畢業(yè)論文(氯化鈉提純實驗研究)純堿副產(chǎn)物氯化鈉的提純試驗研究摘要以公司生產(chǎn)的純堿副產(chǎn)物氯化鈉為研究對象，測定其各組分的含量。探討在化學沉淀法中沉淀劑的參加量、反響溫度、攪拌強度、反響時間等操作條件對除去雜質(zhì)效果的影響，選出最正確的工藝操作參數(shù)，通過正交試驗，確定最優(yōu)組合及判斷影響因素的顯著水平；探討在重結(jié)晶法中冷卻溫度、結(jié)晶次數(shù)等操作條件對除去雜質(zhì)效果的影響，選出最正確的工藝操作參數(shù)，通過正交試驗，確定最優(yōu)組合及判斷影響因素的顯著水平。實驗結(jié)果說明，通過化學沉淀法最優(yōu)組合參數(shù)處理后的氯化鈉產(chǎn)品其氯化鈉含量從90.525%提高到99.515%，水分含量從7.183%下降到0.209%，水不溶物的含量從0.608%下降到0.011%，鈣鎂總量從1.660%下降到0.1127%，硫酸根離子含量從0.024%下降到0.0151%；而通過重結(jié)晶法最優(yōu)組合參數(shù)處理后的氯化鈉產(chǎn)品其氯化鈉含量從90.525%提高到99.379%，水分含量從7.183%下降到0.271%，水不溶物的含量從0.608%下降到0.015%，鈣鎂總量從1.660%下降到0.2143%,硫酸根離子含量從0.024%下降到0.0053%。關(guān)鍵詞：蒸氨廢液，純堿副產(chǎn)物，氯化鈉，化學沉淀法，重結(jié)晶法SODAASHBY-PRODUCTSOFSODIUMCHLORIDEPURIFICATIONEXPERIMENTRESEARCHAbstractQinghaiJinfengIndustrialCo.,Lductionofsodaashby-productsodiumchlorideforthestudy,determinationofthecontentofeachcomponent.Discussesthechemicalprecipitationagentintheadditionamountreactiontemperaturestirintensityreactiontimetoremoveimpuritiesoperationconditionsontheeffectoftheoperationparametersofselectthebesttechnology,byorthogonalexperiment,todeterminethebestcombinationandjudgmentofeffectfactorsofthesignificantlevel;DiscussestheheavycrystallizationmethodinTheTimesofcoolingtemperaturecrystallizationoperatingconditionsontheeffectsoftheremoveimpurities,selectthebesttechnologyoperatingparameters,byorthogonalexperiment,todeterminethebestcombinationandjudgmentofeffectfactorsofthesignificantlevel.Theexperimentalresultsshowthat,Throughthechemicalprecipitationoptimalcombinationofsodiumchlorideproductsprocessingparametersafterthecontentofsodiumchlorideincreasedfrom90.525%to99.515%,moisturecontentfrom7.183%to0.209%,thecontentofwaterinsoluble,from0.608%to0.011%,totalcalciummagnesiumdroppedfrom1.660%to0.1127%,sulfateioncontentdecreasedfrom0.024%to0.0151%；Andthroughtheheavycrystallizationmethodoptimalcombinationofsodiumchlorideproductsprocessingparametersafterthecontentofsodiumchlorideincreasedfrom90.525%to99.379%,moisturecontentfrom7.183%to0.271%,thecontentofwaterinsoluble,from0.608%to0.015%,totalcalciummagnesiumdroppedfrom1.660%to0.2143%sulfateioncontentdecreasedfrom0.024%to0.0053%.Keywords:Liquidammoniaevaporation、Sodaashby-products，sodiumchloride，chemicalprecipitationmethod，re-crystallizationmethod目錄TOC\o"1-3"\h\ul"_Toc326924870"1.緒論 REF_Toc326924870\h1l"_Toc326924871"1.1前言 REF_Toc326924871\h1l"_Toc326924872"1.2本課題研究的目的和意義 REF_Toc326924872\h1l"_Toc326924873"1.2.1目的 REF_Toc326924873\h1l"_Toc326924874"1.2.2意義 REF_Toc326924874\h1l"_Toc326924875"1.3純堿副產(chǎn)物氯化鈉提純研究現(xiàn)狀 REF_Toc326924875\h1l"_Toc326924876"1.3.1氯化鈉提純的方法 REF_Toc326924876\h1l"_Toc326924877"1.3.2氯化鈉的生產(chǎn)現(xiàn)狀 REF_Toc326924877\h4l"_Toc326924878"2.