氯碱生产盐水中硅铝的去除方法

技术领域

本发明属于盐水处理技术领域，具体涉及一种氯碱生产盐水中硅铝的去除方法。

背景技术

氯碱生产的工艺流程是将二次精制的盐水进入离子膜电解槽的阳极室中，同时向阴极室内注入经纯水稀释的碱液，通入高压直流电，促使物料在电解槽内进行电解反应，阳极侧产生氯气和淡盐水，阴极侧产生浓度≥32％的烧碱和氢气。

电解槽的阳极室与阴极室用离子膜隔开，精制盐水进入阳极室，阴极室则加入纯水。离子膜是含带电荷基团的聚合物膜，它由碳氢链构成的高聚物基膜和固定于基膜上的离子官能团所组成，具有负载电流，因而具有使被分离物质的离子选择性透过的特性。

SiO

氯碱行业中，二氧化硅和铝离子的主要来源是原盐。受盐的制取工艺不同，海盐和矿盐的二氧化硅和铝离子的含量不同。从盐中带入的二氧化硅和铝离子通过盐溶解进入到盐水系统。二氧化硅和铝都是双性物质，在酸性和碱性的条件下，均可形成离子状态溶解在溶液中。二氧化硅和铝离子随盐水进入离子膜电解槽，由于电解槽离子膜的选择透过性，二氧化硅和铝被阻挡在离子膜阳极侧，堵塞离子膜通过孔径，从而引起电解槽电流效率降低，槽电压升高等问题，因此盐水中二氧化硅和铝离子指标是影响离子膜电解电耗控制指标的关键因素。

盐水除硅、铝是氯碱行业面临的一项技术性难题，更是许多氯碱厂家亟待解决问题，氯碱行业降低硅铝的主要手段是通过盐泥排放，但是目前基于环保“零排放”的要求，盐泥直接排放已经不被允许，需要对硅铝含量高的盐泥进行洗涤，以降低盐泥中氯离子，实现盐泥综合利用。但是在盐泥洗涤的同时，也让本应该由盐泥带出的硅铝杂质再次进入盐水系统，导致盐水中的二氧化硅和铝离子合计含量在10000ppb左右，远远超出盐水控制指标1750ppb(硅铝合计)的范围，增加了盐水指标控制的难度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种氯碱生产盐水中硅铝的去除方法，根据盐水中硅的存在状态，采用物理除硅和化学除硅两种方式相结合，同时通过控制盐水中pH值，使最终盐水中二氧化硅含量降低至1300-1800ppb，铝离子含量降低至20-30ppb，实现了氯碱生产盐水中硅铝的深度去除。

本发明所述的氯碱生产盐水中硅铝的去除方法，包括以下步骤

(1)物理除硅：将电厂脱硫废水和低硅水一起通入盐泥洗涤池进行盐泥洗涤，然后打入二次压滤机进行压滤，压滤出水进入混合池，加入碱性物质进行反应后，进入斜板沉降器进行沉降，沉降泥渣返回盐泥洗涤池，沉降上清液依次经多介质过滤器、阳床、超滤膜组、反渗透膜组进行过滤，产出中水作为低硅水回用，浓水进入化学除硅单元；

(2)化学除硅：将反渗透膜组产出的浓水通入浓水反应池，加入除硅混凝剂进行除硅后，打入一次压滤机进行压滤，压滤出水进入除铝单元；

(3)除铝：将步骤(2)的压滤出水通入缓冲罐，在18-20℃温度下，加入盐酸调节pH值为8-9.5，然后经凯膜过滤，得到去除硅铝的盐水。

本发明步骤(1)中，电厂脱硫废水中氯离子含量为20-30g/l，二氧化硅含量为9000-11000ppb，铝离子含量为400-600ppb。

本发明步骤(1)中，低硅水为工业用水或反渗透膜组产出中水或两者混合；低硅水与电厂脱硫废水的体积比为(1-2):1。

本发明步骤(1)中，压滤出水中氯离子含量≤15g/l，盐泥滤饼中氯离子含量≤1.0g/l。

本发明步骤(1)中，二次压滤机的滤饼厚度为3-5cm。

本发明步骤(1)中，二次压滤机的压滤出水中，二氧化硅含量和铝含量严重超出指标。分析原因是加入低氯水对一次压滤后的滤饼(盐泥)进行再洗涤，降低盐泥中的氯离子的同时，又把盐泥中带有的硅铝离子溶解，硅铝离子又进入盐泥洗涤水中。但是经过大量试验，发现通过调节pH值、提升温度、增加或减少洗涤水用量等，都没有取得明显的效果，而滤饼的厚度会对滤液中硅铝杂质有影响。

