CN112408434B - 一种天然碱母液的除铁方法 - Google Patents

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Abstract

一种天然碱母液的除铁方法，包括以下步骤：步骤一，将天然碱母液经过滤装置进行过滤，去除天然碱母液中的不溶性杂质，得到料液；步骤二，对料液进行光电催化氧化处理，在光源照射下，阳极采用掺硼金刚石电极、钌铱钛电极或氧化铅电极，阴极为不锈钢电极或钛电极，电流密度为0.05‑0.1A/cm2，电压为5‑10V，处理时间为10‑40min，得到反应料液；步骤三，对反应料液进行曝气处理，以使铁颗粒脱离阴极极板；步骤四，对曝气处理后的反应料液进行沉淀处理，并对沉淀处理后的反应料液进行离心分离处理；步骤五，离心分离后取上清液，即得到除铁的天然碱母液；铁操作过程中，不额外加入任何化学药剂，以使除铁后的天然碱母液产渣量小、总碱量损失少、除铁效率高。

Description

一种天然碱母液的除铁方法
技术领域
本发明属于天然碱处理领域，具体涉及一种天然碱母液的除铁方法。
背景技术
天然碱主要成分为碳酸钠和碳酸氢钠，主要产自于碱湖和固体碱矿。现有的天然碱生产工艺包括倍半碱工艺、一水碱工艺、碳化法工艺。其中倍半碱工艺是将水打入地下碱矿中将碱矿充分溶解形成卤液，再将卤液抽回罐中经浓缩结晶后得到初级碱，经过滤后的滤液即为天然碱母液；但天然碱母液中仍然含有大量的天然碱，因此对天然碱母液的二次浓缩结晶有利于提高天然碱产量，节约生产成本。由于固体碱矿中除了碱，还存在少量的重金属，比如铁、锰、镁等离子，其中以铁离子含量最高，且卤液经浓缩结晶后得到的天然碱母液中铁离子含量成倍提高。因此，如何将天然碱母液中的铁离子去除是天然碱母液制备高纯度天然碱的核心问题。
现有天然碱母液除铁工艺通常采用物理吸附的方法，即采用天然沸石、锰砂或离子交换树脂对天然碱母液中的铁离子进行选择性吸附，虽然能够降低天然碱母液中铁离子的含量，但是这些吸附材料吸附饱和后面临着二次再生的问题，再生液又属于危废容易造成二次污染的产生。同时，现有的吸附材料存在吸附容量小、需频繁再生和定期更换等问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺点，提供一种天然碱母液的除铁方法。
本发明采用如下技术方案：
一种天然碱母液的除铁方法，包括以下步骤：
步骤一，将天然碱母液经过滤装置进行过滤，去除天然碱母液中的不溶性杂质，得到料液；
步骤二，对料液进行光电催化氧化处理，在光源照射下，阳极采用掺硼金刚石电极、钌铱钛电极或氧化铅电极，阴极为不锈钢电极或钛电极，电流密度为0.05-0.1A/cm2，电压为5-10V，处理时间为10-40min，使料液中的六羟基合铁酸根离子在阴极反应生成铁颗粒，得到反应料液；
步骤三，对反应料液进行曝气处理，以使铁颗粒脱离阴极极板；
步骤四，对曝气处理后的反应料液进行沉淀处理，并对沉淀处理后的反应料液进行离心分离处理；
步骤五，离心分离后取上清液，即得到除铁的天然碱母液。
进一步的，所述步骤二中，光源为高压短弧氙灯，光源照射时间为5-20min。
进一步的，所述步骤三中，曝气处理时，每升反应料液的曝气流量为10-20L/min，曝气处理时间为0.5-1h。
进一步的，所述步骤四中，离心分离处理的时间为10-30min，离心分离处理的转速为7000-12000r/min。
进一步的，所述步骤一中，天然碱母液经过滤装置的流速为2-5L/min。
进一步的，所述步骤四中，沉淀处理的时间为10-20h。