材料和方法 REF_Toc326924878\h1l"_Toc326924879"2.1實驗材料 REF_Toc326924879\h1l"_Toc326924880"2.2實驗試劑及儀器 REF_Toc326924880\h1l"_Toc326924881"2.2.1實驗試劑 REF_Toc326924881\h1l"_Toc326924882"2.2.2實驗儀器 REF_Toc326924882\h1l"_Toc326924883"2.3實驗所需溶液、試劑的配制 REF_Toc326924883\h1l"_Toc326924884"2.3.1PH=10的NH3—NH4Cl緩沖溶液 REF_Toc326924884\h1l"_Toc326924885"2.3.21+nHCl REF_Toc326924885\h1l"_Toc326924886"2.3.32mol/LNaOH溶液 REF_Toc326924886\h1l"_Toc326924887"4mol/L的乙二胺四乙酸二鈉鎂(Mg—EDTA)溶液 REF_Toc326924887\h1l"_Toc326924888"2mol/L的氯化鋇溶液 REF_Toc326924888\h1l"_Toc326924889"2.3.65%鉻酸鉀溶液 REF_Toc326924889\h1l"_Toc326924890"2.3.7碳酸鈉溶液 REF_Toc326924890\h1l"_Toc326924891"2.3.8氫氧化鈣溶液 REF_Toc326924891\h1l"_Toc326924892"2.3.9氧化鋅標準溶液 REF_Toc326924892\h2l"_Toc326924893"2mol/L的乙二胺四乙酸二鈉〔EDTA〕標準溶液 REF_Toc326924893\h2l"_Toc326924894"mol/L氯化鈉標準溶液 REF_Toc326924894\h2l"_Toc326924895"5mol/L硝酸銀標準溶液 REF_Toc326924895\h2l"_Toc326924896"2.3.13樣品溶液 REF_Toc326924896\h2l"_Toc326924897"2.4純堿副產(chǎn)物氯化鈉中各種組分含量的測定方法 REF_Toc326924897\h2l"_Toc326924898"2.4.1水分含量的測定方法 REF_Toc326924898\h2l"_Toc326924899"2.4.2水不溶物含量的測定方法 REF_Toc326924899\h3l"_Toc326924900"2.4.3鈣和鎂離子含量的測定方法 REF_Toc326924900\h3l"_Toc326924901"2.4.4硫酸根離子含量的測定方法(EDTA絡(luò)合滴定法) REF_Toc326924901\h4l"_Toc326924902"2.4.5氯離子含量的測定方法 REF_Toc326924902\h5l"_Toc326924903"2.4.6碳酸根離子的檢測方法 REF_Toc326924903\h6l"_Toc326924904"2.4.7鈉離子含量的測定方法 REF_Toc326924904\h6l"_Toc326924905"2.5化學沉淀法提純純堿副產(chǎn)物氯化鈉的研究 REF_Toc326924905\h6l"_Toc326924906"2.5.1化學沉淀法的實驗原理 REF_Toc326924906\h6l"_Toc326924907"2.5.2化學沉淀法的試驗方案 REF_Toc326924907\h7l"_Toc326924908"2.5.3化學沉淀法的實驗步驟 REF_Toc326924908\h7l"_Toc326924909"2.6重結(jié)晶法提純純堿副產(chǎn)物氯化鈉的研究 REF_Toc326924909\h9l"_Toc326924910"2.6.1重結(jié)晶法的實驗原理 REF_Toc326924910\h9l"_Toc326924911"2.6.2重結(jié)晶法的試驗方案 REF_Toc326924911\h10l"_Toc326924912"2.6.3重結(jié)晶法的實驗步驟 REF_Toc326924912\h10l"_Toc326924913"3．結(jié)果與討論 REF_Toc326924913\h1l"_Toc326924914"3.1原樣品中各組分測定結(jié)果與討論 REF_Toc326924914\h1l"_Toc326924915"3.2化學沉淀法的實驗結(jié)果與討論 REF_Toc326924915\h1l"_Toc326924916"3.2.1化學沉淀法單因素實驗結(jié)果與討論 REF_Toc326924916\h1l"_Toc326924917"3.2.2化學沉淀法正交實驗結(jié)果與討論 REF_Toc326924917\h5l"_Toc326924918"3.2.3化學沉淀法產(chǎn)品中各組分含量測定的結(jié)果與討論 REF_Toc326924918\h10l"_Toc326924919"3.3重結(jié)晶法的實驗結(jié)果與討論 REF_Toc326924919\h10l"_Toc326924920"3.3.1重結(jié)晶法單因素實驗結(jié)果與討論 REF_Toc326924920\h10l"_Toc326924921"3.3.2重結(jié)晶法正交實驗結(jié)果與討論 REF_Toc326924921\h12l"_Toc326924922"3.3.3在不同的操作條件下氯化鈉晶體的顯微鏡圖 REF_Toc326924922\h17l"_Toc326924923"3.3.4重結(jié)晶法產(chǎn)品中各組分含量測定的結(jié)果與討論 REF_Toc326924923\h18l"_Toc326924924"3.4試驗誤差分析 REF_Toc326924924\h18l"_Toc326924925"3.4.1化學沉淀法誤差分析 REF_Toc326924925\h18l"_Toc326924926"3.4.2重結(jié)晶法誤差分析 REF_Toc326924926\h18l"_Toc326924927"4.