本发明步骤(1)中，混合池加入的碱性物质为质量比为1:(0.5-2)的氢氧化钠和碳酸钠的混合物；碱性物质与压滤出水的质量体积比为(1-5)g:1L。

本发明步骤(2)中，浓水反应池加入的除硅混凝剂为稀土金属盐；优选为硫酸铈、碳酸镧、碳酸锆、硫酸铪中的一种或多种。采用稀土金属盐作为除硅混凝剂，絮体形成速度快、颗粒大，在除硅能力上远远超过普通絮凝剂，具有絮凝剂投加量少、除硅能力高的优势，同时絮凝的颗粒物随着盐泥带出氯碱生产系统，因此絮凝剂不会对电解槽离子膜造成破坏性影响。

本发明步骤(2)中，除硅混凝剂和浓水的质量体积比为(10-30)mg:1L。

本发明步骤(2)中，一次压滤机的滤饼厚度为2-5cm，利用形成的滤饼可以阻挡水中的硅进入压滤出水。

本发明步骤(2)中，一次压滤机的压滤出水中，二氧化硅含量在1300-1800ppb之间，铝含量在70ppb左右。

本发明步骤(3)中，铝离子受pH值影响较大，因此需要精细控制盐水中pH值在8-9.5之间。

本发明步骤(3)中，去除硅铝的精制盐水中，二氧化硅含量为1300-1800ppb，铝离子含量为20-30ppb。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

(1)本发明根据盐水中硅的存在状态，采用物理除硅和化学除硅两种方式相结合，同时通过控制盐水中pH值，使最终盐水中二氧化硅含量降低至1300-1800ppb，铝离子含量降低至20-30ppb，实现了氯碱生产盐水中硅铝的深度去除；

(2)经本发明处理后的盐水硅铝含量极低，减少了硅铝等杂质在离子膜上的沉积，提高了电解槽电流效率，降低了电解槽槽电压，延长离子膜使用寿命。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，实施例中所使用的原料，如无特别说明，均为市售常规原料；实施例中所使用的工艺方法，如无特别说明，均为本领域常规方法。

实施例中所采用的电厂脱硫废水二氧化硅含量为10500ppb，铝离子含量为462ppb，氯离子含量为24g/l。实施例中所采用的盐酸为浓度10％的盐酸。

实施例1

本实施例研究物理除硅步骤中，二次压滤机的滤饼厚度对除硅效果的影响，具体操作为：

将二氧化硅含量为10500ppb，铝离子含量为462ppb的电厂脱硫废水和低氯水(体积比1:1.5)一起通入盐泥洗涤池进行盐泥洗涤，然后打入二次压滤机进行压滤，调整滤饼厚度，观察二次压滤机的压滤出水中二氧化硅和铝含量的变化，结果如表1所示。

表1

从表1可以看出，二次压滤机的滤饼厚度在大于3.0cm范围内，铝离子和二氧化硅含量明显降低，并随着滤饼的厚度增加，硅铝降低没有明显变化。

实施例2

本实施例研究化学除硅步骤中，除硅混凝剂对除硅效果的影响，具体操作为：

将一次盐水为实验液(二氧化硅含量为4528ppb，铝离子含量为169ppb)加入不同除硅混凝剂进行除硅，观察除硅后二氧化硅和铝含量的变化，结果如表2所示。

表2

从表2可以看出，去除盐水中的硅，有机聚合物基本没有效果；氢氧化钠和稀土金属盐效果较好。氢氧化钙溶液的加入导致盐水中钙离子从10ppm提升到89ppm，同时加入氢氧化钙后盐水溶液变粘稠，因此不给予考虑。稀土金属盐的加入，利用其自身的吸附性能，不增加盐水中其余离子的升高，同时盐水质地仍保持纯净透明。

实施例3

本实施例研究化学除硅步骤中，一次压滤机的滤饼厚度对除硅效果的影响，具体操作为：

将二氧化硅含量为2385ppb，铝离子含量为109ppb的除硅后的盐水打入一次压滤机进行压滤，调整滤饼厚度，观察一次压滤机的压滤出水中二氧化硅和铝含量的变化，结果如表3所示。