进一步的，所述天然碱母液进行光电催化氧化处理时，阴极极板与阳极基板间隔交替布置，阳极极板与阴极极板之间的间距为2-10mm。
进一步的，所述过滤装置为无纺布袋式过滤器。
由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的除铁操作过程中，不额外加入任何化学药剂，避免了因使用吸附材料而产生大量的固体废物或再生过程中产生再生液，同时避免对天然碱母液产生二次污染，以使除铁后的天然碱母液产渣量小、总碱量损失少、除铁效率高、能耗低；
光电催化氧化步骤中，采用高压短弧氙灯作为光源，替代光催化处理中常用的紫外光灯，在保证反应继续的前提下，减少成本及对人体的伤害；
工作原理：在光源照射下，料液与阳极接触后发生电化学反应，电化学反应过程中料液中的水被电解产生羟基自由基和氢离子，羟基自由基具有较强的氧化性，可对料液中的六羟基合铁酸根离子进行破坏，以使氢离子与六羟基合铁酸根离子发生反应，将配位数较高的铁络合物结构进行破坏转换成低配位数的铁络合物，提高铁离子的还原电势，使得铁离子在阴极容易还原反应生成铁颗粒，达到去除料液中铁离子的目的，再经曝气处理将所有的铁颗粒脱离阴极极板；且电化学反应过程中产生的羟基自由基能够将料液中的可溶性油脂直接进行氧化生成水和二氧化碳，进一步提高天然碱的纯度；
整个反应过程化学方程式如下：
H2O＝·OH+H++e-
[Fe(OH)6]3-+3H+＝3H2O+Fe(OH)3
Fe(OH)3+3e-＝Fe+3OH-
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。
一种天然碱母液的除铁方法，包括以下步骤：
步骤一，将天然碱母液以2-5L/min的流速经无纺布袋式过滤器进行过滤，去除天然碱母液中的不溶性杂质，得到料液；
步骤二，对料液进行光电催化氧化处理，在高压短弧氙灯照射下，照射时间为5-20min，阳极采用掺硼金刚石电极、钌铱钛电极或氧化铅电极，阴极为不锈钢电极或钛电极，电流密度为0.05-0.1A/cm2，电压为5-10V，处理时间为10-40min，使料液中的六羟基合铁酸根离子在阴极反应生成铁颗粒，得到反应料液；
步骤三，对反应料液进行曝气处理，每升反应料液的曝气流量为10-20L/min，曝气处理时间为0.5-1h，以使铁颗粒脱离阴极极板；
步骤四，对曝气处理后的反应料液进行沉淀处理，沉淀处理时间为10-20h，沉淀池底部可观察到细小的红棕色颗粒；
步骤五，对沉淀处理后的反应料液进行离心分离处理，离心分离处理的时间为10-30min，离心分离处理的转速为7000-12000r/min；
步骤六，离心分离后取上清液，即得到除铁的天然碱母液。
对得到的除铁的天然碱母液进行浓缩结晶，就可回收天然碱。
具体的，天然碱母液进行光电催化氧化处理时，阴极极板与阳极基板间隔交替布置，阳极极板与阴极极板之间的间距为2-10mm。
实施例1
一种天然碱母液的除铁方法，包括以下步骤：
步骤一，将天然碱母液以2L/min的流速经无纺布袋式过滤器进行过滤，去除天然碱母液中的不溶性杂质，得到料液；
步骤二，对料液进行光电催化氧化处理，在高压短弧氙灯照射下，照射时间为5min，阳极采用掺硼金刚石电极，阴极为不锈钢电极，电流密度为0.05A/cm2，电压为5V，处理时间为30min，使料液中的六羟基合铁酸根离子在阴极反应生成铁颗粒，得到反应料液；
步骤三，对反应料液进行曝气处理，每升反应料液的曝气流量为10L/min，曝气处理时间为1h，以使铁颗粒脱离阴极极板；
步骤四，对曝气处理后的反应料液进行沉淀处理，沉淀处理时间为12h，沉淀池底部可观察到细小的红棕色颗粒；