試驗結(jié)論 REF_Toc326924927\h1l"_Toc326924928"試驗結(jié)論： REF_Toc326924928\h1l"_Toc326924929"參考文獻 REF_Toc326924929\h1l"_Toc326924930"致謝 REF_Toc326924930\h1l"_Toc326924931"附錄 REF_Toc326924931\h12化工學院化學工程系1化工學院化學工程系1.1前言氯化鈉是一種重要的化工根本原料，在工業(yè)上用途很廣，被稱為“化學工業(yè)之母〞。但是，直接利用原鹽或粗鹽進行生產(chǎn)操作是不行的，必須對其進行凈化處理，使其到達工業(yè)用鹽的標準。在純堿生產(chǎn)〔氨堿法〕過程中產(chǎn)生大量的蒸氨廢液，每生產(chǎn)1噸的純堿就要排放蒸氨廢液大約10m3，其中含有大量的NaCl和CaCl化學沉淀法和重結(jié)晶法都是提純氯化鈉的重要方法，但是化學沉淀法和重結(jié)晶法除去雜質(zhì)的工藝尚不清楚，所以本課題欲解決的主要問題是通過實驗來確定化學沉淀法和重結(jié)晶法提純純堿副產(chǎn)物氯化鈉的最正確工藝條件。1.2本課題研究的目的和意義1.2.1目的由于利用蒸氨廢液生產(chǎn)的純堿副產(chǎn)物氯化鈉的純度相對較低，其中含有大量的水分、水不溶物和可溶性鈣鎂鹽，假設(shè)直接用于生產(chǎn)操作，將會使管道和設(shè)備產(chǎn)生嚴重結(jié)垢而堵塞，導致生產(chǎn)無法正常運行，同時還會使下游的產(chǎn)品達不到工藝要求。為了滿足大多數(shù)化工企業(yè)的用鹽要求，需要對純堿副產(chǎn)物氯化鈉進行進一步的提純，使其純度到達工業(yè)生產(chǎn)要求。1.2.2意義經(jīng)處理合格后的純堿副產(chǎn)物氯化鈉可以提高其市場的競爭力，從而解決了純堿行業(yè)蒸氨廢液處理的瓶頸問題，使純堿行業(yè)得到快速的開展。實現(xiàn)了廢液的循環(huán)利用，降低其對環(huán)境的污染，降低其對土壤和水質(zhì)的破壞，降低企業(yè)的本錢，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益，緩解資源短缺的危機，符合國家“節(jié)能減排〞的政策。1.3純堿副產(chǎn)物氯化鈉提純研究現(xiàn)狀1.3.1氯化鈉提純的方法氯化鈉的提純方法很多，主要有洗滌法、化學沉淀法和重結(jié)晶法等。洗滌法[1]洗滌法是指將原鹽中的CaCl2、MgCl2和CaSO4等雜質(zhì)用NaCl飽和溶液洗滌，將這些雜質(zhì)溶解而除去。該方法的特點是工藝簡單、技術(shù)成熟、設(shè)備投資省、能耗低、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。但是，其除去雜質(zhì)的效果不是很理想，雜質(zhì)含量相對較高，不能滿足大多數(shù)企業(yè)的需求?；瘜W沉淀法[2]化學沉淀法是指在溶液狀態(tài)下參加沉淀劑，沉淀劑與可溶性鹽反響生成難溶于水的的沉淀物，,再將沉淀物過濾出去，使固液別離，從而到達除雜的目的。氯化鈉提純的化學沉淀法又分為：石灰碳酸銨法、石灰純堿法?！?〕石灰碳酸銨法石灰碳酸銨法除鎂和除鈣是分兩步進行的，第一步加石灰乳除鎂，其化學反響方程式為：一般溶液的PH控制在10~11，假設(shè)需加速沉淀出時,也可適當參加絮凝劑。第二步是除鈣，向除鎂后的清液中通入，除去清液中的鈣，其化學反響方程式為：該方法的特點是在精制鹽水中以的形式存在。粗鹽水中鈣、鎂含量多時，的濃度較高，會影響到NaCl的收率，同時引入新的雜質(zhì)NH4+。而且由于此法用到石灰乳、氨和二氧化碳，增加了本錢，同時使得其生產(chǎn)工藝變得復雜，設(shè)備投資費用增多。但是，該法所得到的產(chǎn)品很穩(wěn)定，且雜質(zhì)除得相比照擬徹底，能夠滿足很多企業(yè)的用鹽要求，具有很強的市場競爭力?！?〕石灰純堿法石灰純堿法精制鹽水是用使鎂沉淀，用使鈣沉淀，其化學反響方程式為：或者用石灰—純堿苛化一步法，即同時參加，其化學反響方程式為：該方法的特點是沉淀析出的同時不生成銨鹽而生成鈉鹽，仍溶解在鹽水中，隨帶入的Na+以形式而存在，因此不存在降低氯化鈉收率的問題，且雜質(zhì)除得較徹底，所得的產(chǎn)品質(zhì)量很穩(wěn)定，能夠滿足很多企業(yè)的用鹽要求，有足夠的市場前景。但是，由于在生產(chǎn)過程中用到石灰乳和碳酸鈉，增加了本錢，同時使得其生產(chǎn)工藝變得復雜，設(shè)備投資費用增多。重結(jié)晶法[4]重結(jié)晶法是指利用混合物中各組分在某種溶劑中的溶解度不同，或在同一溶劑中不同溫度時的溶解度不同，而使它們相互別離。固體混合物在溶劑中的溶解度與溫度有密切關(guān)系。一般是溫度升高，溶解度增大。假設(shè)把固體溶解在熱的溶劑中到達飽和，冷卻時即由于溶解度降低，溶液變成過飽和而析出晶體。利用溶劑對被提純物質(zhì)及雜質(zhì)的溶解度不同，可以使被提純物質(zhì)從過飽和溶液中析出。而讓雜質(zhì)全部或大局部仍留在溶液中，從而到達提純目的。用重結(jié)晶法別離提純混合物的步驟為：選擇適宜的溶劑溶劑選擇遵循以下條件：與被提純的化合物不起任何化學反響；被提純的化合物易溶于熱的溶劑中，在冷的溶劑中只有少量的能容或者幾乎不容；對雜質(zhì)的溶解度很大或很??；能得到比較好的晶體；溶劑的沸點相對適中；價廉易得，毒性低，回收率高，操作平安?！?〕將待重結(jié)晶物質(zhì)制成熱的飽和溶液制熱飽和溶液時，溶劑可以分批參加，邊加熱邊攪拌，直至固體完全溶解后，在多加20%左右〔這樣可防止熱過濾時，晶體在漏斗或漏斗頸中析出造成損失〕的溶劑。切不可再多加溶劑，否那么冷卻后析不出晶體。如需脫色，帶溶液稍冷后，參加活性炭〔用量為固體1-5%〕，煮沸5-10min〔切不可在沸騰的溶液中參加活性炭，那樣會有暴沸的危險〕?！?〕趁熱過濾出去不溶性雜質(zhì)趁熱過濾時，先熟悉熱水漏斗的構(gòu)造，放入濾紙后，先用少量熱的溶劑潤濕濾紙，過濾時，漏斗上蓋上外表皿，以減少溶劑的揮發(fā)?！?