表3

从表3可以看出，一次压滤机的滤饼厚度在大于2.0范围内，铝离子和二氧化硅含量明显降低，并随着滤饼的厚度增加，硅铝降低没有明显变化。

实施例4

本实施例研究除铝步骤中，体系温度对除铝效果的影响，具体操作为：

将铝含量为72ppb、二氧化硅含量为1796ppb的压滤出水通入缓冲罐，在19℃温度下，加入盐酸调节pH值，然后经凯膜过滤，观察过滤出水中二氧化硅和铝含量的变化，结果如表4所示。

表4

从表4可以看出，在pH值为8-9.5范围内，铝离子数值最低，当pH值＞10时，铝离子升高明显，当pH值＜8时，铝离子也有升高趋势；二氧化硅随PH值变化影响较小。

实施例5

本实施例研究除铝步骤中，体系温度对除铝效果的影响，具体操作为：

将铝含量为72ppb、二氧化硅含量为1796ppb的压滤出水通入缓冲罐，在pH＝9条件下，调节体系温度，然后经凯膜过滤，观察过滤出水中二氧化硅和铝含量的变化，结果如表5所示。

表5

从表5可以看出，在温度18-20℃范围内，铝离子和二氧化硅含量均较低，随着温度的升高，铝离子和二氧化硅含量均升高，当温度降低时，铝离子和二氧化硅含量变化不大，考虑到压滤出水的温度一般在18-20℃之间，故选择该温度为最佳温度范围。

实施例6

一种氯碱生产盐水中硅铝的去除方法，包括以下步骤：

(1)物理除硅：将电厂脱硫废水和低硅水(工业用水或反渗透膜组产出中水)按照体积比1:1一起通入盐泥洗涤池进行盐泥洗涤，然后打入二次压滤机进行压滤，保持二次压滤机的滤饼厚度在3cm左右，压滤出水中氯离子含量≤15g/l，盐泥滤饼中氯离子含量≤1.0g/l，将压滤出水通入混合池，加入氢氧化钠和碳酸钠的混合物(质量比1:2)进行反应，该混合物在压滤出水中的浓度为1g/L，之后进入斜板沉降器进行沉降，沉降泥渣返回盐泥洗涤池，沉降上清液依次经多介质过滤器、阳床、超滤膜组、反渗透膜组进行过滤，产出中水作为低硅水回用，浓水进入化学除硅单元；

(2)化学除硅：将反渗透膜组产出的浓水通入浓水反应池，加入硫酸铈和碳酸镧(质量比1:1)进行除硅，硫酸铈和碳酸镧在浓水中的总浓度为30mg/L，之后打入一次压滤机进行压滤，保持一次压滤机的滤饼厚度在5cm左右，压滤出水进入除铝单元；

(3)除铝：将步骤(2)的压滤出水通入缓冲罐，在20℃温度下，加入盐酸调节pH值为9.5，然后经凯膜过滤，得到去除硅铝的盐水，经测试，其二氧化硅含量为1572ppb，铝离子含量为24ppb。

实施例7

一种氯碱生产盐水中硅铝的去除方法，包括以下步骤：

(1)物理除硅：将电厂脱硫废水和低硅水(工业用水或反渗透膜组产出中水)按照体积比1:2一起通入盐泥洗涤池进行盐泥洗涤，然后打入二次压滤机进行压滤，保持二次压滤机的滤饼厚度在5cm左右，压滤出水中氯离子含量≤15g/l，盐泥滤饼中氯离子含量≤1.0g/l，将压滤出水通入混合池，加入氢氧化钠和碳酸钠的混合物(质量比2:1)进行反应，该混合物在压滤出水中的浓度为5g/L，然后进入斜板沉降器进行沉降，沉降泥渣返回盐泥洗涤池，沉降上清液依次经多介质过滤器、阳床、超滤膜组、反渗透膜组进行过滤，产出中水作为低硅水回用，浓水进入化学除硅单元；

(2)化学除硅：将反渗透膜组产出的浓水通入浓水反应池，加入硫酸铪和碳酸镧(质量比1:1)进行除硅，硫酸铪和碳酸镧在浓水中的总浓度为50mg/L，之后打入一次压滤机进行压滤，保持一次压滤机的滤饼厚度在2cm左右，压滤出水进入除铝单元；

(3)除铝：将步骤(2)的压滤出水通入缓冲罐，在18℃温度下，加入盐酸调节pH值为8，然后经凯膜过滤，得到去除硅铝的盐水，经测试，其二氧化硅含量为1465ppb，铝离子含量为25ppb。