠、碘化钾、淀粉、溴化钠，天津科密欧化学试剂有限公司；所用试剂均为分析纯。

仪器：电子天平，AL204-IC型，Mettler Toledo；四级混合澄清器，CWX-1J，郑州天一萃取科技有限公司；蠕动泵，BT300FJ-YZ1515x，保定创锐泵业有限公司。

2.3 分析方法

实验研究中，提溴率C和夹带损失率S是能体现溶剂萃取法提溴过程优劣的重要参数。料液中溴含量需用次氯酸钠氧化-碘量法进行测量。料液中溶剂含量的检测需用顶空气相色谱法进行测量。提溴率C和夹带损失率S可以采用公式(1)和公式(2)计算。

提溴率：

(1)

夹带损失率：

(2)

式中：C0——初始料液溴含量，mg/L；C1——末端料液溴含量，mg/L；S1——末端料液溶剂含量，mg/L；Q0——料液流速，L/h；Qw——溶剂流速，L/h。

3 实验结果与讨论

3.1 不同酯类溶剂提溴性能的比较

首先,在相同实验条件下，分别考察乙酸丁酯、乙酸仲丁酯、乙酸戊酯3种溶剂在苦卤中的提溴性能和夹带损失率。考察提溴性能的实验条件为：料液pH值3.5、流速5 L/h，溶剂流速1 L/h，碱液流速0.5 L/h，操作温度为25 ℃。而在考察溶剂的夹带损失率时，分别采集料液出口处样品，分析样品中溶剂含量，计算夹带损失率。在相同操作条件下，乙酸丁酯、乙酸仲丁酯和乙酸戊酯的提溴率分别为90.1%、90.4%、90.2%，夹带损失率分别为0.43%、0.21%、0.45%，即乙酸仲丁酯具有更低的夹带损失率。因而，以后实验全部采用乙酸仲丁酯。