〕抽濾抽濾時，先抽溶液，再抽晶體，然后用少量的溶劑洗滌晶體2~3次，將附著在晶體上的雜質(zhì)洗凈。由于抽濾和洗滌后的晶體外表上還吸附有少量的溶劑，因此還得需用適當?shù)姆椒ㄟM行枯燥。而枯燥的方法很多，可以根據(jù)重結(jié)晶所用的溶劑及晶體的性質(zhì)來選擇，常用的方法有以下幾種：空氣晾干、烘箱烘干、用濾紙吸干、置于枯燥器中枯燥等。氯化鈉和氯化鈣水溶液在不同溫度條件下的溶解度見表1-1。表1-1氯化鈉和氯化鈣水溶液在不同溫度條件下的溶解度溫度/℃氯化鈉溶解度/g/100g水氯化鈣溶解度/g/100g水0102030405060708090100由表1-1可知，氯化鈉在水中的溶解度隨著溫度的升高變化不是很大，而氯化鈣在水中的溶解度隨著溫度的升高變化很大。由此可見，可以用重結(jié)晶的方法對其混合物進行別離提純。重結(jié)晶法用于純堿副產(chǎn)物氯化鈉的提純，是將純堿副產(chǎn)物氯化鈉在沸騰的條件下配制成過飽和溶液，然后將過飽和溶液進行熱過濾，所得到的濾液在近沸的條件蒸發(fā)，等到有局部晶體析出后，將其置于低溫的條件下冷卻結(jié)晶，最后將其抽濾，所得到的晶體在一定溫度下烘干即可。該方法的優(yōu)點是技術(shù)很成熟，不會引入新的雜質(zhì)，且雜質(zhì)除得很好，得到的產(chǎn)品粒度、色度都很好，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，能夠滿足很多企業(yè)的用鹽要求。但是該方法的設(shè)備投入比較大，而且要在高溫的條件下溶解，能耗比較大，這樣增加了生產(chǎn)本錢。1.3.2氯化鈉的生產(chǎn)現(xiàn)狀國外氯化鈉的生產(chǎn)現(xiàn)狀[5]世界上生產(chǎn)原鹽主要集中在亞太地區(qū)、美洲、歐洲三個區(qū)域，產(chǎn)能占世界總產(chǎn)能的95%左右。2021年世界原鹽產(chǎn)量為2.7億噸，統(tǒng)計預測顯示，世界原鹽的總產(chǎn)銷量在今后的五、六年內(nèi)將以每年2~2.5%的幅度遞增，2021年將到達3.1~3.2億噸。表1-2為2021年~2021年世界主要國家原鹽產(chǎn)量。表1-2世界主要國家鹽產(chǎn)量單位：萬噸國別2021年2021年2021年2021年2021年中國51705820633568357275美國45104600445047304600德國18701860198016401650印度15501600160016001580加拿大14501500118014401400澳大利亞12401240114011001150墨西哥920850840880880全球合計245102502026055266852727國內(nèi)氯化鈉的生產(chǎn)現(xiàn)狀[5]近年來，受到我國鹽化工及下游行業(yè)快速開展的影響，我國對原鹽的需求也快速增加。從2021起，國內(nèi)原鹽的產(chǎn)能產(chǎn)量均列世界第一，2021年產(chǎn)量更是突破7500萬噸，達7524萬噸，且鹽的消費量達7130萬噸。表1-3是2021年國內(nèi)鹽消費的分配情況。表1-32021年國內(nèi)消費的分配情況行業(yè)方向用鹽量〔噸〕比例〔%〕兩堿行業(yè)5773食用鹽846小工業(yè)用鹽368出口鹽143國內(nèi)合計7130100從表1-3可以看出，我國原鹽的流向主要是兩堿行業(yè)，近年來，國內(nèi)兩堿行業(yè)高速開展，使目前兩堿行業(yè)用鹽的消費量已達總消費量的80%以上，因此，兩堿行業(yè)的需求將會直接影響原鹽產(chǎn)品的走勢。根據(jù)兩堿協(xié)會預計，“十二五〞末，燒堿產(chǎn)量將到達2800萬噸左右，純堿產(chǎn)量將到達2400萬噸左右，兩堿總用鹽量將到達7500萬噸左右。近年來，我國純堿產(chǎn)能一直保持在10%以上的增長速度開展，2021年產(chǎn)能約為2510萬t/a，產(chǎn)量為2000萬t/a，約占世界總產(chǎn)量的45%，已經(jīng)成為名副其實的世界第一純堿生產(chǎn)大國。而氨堿法制純堿是我國目前純堿生產(chǎn)的主要方法，但是該方法最大的缺點是廢液量特別大，每生產(chǎn)1噸純堿就會有大約10m3的廢液產(chǎn)生，且原鹽利用率低，不到30%，所以在廢液中含有大量的氯化鈉[3]附錄2.1實驗材料實驗的原材料由指導老師從青海金鋒實業(yè)采回的純堿副產(chǎn)物氯化鈉試樣。2.2實驗試劑及儀器2.2.1實驗試劑表2-1實驗試劑及規(guī)格名稱規(guī)格生產(chǎn)廠家乙二胺四乙酸二鈉AR天津永晟精細化工〔原盛淼精細化工公司〕氯化銨AR煙臺市雙雙化工濃氨水AR煙臺市雙雙化工氫氧化鈉AR天津永晟精細化工〔原盛淼精細化工公司〕鹽酸AR白銀良友化學試劑氯化鋇AR中國·萊陽市雙雙化工·山東無水碳酸鈉AR天津永晟精細化工〔原盛淼精細化工公司〕乙二胺四乙酸二鈉鎂AR上海中秦化學試劑氧化鈣AR上海中秦化學試劑氧化鋅PT上海中秦化學試劑氯化鈉AR天津市紅巖化學試劑廠無水乙醇AR天津市北聯(lián)精細化學品開發(fā)硝酸銀AR成都金山化學試劑表2-2實驗儀器及規(guī)格名稱規(guī)格生產(chǎn)廠家電子天平BSA1245-CW賽多利斯科學儀器〔北京〕箱式電阻爐控制箱SX-8-10天津市泰斯特儀器數(shù)顯恒溫水浴鍋HH-S6金壇市醫(yī)療儀器廠雙功能水浴恒溫振蕩器SHA-B江蘇金壇億通電子電熱套PTHW鄭州市亞榮儀器控溫磁力攪拌器HF3江蘇金壇億通電子電子顯微鏡北京泰克儀器電熱恒溫鼓風枯燥箱DGG—9053AD上海森信實驗儀器2.3實驗所需溶液、試劑的配制原料采用從青海金鋒實業(yè)取回的氯化鈉試樣、鉻黑T指示劑、鈣指示劑等，并配制各種實驗所需的溶液[6]。2.3.1PH=10的NH3—NH4Cl緩沖溶液稱取NH4Cl質(zhì)量約54g，放入500ml燒杯中，參加約200ml去離子水，攪拌加熱使完全溶解，轉(zhuǎn)移至1L容量瓶中。