[发明专利]一种直接除钙镁的盐水精制装置和方法

说明书

技术领域

本发明属于金属离子分离处理技术领域，尤其涉及一种直接除钙镁的盐水精制装置和方法。

背景技术

电解法氯碱生产的主要原料是饱和盐水溶液。在氯碱生产过程中，不论是采用海盐、湖盐、岩盐还是卤水中的任何一种原料，都含有钙镁等无机杂质以及细菌、藻类残体、腐植酸等天然有机物和有机物杂质。这些杂质在化盐时会被带入盐水系统，如不除去将会造成膜的损伤，从而使其效率下降，破坏电解槽的正常生产，并使膜的寿命大幅缩短。盐水中的一些杂质会在电解槽中产生副反应，降低阳极电流效率，使电解电耗升高，增加成本，并对阳极寿命产生影响。因此，在氯碱生产中，第一道工序盐水制备必须通过精制操作，除去盐水中的钙镁杂质，满足电解槽的运行要求。

近年来，一种新型的膜分离技术实现盐水的精制。自从2000年美国戈尔公司薄膜过滤器在江苏扬农化工集团公司、山东滨化集团有限责任公司一次盐水精制工艺中成功应用以来，不断有新的过滤膜和膜组件出现，膜过滤技术已在我国氯碱生产企业中得到广泛应用。到目前为止，在我国氯碱行业中应用比较成功的有戈尔膜过滤器、凯膜过滤器、鸣泰“种植膜”过滤技术、颇尔膜过滤器、陶瓷膜过滤技术等。膜分离技术的操作压力高（1Mpa），因为过滤膜其表层孔径处于纳米级范围内。然而，由于膜自身结构上的特殊性，其分离性能除与膜材料自身的性质及制膜工艺有关外，还受操作条件、物料性质和组件构型三个方面的影响。它取代传统处理过程中的多个步骤，因而比较经济。对水进行软化和净化，常采用石灰、苏打法或离子交换法去除Ca²⁺、Mg²⁺等二价离子，用活性炭吸附法除去有机物。这种水处理过程工艺繁琐,效率低，费用高。而采用膜分离技术就可一次性将上述物质同时除去。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的缺点，提出一种新型的除钙镁的盐水精制处理方法及装置，设计一种分离镁离子（Mg²⁺）、钙离子（Ca²⁺）和钠离子(Na⁺)的分离膜装置，与传统的分离膜（纳滤膜）不同，该装置只需要百微米级孔径要求，在微通道内嵌入阴离子交换膜，并控制阴离子交换膜表面的电势，实现钙镁的分离，减少操作压力和制造难度，从而降低了分离成本并有助于产业推广。

为实现上述目的，本发明的技术方案是包括有分离膜，该分离膜上设置有多道相互取向一致的微米通道，该微米通道的直径为10-100um，所述的分离膜的一侧设置有与微米通道的入口端相通的原液区，原液区内设置有含有钙镁钠离子的待精制盐水，该分离膜的另一侧设置有与微米通道的出口端相连的分离区，所述的微米通道的内壁上设置有一段阴离子交换膜, 该离子交换膜的外表面与微米通道的内腔相连通，该分离膜相对于离子交换膜的内表面内侧连通设置有缓冲液通道，所述的分离膜的相对于原液区的一侧设置有第一电极(V₁)，分离膜的相对于分离区的一侧设置有第二电极(V₂)，该第一电极和第二电极用于产生覆盖于微米通道方向驱动所需分离的离子从分离区向原液区运动的第一场强，所述的离子交换膜上设置有第三电极(V₃)，该第三电极的电势根据具体的待分离，进行独立可调设置（调节电势V₃可控制钙镁和钠离子的分离比）。

进一步设置是所述的第三电极外连接有用于调节第三电极电势的可调电压源。

进一步设置是含有待分离的相对高价的镁离子（Mg²⁺）、钙离子（Ca²⁺）和相对低价的钠离子（Na⁺）的原液置于原液区，对原液区的原液施加一个从原液区向分离区方向的压力，通过调节第三电极的电势，使得相对高价的镁离子（Mg²⁺）、钙离子（Ca²⁺）在微米通道中受到的场强力大于水流力并使得这些高价离子留于原液区，而钠离子（Na⁺）在微米通道中受到的场强力小于介质压力并使得钠离子（Na⁺）从微米通道进入到分离区，从而使得钠离子（Na⁺）和相对高价的镁离子（Mg²⁺）、钙离子（Ca²⁺）分离。

本发明的工作原理和优点是：