步骤五，对沉淀处理后的反应料液进行离心分离处理，离心分离处理的时间为15min，离心分离处理的转速为8000r/min；
步骤六，离心分离后取上清液，即得到除铁的天然碱母液。
对得到的除铁的天然碱母液进行浓缩结晶，就可回收天然碱。
具体的，天然碱母液进行光电催化氧化处理时，阴极极板与阳极基板间隔交替布置，阳极极板与阴极极板之间的间距为5mm。
实施例2
一种天然碱母液的除铁方法，包括以下步骤：
步骤一，将天然碱母液以2L/min的流速经无纺布袋式过滤器进行过滤，去除天然碱母液中的不溶性杂质，得到料液；
步骤二，对料液进行光电催化氧化处理，在高压短弧氙灯照射下，照射时间为10min，阳极采用掺硼金刚石电极，阴极为不锈钢电极，电流密度为0.1A/cm2，电压为5V，处理时间为20min，使料液中的六羟基合铁酸根离子在阴极反应生成铁颗粒，得到反应料液；
步骤三，对反应料液进行曝气处理，每升反应料液的曝气流量为15L/min，曝气处理时间为0.5h，以使铁颗粒脱离阴极极板；
步骤四，对曝气处理后的反应料液进行沉淀处理，沉淀处理时间为15h，沉淀池底部可观察到细小的红棕色颗粒；
步骤五，对沉淀处理后的反应料液进行离心分离处理，离心分离处理的时间为10min，离心分离处理的转速为10000r/min；
步骤六，离心分离后取上清液，即得到除铁的天然碱母液。
对得到的除铁的天然碱母液进行浓缩结晶，就可回收天然碱。
具体的，天然碱母液进行光电催化氧化处理时，阴极极板与阳极基板间隔交替布置，阳极极板与阴极极板之间的间距为2mm。
实施例3
一种天然碱母液的除铁方法，包括以下步骤：
步骤一，将天然碱母液以2L/min的流速经无纺布袋式过滤器进行过滤，去除天然碱母液中的不溶性杂质，得到料液；
步骤二，对料液进行光电催化氧化处理，在高压短弧氙灯照射下，照射时间为15min，阳极采用掺硼金刚石电极，阴极为钛电极，电流密度为0.08A/cm2，电压为5V，处理时间为30min，使料液中的六羟基合铁酸根离子在阴极反应生成铁颗粒，得到反应料液；
步骤三，对反应料液进行曝气处理，每升反应料液的曝气流量为20L/min，曝气处理时间为0.5h，以使铁颗粒脱离阴极极板；
步骤四，对曝气处理后的反应料液进行沉淀处理，沉淀处理时间为10h，沉淀池底部可观察到细小的红棕色颗粒；
步骤五，对沉淀处理后的反应料液进行离心分离处理，离心分离处理的时间为20min，离心分离处理的转速为7000r/min；
步骤六，离心分离后取上清液，即得到除铁的天然碱母液。
对得到的除铁的天然碱母液进行浓缩结晶，就可回收天然碱。
具体的，天然碱母液进行光电催化氧化处理时，阴极极板与阳极基板间隔交替布置，阳极极板与阴极极板之间的间距为3mm。
实施例4
一种天然碱母液的除铁方法，包括以下步骤：
步骤一，将天然碱母液以2L/min的流速经无纺布袋式过滤器进行过滤，去除天然碱母液中的不溶性杂质，得到料液；
步骤二，对料液进行光电催化氧化处理，在高压短弧氙灯照射下，照射时间为20min，阳极采用掺硼金刚石电极，阴极为钛电极，电流密度为0.05A/cm2，电压为5V，处理时间为35min，使料液中的六羟基合铁酸根离子在阴极反应生成铁颗粒，得到反应料液；
步骤三，对反应料液进行曝气处理，每升反应料液的曝气流量为18L/min，曝气处理时间为0.6h，以使铁颗粒脱离阴极极板；
步骤四，对曝气处理后的反应料液进行沉淀处理，沉淀处理时间为13h，沉淀池底部可观察到细小的红棕色颗粒；
步骤五，对沉淀处理后的反应料液进行离心分离处理，离心分离处理的时间为20min，离心分离处理的转速为9000r/min；
步骤六，离心分离后取上清液，即得到除铁的天然碱母液。
对得到的除铁的天然碱母液进行浓缩结晶，就可回收天然碱。