用量筒量取350ml濃氨水，轉(zhuǎn)移至1L容量瓶中，搖勻，參加去離子水，繼續(xù)搖勻，稀釋至刻度，備用。2.3.21+nHCl1+1HCl的配制：量取100ml濃鹽酸和100ml去離子水，倒入500ml燒杯中，搖勻，轉(zhuǎn)移至試劑瓶中，備用。1+2HCl的配制：量取100ml濃鹽酸和200ml去離子水，倒入500ml燒杯中，搖勻，轉(zhuǎn)移至試劑瓶中，備用。1mol/LHCl的配制：量取21ml的濃鹽酸，參加100ml去離子水，轉(zhuǎn)移至250ml的容量瓶中，搖勻，參加去離子水，繼續(xù)搖勻，稀釋至刻度，備用。2.3.32mol/LNaOH溶液用電子天平準確稱取40.0013gNaOH固體，倒入燒杯中，參加約100ml去離子水，攪拌溶解，轉(zhuǎn)移至500ml容量瓶中，搖勻，參加去離子水，繼續(xù)搖勻，稀釋至刻度，備用。4mol/L的乙二胺四乙酸二鈉鎂(Mg—EDTA)溶液用電子天平準確稱取17.2021g，置于500ml的燒杯中，轉(zhuǎn)移至1000ml的容量瓶中，搖勻，參加去離子水，繼續(xù)搖勻，稀釋至刻度，備用。用電子天平準確稱取2.4430g二水氯化鋇粉末，置于250ml的燒杯中，參加去離子水使其完全溶解，轉(zhuǎn)移至500ml的容量瓶中，稀釋至刻度，室溫放置24h，使用前過濾。2.3.65%鉻酸鉀溶液用電子天平準確稱取5g鉻酸鉀，溶于100ml去離子水中，攪拌下滴加硝酸銀溶液至呈現(xiàn)紅棕色沉淀，然后再常壓的條件下過濾，濾液即為5%的鉻酸鉀溶液，轉(zhuǎn)移至試劑瓶中，備用。2.3.7碳酸鈉溶液用電子天平準確稱取26.3192g無水碳酸鈉粉末，置于400ml燒杯中，參加150ml的去離子水使其完全溶解，轉(zhuǎn)移至500ml的容量瓶中，搖勻，參加去離子水，繼續(xù)搖勻，稀釋至刻度，備用。2.3.8氫氧化鈣溶液用電子天平準確稱取0.2288g氧化鈣粉末，置于100ml的燒杯中，小心的參加去離子水使其完全反響，靜置冷卻至室溫后，轉(zhuǎn)移至250ml的容量瓶中，搖勻，參加去離子水，繼續(xù)搖勻，稀釋至刻度，備用。2.3.9氧化鋅標準溶液取適量氧化鋅基準物置于坩堝中，在800℃下灼燒至恒重，然后用電子天平準確稱取0.8139g的氧化鋅，置于100ml的燒杯中，用少量的去離子水潤濕，滴加1+2的鹽酸至氧化鋅完全溶解，轉(zhuǎn)移至500ml容量瓶中，搖勻，參加去離子水，繼續(xù)搖勻，稀釋至刻度，備用。2mol/L的乙二胺四乙酸二鈉〔EDTA〕標準溶液EDTA標準溶液的配制：用電子天平稱取7.6g乙二胺四乙酸二鈉固體，倒入500ml燒杯中，參加約300ml去離子水，攪拌溶解，轉(zhuǎn)移至1L容量瓶中，搖勻，參加去離子水，繼續(xù)搖勻，稀釋至刻度。將配好的0.02mol/L的EDTA溶液倒入磨口瓶中，重復配置10次。EDTA標準溶液的標定：用移液管移取25ml標準氧化鋅溶液，置于100ml錐形瓶中，參加5ml緩沖溶液、參加約10mg〔綠豆大小〕鉻黑T指示劑，搖勻后，用EDTA溶液滴定至由酒紅色變至純藍色，即為終點，共做三組平行試驗。記錄EDTA的用量，計算出EDTA標準溶液對Mg2+的滴定度TEDTA/Mg2+。硝酸銀標準溶液的配制：用電子天平準確稱取84.9940g硝酸銀固體顆粒，溶于10L去離子水中，混合均勻后貯于棕色磨口瓶中，備用。硝酸銀標準溶液的標定：用移液管移取25ml的氯化鈉標準溶液，置于250ml的錐形瓶中，參加5滴鉻酸鉀指示劑，搖勻，然后用硝酸銀標準溶液滴定，直至呈現(xiàn)穩(wěn)定的淡桔紅色懸濁液，即為終點，共做三組平行實驗，且同時做空白試驗校正，記錄硝酸銀標準溶液的用量，計算出硝酸銀標準溶液對氯離子的滴定度。用電子天平準確稱取51.1526g的純堿副產(chǎn)物氯化鈉樣品，置于500ml燒杯中，參加300ml的去離子水，攪拌溶解，轉(zhuǎn)移至2000ml的容量瓶，搖勻，參加去離子水，繼續(xù)搖勻，稀釋至刻度，備用。用電子天平稱取一定量粉碎至2mm以下均勻的原樣品，準確至0.001g，置于已在140±2℃下恒重的稱量瓶中，斜開稱量瓶蓋，放入電烘箱內(nèi)的搪磁盤里，升溫至140℃枯燥2h，蓋上稱量瓶蓋，取出，移入枯燥其中，冷卻至室溫稱重，以后每次枯燥1h后稱重，直至兩次稱重之差不超過0.0005g，視為恒重，共做三組平行試驗水分含量的計算公式為：(2-1)式中：G1──枯燥前樣品加稱量瓶質(zhì)量，g；G2──枯燥后樣品加稱量瓶質(zhì)量，g；W──稱取樣品質(zhì)量，g。2.4.2水不溶物含量的測定方法用電子天平稱取一定量粉碎至2mm以下均勻的原樣品，準確至0.001g，置于400ml燒杯中，加150ml去離子水，在不斷攪拌下加熱至近沸，使樣品全部溶解，靜置溫熱10min，用已于110±2℃恒重的玻璃坩堝抽濾，傾瀉溶液，洗滌不容物2~3次，然后將不容物全部轉(zhuǎn)入玻璃坩堝中，并用去離子水洗滌至濾液中無氯離子〔在硝酸介質(zhì)中用硝酸銀檢驗〕。沖洗坩堝外壁，將坩堝置于電烘箱中搪瓷盤內(nèi)，升溫至110℃枯燥1h，取出移入枯燥器中，冷卻至室溫稱重，以后每次枯燥30min稱重，直至兩次稱重之差不超過0.0002g，視為恒重，共做組三組平行試驗[8]、[12水不溶物含量的計算公式為：(2-2)式中：G1──玻璃坩堝加水不溶物質(zhì)量，g；G2──玻璃坩堝質(zhì)量，g；W──稱取樣品質(zhì)量，g。鈣鎂總量的測定：用移液管移取25ml的樣品溶液，置于150ml的錐形瓶中，參加5ml的緩沖溶液、參加約10mg〔綠豆大小〕鉻黑T指示劑，搖勻后，用EDTA溶液滴定至由酒紅色變至純藍色，即為終點，記錄EDTA的用量，共做組三組平行試驗。鈣含量的測定：用移液管移另取25ml的樣品溶液，置于150ml的錐形瓶中，參加2ml2mol/L氫氧化鈉溶液、參加約10mg〔綠豆大小〕的鈣指示劑，搖勻后，用EDTA溶液滴定至由酒紅色變至純藍色，即為終點，記錄EDTA的用量，共做組三組平行試驗[9]、[12]。鈣離子含量的計算公式為：(2-3)式中：V1──滴定鈣離子EDTA標準溶液用量，ml；──EDTA標準溶液對鈣離子的滴定度，g/ml；W──所取樣品質(zhì)量，g。