Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
6.2. Обзор известных технологий опреснения солёных вод вымораживанием
В работе [36] были представлены разные варианты проведения процесса вымораживания с использованием фракционного плавления. Процесс разделения состоит из трёх стадий: кристаллизации, фракционного плавления и сепарации полученной суспензии. На стадии кристаллизации исходная смесь охлаждается до полной или частичной кристаллизации. На стадии фракционного плавления смесь подвергается нагреву до температуры фракционирования, лежащей между температурами ликвидуса и солидуса разделяемой смеси. В результате часть кристаллической фазы подплавляется: образуется «маточник» и кристаллическая фаза. Понижение температуры на стадии фракционного плавления приводит к росту выхода кристаллической фазы и степени концентрирования раствора. Эффективность разделения в значительной мере определяется параметрами сепарации. Центробежная сепарация показала наименьшие потери целевого компонента с отделяемыми кристаллами льда. Существенное влияние на процесс разделения оказывает скорость охлаждения раствора, увеличение которой приводит к росту выхода кристаллической фазы и снижению выхода маточника в связи с его большим захватом.
Исследователями [37] проводилось замораживание воды в цилиндрическом сосуде, при этом отвод тепла осуществлялся извне, то есть слой льда рос от стенок сосуда к его центру. При таком способе замораживания рассол сосредотачивается в осевой зоне и замерзает в последнюю очередь. При таянии льда от центра к периферии в первых порциях жидкости вытечет рассол, а затем будет плавиться чистый лёд. Авторы отмечают, что данную технологию можно использовать для концентрирования растворов солей, так как при осевом плавлении льда получают концентрат и обессоленную воду.
Экспериментальные исследования процесса разделения бинарных водных систем NaCl, NaNO3, KI методами фракционной кристаллизации и фракционного растворения даны в [38]. Здесь вымораживание проходит по обычной схеме: кристаллизация исходного раствора, сепарация кристаллической суспензии и промывной кристаллической фазы. Продолжительность фильтрации снижает концентрацию маточника. При разделении суспензии методом вакуумной фильтрации без промывки кристаллической фазы высок коэффициент захвата маточника, поэтому процесс имеет низкую эффективность. Эффективность разделения довольно сильно зависит от температуры растворителя, применяемого на стадии промывки. Продолжительность фильтрации после промывки кристаллов льда оказывает такое же влияние на процесс разделения, как продолжительность стадии фильтрации. Также изучалось применение центрифугирования для стадии сепарации. Использование стадии промывки кристаллической фазы, как с фильтрацией, так и с центрифугированием существенно повышает эффективность процесса разделения. При этом происходит снижение потерь солей с кристаллической фазой, увеличивается коэффициент извлечения и фактор разделения. Процесс фракционной кристаллизации с центрифугированием значительно эффективнее, чем с фильтрацией.
Физические принципы, на которых основана фракционная кристаллизация и, в частности, вымораживание позволяют говорить о возможности применения данного метода для опреснения растворов любых минерализаций.