黄婷

(广西柳化氯碱有限公司，广西 柳州 545600)

【分析与测试】

盐水系统中铁离子和铝离子含量的测定

黄婷

(广西柳化氯碱有限公司，广西 柳州 545600)

盐水精制；一次盐水；铁离子；铝离子

分析了精盐水中铁、铝含量超标的原因，提出了自盐水系统中除去铁离子和铝离子，从而提高盐水质量的措施。

广西柳化氯碱有限公司(以下简称“广西柳化氯碱”)20万t/a离子膜法烧碱生产系统前期10万t/a于2010年投产，2013年烧碱产能达到15万t/a，盐水的生产能力为20万t/a，完全满足生产的要求。铁、铝含量时常严重超标，对离子膜造成了不可逆的损害。为保证供给电解生产质量合格的盐水，广西柳化氯碱分析了盐水中铁离子和铝离子含量超标的原因，研究和实施了一些除铁离子和铝离子的措施，并取得了一定的效果。

1 盐水中铁、铝的危害

1.1 铁的影响

铁在pH值为2～3的酸性盐水(阳极液)中才能溶解，以Fe3+、Fe2+状态存在。进入膜体后因pH值升高(pH值>7)就会形成氢氧化物，沉积在膜表面，导致电流效率降低。

1.2 铝的影响

在原盐中，铝是黏土的组分之一。由于盐的制作过程中没有把铝离子去除干净，因此铝离子随原盐进入盐水系统中。铝是两性金属元素，它在水溶液中的存在形态随pH值的变化而变化[1]：

在盐水系统中铝是以偏铝酸根的形式存在，离子交换树脂不能对其进行吸收，因而进入阳极液中，在酸性条件下，溶解成胶状铝，再同SiO2在酸性阳极液中生成硅酸铝沉淀(或形成硅铝酸钠沉积在膜阴极层附近，对膜造成物理性损坏，降低电流效率)；同样，也能沉积在膜中，使电流效率下降。

2 盐水系统中铁离子和铝离子的来源分析

2.1 对盐水系统各工序的分析

对盐水系统各工序进行的系统数据分析如图1所示。

2.2 分析结果

2.2.1 铁离子的来源

根据分析数据，得出盐水系统中铁离子的4个来源：①原盐中含有的亚铁氰化钾；②盐水工艺中对铁设备的腐蚀；③机封冷却水带入；④调阳极液pH值所用盐酸带入。

A为w(Fe2+)+w(Fe3+)；B为w(Al3+)
图1 盐水系统各工序分析数据

Fig.1 Analysis data of different procedure in brine refining system

2.2.2 根据分析数据得出盐水中铝离子的来源

铝主要是原盐中带入的，原盐中的铝是黏土的组分之一，可以如图1所示的两种形态进入电解槽。①作为悬浮泥粒，如果过滤操作不当，会造成固体悬浮物泄漏。由于它不以离子形态存在，不能被离子交换树脂吸收，因而以黏土形式进入阳极液中。②作为铝酸根阴离子穿过离子交换树脂进入酸性阳极液中，并释放出铝阳离子[2]。

3 控制盐水中铁离子和铝离子含量的措施

3.1 铁离子含量的控制

主要采取在化盐池中加入次氯酸钠生成次氯酸来控制铁离子的含量。因为次氯酸为强氧化剂，可以将亚铁氰化钾氧化成铁氰化钾，铁氰化钾在高温下分解继续氧化为Fe3+,碱性条件下Fe3+生成Fe(OH)3沉淀，达到去除铁离子的目的。由于广西柳化氯碱精制盐的使用率为100%，所以目前铁离子的质量分数可以保持在1×10-7以下。

3.2 铝离子含量的控制

自2016年4月底开始，广西柳化氯碱将进入化盐池的工业水改成了纯水，所以铝离子含量升高的原因排除了化盐水的影响。湖南湘衡原盐中铁、铝含量如表1所示。3月份树脂塔盐水中铝离子的含量见表2。由表1和表2可见：树脂塔中铝离子含量是随着原盐中铝离子含量的升高而升高的，所以，原盐中铝含量高是导致盐水系统中铝离子含量高的根本原因。由于之前积累在系统中的铝离子没有排出来，并且又有工业水加入，所以，即使在3月1—16日原盐中铝离子质量分数为(2.73～2.74)×10-8时，系统中的铝离子含量也在缓慢升高。

表1 湖南湘衡原盐样品中的铁、铝含量表Table 1 Iron ion and aluminum ion content in sample of raw salt produced at Hunan Xiangheng 10-9