鎂離子含量的計算公式為：(2-4)式中：V1──滴定鈣離子EDTA標準溶液用量，ml；V2──滴定鈣、鎂離子EDTA標準溶液總用量，ml；──EDTA標準溶液對鎂離子的滴定度，g/ml；W──所取樣品質(zhì)量，g。式〔2-3〕中的計算公式為：〔2-5〕式中：1.649──鎂離子換算為鈣離子的系數(shù)；──EDTA標準溶液對鈣離子的滴定度，g/ml；──EDTA標準溶液對鎂離子的滴定度，g/ml。式〔2-4〕中的計算公式為：(2-6)式中：V──滴定氧化鋅標準溶液用去EDTA標準溶液量，ml；W──稱取氧化鋅的質(zhì)量，g；0.2987──氧化鋅換算為鎂離子的系數(shù)；──EDTA標準溶液對鎂離子的滴定度，g/ml。2.4.4硫酸根離子含量的測定方法(EDTA絡(luò)合滴定法)將配制好的氯化鋇溶液進行標定：用移液管移取10ml已經(jīng)過濾的氯化鋇溶液，置于250ml的錐形瓶中，參加10ml的Mg—EDTA溶液、參加10ml無水乙醇、參加5ml的緩沖溶液、參加約10mg〔綠豆大小〕鉻黑T指示劑，搖勻后，用EDTA溶液滴定至由酒紅色變至純藍色，即為終點，記錄EDTA的用量，共做組三組平行試驗。硫酸根離子含量的滴定：用移液管移取25ml的樣品溶液，置于250ml的容量瓶，參加1mol/L鹽酸2滴、參加10ml氯化鋇溶液、攪拌片刻后，靜置5min、參加10ml的Mg—EDTA溶液、參加15ml無水乙醇、參加5ml的緩沖溶液、參加約10mg〔綠豆大小〕鉻黑T指示劑，搖勻后，用EDTA溶液滴定至由酒紅色變至純藍色，即為終點，記錄EDTA的用量，共做組三組平行試驗[10]、[12]。硫酸根離子含量的計算公式為：(2-7)式中：V1──滴定10.00ml氯化鋇溶液EDTA標準溶液的用量，ml；V2──滴定鈣、鎂離子總量EDTA標準溶液的用量，ml；V3──滴定硫酸根離子EDTA標準溶液的用量，ml；W──所取樣品質(zhì)量，g；──EDTA標準溶液對硫酸根離子的滴定度，g/ml。式〔2-7〕中的就算公式為：〔2-8〕式中：──EDTA標準溶液對鎂離子的滴定度，g/ml；3.9515──鎂離子換算為硫酸根的系數(shù)。用移液管移取50ml的樣品溶液，置于250ml容量瓶中，加去離子水，稀釋至刻度，搖勻，備用。用移液管移取25ml已經(jīng)稀釋的樣品溶液，置于100ml的錐形瓶中，參加5滴鉻酸鉀指示劑，搖勻后，用硝酸銀標準溶液滴定，直至呈現(xiàn)穩(wěn)定的淡桔紅色懸濁液，即為終點，共做三組平行實驗，且同時做空白試驗校正，記錄硝酸銀標準溶液的用量[11]。氯離子含量的計算公式為：(2-9)式中：V──硝酸銀標準溶液的用量，ml；V0──空白試驗硝酸銀標準溶液的用量，ml；──硝酸銀標準溶液對氯離子的滴定度，g/ml；W──所取樣品質(zhì)量，g。式〔2-9〕中的計算公式為：〔2-10〕式中：V──硝酸銀標準溶液的用量，mlV0──標定硝酸銀標準溶液時空白試驗硝酸銀標準溶液的用量，ml；W──稱取氯化鈉基準物的質(zhì)量，g；p──氯化鈉基準物的純度，%；──硝酸銀標準溶液對氯離子的滴定度，g/ml。在微小的燒杯中參加1ml的樣品溶液，再加上1ml0.5mol/L的硫酸，然后蓋上外表皿，外表皿上貼有一小塊濾紙，濾紙上滴加酚酞試液5滴，再滴加飽和碳酸鈉溶液到恰使酚酞試劑變紅，放置5min后觀察，紅色是否退去。如果紅色退去，說明樣品中含有碳酸根離子；如果紅色沒有退去，說明樣品中沒有碳酸根離子。鈉離子含量的測定主要是通過其所在的溶液中各種離子守恒計算而得的。氯離子的計算公式為：(2-11)式中：──鈉離子的摩爾數(shù)，mol；──鈉離子的質(zhì)量分數(shù)，g/mol；──所取樣品質(zhì)量，g。式〔2-11〕中的計算公式為：(2-12)式中：──鈉離子的摩爾數(shù)，mol；──氯離子的摩爾數(shù)，mol；──鈣離子的摩爾數(shù)，mol；──鎂離子的摩爾數(shù)，mol；──硫酸根離子的摩爾數(shù)，mol；──碳酸根離子的摩爾數(shù)，mol。通過分析可知，對所需提純的氯化鈉樣品，只需除去其中的水分、水不溶物和可溶性鈣鎂鹽，提高樣品中氯化鈉的百分之含量，使其到達工業(yè)用鹽的要求即可。本實驗采用石灰—純堿法的苛化一步法除去樣品中的鈣、鎂離子，即同時參加〔先讓反響生成苛化液〕，使鎂生成沉淀，使鈣生成沉淀，從而到達除去鈣、鎂的目的[2]。其化學反響方程式為：圖2-1化學沉淀法提純純堿法產(chǎn)物氯化鈉的試驗方案化學沉淀法提純氯化鈉的單因素實驗[16]通過改變沉淀劑的用量、反響溫度、反響時間、攪拌強度等操作條件，探討各因素對除鈣、鎂離子效果的影響?！?〕氫氧化鈣沉淀劑用量的影響取5個250ml的錐形瓶，標號為1、2、3、4、5，用電子天平分別稱取5g的氯化鈉樣品置于其中〔準確至0.0001g〕，參加25ml去離子水使其完全溶解，然后置于35℃條件下的數(shù)顯恒溫水浴鍋中加熱。同時取5個100ml的錐形瓶，標號為A、B、C、D、E，用移液管分別移取按氫氧化鈣與鎂離子反響的比例為1.0、1.1、1.2、1.3、1.4的氫氧化鈣沉淀劑置于其中；再用移液管分別移取按碳酸鈉與鈣離子反響的比例為1.2的碳酸鈉沉淀劑參加到A、B、C、D、E五個錐形瓶中。然后將A、B、C、D、E五個錐形瓶置于35℃條件下的數(shù)顯恒溫水浴鍋中進行苛化反響。等苛化反響10min后，將A、B、C、D、E五個錐形瓶中苛化液，按標號為1、2、3、4、5對應的參加其中。然后將標號為1、2、3、4、5的5個錐形瓶置于35℃，盤旋速為90轉(zhuǎn)的雙功能水域恒溫振蕩中反響30min。取出冷卻至室溫后常壓過濾至另外標號為a、b、c、d、e的5個250ml的錐形瓶中，然后再向濾液中參加10ml1mol/L的鹽酸，中和過量的氫氧根離子和碳酸根離子。然后將濾液加熱蒸干，將得到的固體產(chǎn)物在80℃條件下的電烘箱中烘1h，取出來后放在枯燥器中冷卻，待冷卻至室溫后用電子天平分別稱取〔2〕碳酸鈉沉淀劑用量的影響取5個250ml的錐形瓶，標號為1、2、3、4、5，用電子天平分別稱取5g的氯化鈉樣品置于其中〔準確至0.0001g〕，參加25ml去離子水使其完全溶解，然后置于35℃條件下的數(shù)顯恒溫水浴鍋中加熱。