具体的，天然碱母液进行光电催化氧化处理时，阴极极板与阳极基板间隔交替布置，阳极极板与阴极极板之间的间距为2-10mm。
将实施例1至4得到的除铁的天然碱母液进行检测，获得如下数据：
表1各实施例的实验数据表
Figure BDA0002683072800000071
Figure BDA0002683072800000081
通过表1可知，本发明的除铁操作过程中，不额外加入任何化学药剂，避免了因使用吸附材料而产生大量的固体废物或再生过程中产生再生液，同时避免对天然碱母液产生二次污染，以使除铁后的天然碱母液产渣量小、总碱量损失少、除铁效率高、能耗低。
在光源照射下，料液与掺硼金刚石电极接触后发生电化学反应，掺硼金刚石电极具有超高析氧点位，在电化学反应中不容易析出氧气，以使电化学反应过程中料液中的水被电解产生羟基自由基和氢离子，羟基自由基具有较强的氧化性，可对料液中的六羟基合铁酸根离子进行破坏，以使氢离子与六羟基合铁酸根离子发生反应，将配位数较高的铁络合物结构进行破坏转换成低配位数的铁络合物，提高铁离子的还原电势，使得铁离子在阴极容易还原反应生成铁颗粒，达到去除料液中铁离子的目的，再经曝气处理将所有的铁颗粒脱离阴极极板；且电化学反应过程中产生的羟基自由基能够将料液中的可溶性油脂直接进行氧化生成水和二氧化碳，进一步提高天然碱的纯度。
整个反应过程化学方程式如下：
H2O＝·OH+H++e-
[Fe(OH)6]3-+3H+＝3H2O+Fe(OH)3
Fe(OH)3+3e-＝Fe+3OH-
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，故不能以此限定本发明实施的范围，即依本发明申请专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (2)

1.一种天然碱母液的除铁方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一，将天然碱母液经过滤装置进行过滤，去除天然碱母液中的不溶性杂质，得到料液；
步骤二，对料液进行光电催化氧化处理，在光源照射下，阳极采用掺硼金刚石电极、钌铱钛电极或氧化铅电极，阴极为不锈钢电极或钛电极，电流密度为0.05-0.1A/cm2，电压为5-10V，处理时间为10-40min，使料液中的六羟基合铁酸根离子在阴极反应生成铁颗粒，得到反应料液；
步骤三，对反应料液进行曝气处理，以使铁颗粒脱离阴极极板；
步骤四，对曝气处理后的反应料液进行沉淀处理，并对沉淀处理后的反应料液进行离心分离处理；
步骤五，离心分离后取上清液，即得到除铁的天然碱母液；
所述步骤三中，曝气处理时，每升反应料液的曝气流量为10-20L/min，曝气处理时间为0.5-1h；
所述步骤二中，光源为高压短弧氙灯，光源照射时间为5-20min；
整个反应过程化学方程式如下：
H2O＝·OH+H++e-
[Fe(OH)6]3-+3H+＝3H2O+Fe(OH)3
Fe(OH)3+3e-＝Fe+3OH-；
所述步骤四中，离心分离处理的时间为10-30min，离心分离处理的转速为7000-12000r/min；
所述步骤一中，天然碱母液经过滤装置的流速为2-5L/min；
所述步骤四中，沉淀处理的时间为10-20h；
所述天然碱母液进行光电催化氧化处理时，阴极极板与阳极基板间隔交替布置，阳极极板与阴极极板之间的间距为2-10mm。
2.根据权利要求1所述的一种天然碱母液的除铁方法，其特征在于：所述过滤装置为无纺布袋式过滤器。
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