表2 3月份树脂塔中盐水中的铁离子和铝离子含量Table 2 Iron ion and aluminum ion content in brine flowing out of chelating resin tower in March 10-9

而在3月29日原盐中铝离子质量分数为2.402×10-7时，盐水系统中铝离子含量也在急速上升。所以原盐中铝离子含量是导致盐水系统中铝离子含量升高的根本原因。再由图1可见：进入盐水系统中铝离子含量最高的是压滤出口的盐水，质量分数为3.352×10-7。由于整个盐水系统都是封闭的，压滤机是唯一可以排出杂质之处。为将盐水系统中的铝离子收集到盐泥池并把它排出系统，广西柳化氯碱进行更进一步的研究。①利用金属铝的两性，以盐水pH值的控制促进铝离子的沉降，并且进行了进一步的试验摸索。在实验室中将盐泥池中盐水的pH值调节到一定范围，经滤纸过滤后，盐水中的铝离子含量明显下降；在盐泥池进行了一段时间的中试试验，用酸将盐泥池盐水的pH值调节到6～7.5，利用压滤机及精密过滤器把大部分铝离子带出盐水系统。②铝在原盐中的主要存在形式是泥，而不是离子。

尽管加入三氯化铁可以利用其水解后生成的氢氧化铁絮状沉淀带走其他杂质，广西柳化氯碱为避免盐水中铁离子超标而停止加入三氯化铁絮凝剂，但实验室中的大量试验表明，在盐水中加入三氯化铁去除铝离子的效果很好，因此6月20日在预处理器进口重新加入三氯化铁，结果见表3和表4。

表3 重加三氯化铁后原盐试样中的铁、铝含量Table 3 Iron ion and aluminum ion content in sample of raw salt after ferric chloride is reused 10-9

表4 重加三氯化铁后树脂塔盐水中的铁离子和铝离子的含量Table 4 Iron ion and aluminum ion content in brine flowing out of chelating resin tower after ferric chloride is reused 10-9

由表4可见：树脂塔盐水中铝离子的质量分数由6月15日的4.875×10-7快速下降到6月30日的7.07×10-8。而整个7月，盐水系统中铝离子的质量分数都保持在1×10-7以下，证明三氯化铁的加入对铝离子的去除有较好的效果。原盐是盐水系统中铝离子带入的根本源头，和原盐厂家联系要求其严格控制原盐的铝质量分数低于5×10-8。当原盐中铝的质量分数保持在5×10-8以下(见表3)时，表4中树脂塔出口盐水中铝离子的质量分数将在5×10-8以下。

4 控制盐水中铁离子和铝离子含量的措施

(1)原盐中铝的质量分数≤5×10-8。原盐是盐水系统中铝离子带入的根本源头，要求原盐厂家控制原盐中铝质量分数小于5×10-8，可使得精制后盐水中铝离子的质量分数小于3×10-8。并适当将精制盐与海盐配比使用(虽然海盐中的钙镁离子含量最高，但其重金属离子含量低于湖盐或井盐)。

(2)一次盐水系统pH值为10～10.5，不能超过11，以减少以偏铝酸根形式存在的铝离子，便于后续过滤系统把铝离子过滤出来。

(3)在预处理器进口加入三氯化铁，生成的氢氧化铁絮状物可把一部分铝离子带入盐泥池。

(4)盐泥池是整个盐水系统中杂质排放的唯一途径。所以，盐泥池回收到盐水系统中的杂质含量也最高，进一步精制盐泥池的回收盐水十分必要。调节盐泥池中盐水的pH值在6～7.5，利用压滤机及精密过滤器可把大部分以氢氧化铝形式存在的铝离子及其他杂质带出盐水系统。

[1] 昝笑伟.高浓度铝离子酸碱废液的分析与处理[J].有色金属设计，2006，33(4)：65-67.

[2] 刘立初.盐水中的杂质对离子膜的影响[J].氯碱工业，2007(7)：15-20.

[编辑：费红丽]

Determination of iron ions and aluminum ions in brine system

HUANGTing
(Guangxi Liuhua Chlor-Alkali Co. Ltd., Liuzhou 545600, China)

brine refining; primary brine; iron ion; aluminum ion

The causes of excessive iron and aluminum content in refined brine were analyzed. The measures to remove iron ions and aluminum ions from the brine system were proposed so as to improve the quality of the brine.

黄婷(1985—)，女，助理工程师，2008年毕业于广西科技大学化工系，现为广西柳化氯碱有限公司生产部工艺员。

2017-02-13

TQ014

B

1008-133X(2016)04-0036-03