同時取5個100ml的錐形瓶，標號為A、B、C、D、E，用移液管分別移取按氫氧化鈣與鎂離子反響的比例為1.2的氫氧化鈣沉淀劑參加其中；再用移液管分別移取按碳酸鈉與鈣離子反響的比例為1.0、1.1、1.2、1.3、1.4的碳酸鈉沉淀劑參加到A、B、C、D、E五個錐形瓶中。然后將A、B、C、D、E五個錐形瓶置于35℃條件下的數(shù)顯恒溫水浴鍋中進行苛化反響。等苛化反響10min后，將A、B、C、D、E五個錐形瓶中苛化液，按標號為1、2、3、4、5對應的參加其中。然后將標號為1、2、3、4、5的5個錐形瓶置于35℃，盤旋速為90轉(zhuǎn)的雙功能水域恒溫振蕩中反響30min。取出冷卻至室溫后常壓過濾至另外標號為a、b、c、d、e的5個250ml的錐形瓶中，然后再向濾液中參加10ml1mol/L的鹽酸，中和過量的氫氧根離子和碳酸根離子。然后將濾液加熱蒸干，將得到的固體產(chǎn)物在80℃條件下的電烘箱中烘1h，取出來后放在枯燥器中冷卻，待冷卻至室溫后用電子天平分別稱取〔3〕反響溫度的影響取5個250ml的錐形瓶，標號為1、2、3、4、5，用電子天平分別稱取5g的氯化鈉樣品置于其中〔準確至0.0001g〕，參加25ml去離子水使其完全溶解，然后分別置于25℃、30℃、35℃、40℃、45℃條件下的數(shù)顯恒溫水浴鍋中加熱。同時取5個100ml的錐形瓶，標號為A、B、C、D、E，用移液管分別移取按氫氧化鈣與鎂離子反響的比例為1.2的氫氧化鈣沉淀劑置于其中；再用移液管分別移取按碳酸鈉與鈣離子反響的比例為1.3的碳酸鈉沉淀劑參加到A、B、C、D、E五個錐形瓶中。然后將A、B、C、D、E五個錐形瓶分別置于25℃、30℃、35℃、40℃、45℃條件下的數(shù)顯恒溫水浴鍋中進行苛化反響。等苛化反響10min后，將A、B、C、D、E五個錐形瓶中苛化液，按標號為1、2、3、4、5對應的參加其中。然后將標號為1、2、3、4、5的5個錐形瓶分別置于25℃、30℃、〔4〕攪拌強度的影響取5個250ml的錐形瓶，標號為1、2、3、4、5，用電子天平分別稱取5g的氯化鈉樣品置于其中〔準確至0.0001g〕，參加25ml去離子水使其完全溶解，然后置于35℃條件下的數(shù)顯恒溫水浴鍋中加熱。同時取5個100ml的錐形瓶，標號為A、B、C、D、E，用移液管分別移取按氫氧化鈣與鎂離子反響的比例為1.2的氫氧化鈣沉淀劑置于其中；再用移液管分別移取按碳酸鈉與鈣離子反響的比例為1.3的碳酸鈉沉淀劑參加到A、B、C、D、E五個錐形瓶中。然后將A、B、C、D、E五個錐形瓶置于35℃條件下的數(shù)顯恒溫水浴鍋中進行苛化反響。等苛化反響10min后，將A、B、C、D、E五個錐形瓶中苛化液，按標號為1、2、3、4、5對應的參加其中。然后將標號為1、2、3、4、5的5個錐形瓶置于35℃，盤旋速分別為60轉(zhuǎn)、75轉(zhuǎn)、90轉(zhuǎn)、105轉(zhuǎn)、120轉(zhuǎn)的雙功能水域恒溫振蕩中反響30min。取出冷卻至室溫后常壓過濾至另外標號為a、b、c、d、e的5個250ml的錐形瓶中，然后再向濾液中參加10ml1mol/L的鹽酸，中和過量的氫氧根離子和碳酸根離子。然后將濾液加熱蒸干，將得到的固體產(chǎn)物在80℃〔5〕反響時間的影響取5個250ml的錐形瓶，標號為1、2、3、4、5，用電子天平分別稱取5g的氯化鈉樣品置于其中〔準確至0.0001g〕，參加25ml去離子水使其完全溶解，然后置于35℃條件下的數(shù)顯恒溫水浴鍋中加熱。同時取5個100ml的錐形瓶，標號為A、B、C、D、E，用移液管分別移取按氫氧化鈣與鎂離子反響的比例為1.2的氫氧化鈣沉淀劑置于其中；再用移液管分別移取按碳酸鈉與鈣離子反響的比例為1.3的碳酸鈉沉淀劑參加到A、B、C、D、E五個錐形瓶中。然后將A、B、C、D、E五個錐形瓶置于35℃條件下的數(shù)顯恒溫水浴鍋中進行苛化反響。等苛化反響10min后，將A、B、C、D、E五個錐形瓶中苛化液，按標號為1、2、3、4、5對應的參加其中。然后將標號為1、2、3、4、5的5個錐形瓶置于35℃，盤旋速為90轉(zhuǎn)的雙功能水域恒溫振蕩中分別反響20min、25min、30min、35min、40min。取出冷卻至室溫后常壓過濾至另外標號為a、b、c、d、e的5個250ml的錐形瓶中，然后再向濾液中參加10ml1mol/L的鹽酸，中和過量的氫氧根離子和碳酸根離子。然后將濾液加熱蒸干，將得到的固體產(chǎn)物在80℃化學沉淀法提純氯化鈉的正交實驗[13]通過以上各單因素實驗，確定最正確工藝條件，但是對于實驗因素的最優(yōu)水平、各因素的主次順序、最優(yōu)水平組合及影響顯著水平尚不清楚，需要通過正交實驗來確定。參考單因素實驗的結(jié)果，選擇影響顯著的3個因素進行正交實驗，在影響因素變化范圍內(nèi)，每個因素均取3水平，選用正交表L9，需作9次實驗。以純堿副產(chǎn)物氯化鈉為研究對象進行正交實驗，對實驗中取得的各種數(shù)據(jù)進行分析，從數(shù)據(jù)中直接選出符合期望的最正確實驗條件。用EDTA標準溶液滴定分析剩余的鈣、鎂離子的含量，并進行針對剩余的鈣、鎂離子含量的極差分析、方差分析，找出因素主次順序、最優(yōu)組合以及影響顯著的因素。通過單因素實驗和正交試驗，從中選出最正確工藝組合組進行各組分含量的分析測定。用電子天平準確稱取一定量的氯化鈉樣品，參加去離子水使其完全溶解，然后在最正確工藝組合的條件下，除去各種雜質(zhì)，然后蒸干。最后用電子天平準確稱取一定量的提純物，對其水分、不容物、鈣鎂離子含量、硫酸根離子含量、氯離子含量、鈉離子含量、氯化鈉含量的測定。重結(jié)晶是使將晶體溶于溶劑或熔融以后，又重新從溶液或熔體中結(jié)晶出來的過程，又稱為再結(jié)晶。而固體混合物在溶劑中的溶解度與溫度有密切的關(guān)系。一般是溫度升高，溶解度增大。利用溶劑對被提純物質(zhì)及雜質(zhì)的溶解度不同，可以使被提純物從過飽和溶液中析出，而讓雜質(zhì)全部或局部仍留在溶液中，或者相反，從而到達別離、提純的目的[4]。圖2-2重結(jié)晶法提純純堿副產(chǎn)物氯化鈉的試驗方案重結(jié)晶法提純氯化鈉的單因素實驗[4]、[14]、[15]通過改變冷卻溫度、結(jié)晶次數(shù)等操作條件，探討各因素對除鈣、鎂離子效果的影響。一次結(jié)晶在不同冷卻溫度下對重結(jié)晶效果的影響取4個250ml的錐形瓶，標號為1、2、3、4，用電子天平分別稱取39g的氯化鈉樣品置于其中〔準確至0.0001g〕，參加120ml去離子水，然后在90℃近沸的條件下使其完全溶解，制成熱飽和溶液，然后在常壓條件熱過濾到標號為1、2、3、4的4個250ml的燒杯中，除去不溶性雜質(zhì)，將盛有濾液的燒杯置于電熱套中，在近沸的條件下蒸發(fā)局部溶劑，待到有局部晶體析出時，將燒杯取出，分別置于15℃、20℃、25℃、30℃的恒溫水浴條件下進行冷卻結(jié)晶。待冷卻后進行抽濾，用無水乙醇洗滌晶體2~3次，將晶體置于80二次結(jié)晶在不同冷卻溫度下對重結(jié)晶效果的影響取4個250ml的錐形瓶，標號為1、2、3、4，用電子天平分別稱取一定量的一次晶體置于其中〔準確至0.0001g〕，參加能使這些晶體在近沸時完全溶解的去離子水，然后再多加20%的去離子水，然后在90℃近沸的條件下使其完全溶解，制成熱飽和溶液，然后在常壓條件熱過濾到標號為1、2、3、4的4個250ml的燒杯中，除去不溶性雜質(zhì)，將盛有濾液的燒杯置于電熱套中，在近沸的條件下蒸發(fā)局部溶劑，待到有局部晶體析出時，將燒杯取出，分別置于15℃、20℃、25℃、30℃的恒溫水浴條件下進行冷卻結(jié)晶。待冷卻后進行抽濾，用無水乙醇洗滌晶體2~3次，將晶體置于80三次結(jié)晶在不同冷卻溫度下對重結(jié)晶效果的影響取4個250ml的錐形瓶，標號為1、2、3、4，用電子天平分別稱取一定量的二次晶體置于其中〔準確至0.0001g〕，參加能使這些晶體在近沸時完全溶解的去離子水，然后再多加20%的去離子水，然后在90℃近沸的條件下使其完全溶解，制成熱飽和溶液，然后在常壓條件熱過濾到標號為1、2、3、4的4個250ml的燒杯中，除去不溶性雜質(zhì)，將盛有濾液的燒杯置于電熱套中，在近沸的條件下蒸發(fā)局部溶劑，待到有局部晶體析出時，將燒杯取出，分別置于15℃、20℃、25℃、30℃的恒溫水浴條件下進行冷卻結(jié)晶。待冷卻后進行抽濾，用無水乙醇洗滌晶體2~3次，將晶體置于80四次結(jié)晶在不同冷卻溫度下對重結(jié)晶效果的影響取4個250ml的錐形瓶，標號為1、2、3、4，用電子天平分別稱取一定量的三次晶體置于其中〔準確至0.0001g〕，參加能使這些晶體在近沸時完全溶解的去離子水，然后再多加20%的1去離子水，然后在90℃近沸的條件下使其完全溶解，制成熱飽和溶液，然后在常壓條件熱過濾到標號為1、2、3、4的4個250ml的燒杯中，除去不溶性雜質(zhì)，將盛有濾液的燒杯置于電熱套中，在近沸的條件下蒸發(fā)局部溶劑，待到有局部晶體析出時，將燒杯取出，分別置于15℃、20℃、25℃、30℃的恒溫水浴條件下進行冷卻結(jié)晶。待冷卻后進行抽濾，用無水乙醇洗滌晶體2~3次，將晶體置于80重結(jié)晶法提純氯化鈉的正交實驗[4]、[15]通過以上各單因素實驗，確定最正確工藝條件，但是對于實驗因素的最優(yōu)水平、各因素的主次順序、最優(yōu)水平組合及影響顯著水平尚不清楚，需要通過正交實驗來確定。參考單因素實驗的結(jié)果，選擇影響顯著的2個因素進行正交實驗，在影響因素變化范圍內(nèi)，每個因素均取3水平，進行二因素三水平的正交試驗，選用正交表L9即可滿足實驗要求，需作9次實驗。以純堿副產(chǎn)物氯化鈉為研究對象進行正交實驗，對實驗中取得的各種數(shù)據(jù)進行分析，從數(shù)據(jù)中直接選出符合期望的最正確實驗條件。針對剩余的鈣鎂總量、氯化鈉含量、氯化鈉收率的極差分析、方差分析，找出因素主次順序、最優(yōu)組合以及影響顯著的因素。最正確組合組各組分含量的測定[13]通過單因素實驗和正交試驗，從中選出最正確工藝組合組進行各組分含量的分析測定。用電子天平準確稱取一定量的氯化鈉樣品，參加去離子水使其完全溶解，然后在最正確工藝組合的條件下，進行重結(jié)晶，然后將晶體烘干。最后用電子天平準確稱取一定量的提純物，對其水分、不容物、鈣鎂離子含量、硫酸根離子含量、氯離子含量、鈉離子含量、氯化鈉含量的測定。3．結(jié)果與討論通過對樣品中各種組分含量的測定可得到各組分的含量分配情況，見圖3-1。圖3-1原樣品中各組分的質(zhì)量分數(shù)實驗檢測結(jié)果說明：從青海金鋒實業(yè)采回的純堿副產(chǎn)物氯化鈉試樣中，主要成分是氯化鈉、水分和可溶性鈣鎂鹽，水不溶物和硫酸根離子的含量很少，碳酸根離子的含量為0，其中氯化鈉的含量達90.5246%。查閱資料[17]可知，對于精致工業(yè)鹽而言，本實驗所用樣品的硫酸根離子和碳酸根離子的純度已經(jīng)到達工業(yè)用鹽優(yōu)級純的要求，不需要對其再進行提純處理。但是氯化鈉、水分、水不溶物和可溶性鈣鎂鹽的含量遠遠達不到工業(yè)用鹽的指標，所以需要對這些組分進行進一步的別離提純，直至到達工業(yè)用鹽標準為止。氫氧化鈣沉淀劑用量對除去鈣、鎂離子的實驗效果見圖3-2和圖3-3。圖3-2氫氧化鈣沉淀劑用量對除鈣效果的影響圖3-3氫氧化鈣沉淀劑用量對除鎂效果的影響實驗結(jié)果說明，氫氧化鈣沉淀劑用量的大小對除去樣品中的鈣、鎂離子有著直接顯著的影響。隨著氫氧化鈣沉淀劑用量的增加，鈣離子的剩余含量逐漸降低，最后趨于平緩；鎂離子的剩余含量也逐漸降低，最后趨于平緩。因為氫氧化鈣用量越大，在生成的苛化液中氫氧化鈉的含量就會越多，使得鎂離子反響生成氫氧化鎂更加徹底；對于鈣離子，由于與碳酸鈉反響生成碳酸鈣沉淀，使得鈣離子剩余量變少。但是由于溶解度的影響，使得鈣、鎂離子含量降到最低點后趨于不變，所以氫氧化鈣沉淀劑的參加量不是越多越好。綜上，在實驗條件下，氫氧化鈣沉淀劑的參加量應按氫氧化鈣與鎂離子反響的比例為1.2參加時，鈣、鎂離子的除去效果是最正確的，最終鈣、鎂離子的剩余含量分別為0.135830%和0.001307%。碳酸鈉沉淀劑用量對除去鈣、鎂離子的實驗效果見圖3-4和圖3-5。圖3-4碳酸鈉沉淀劑用量對除鈣效果的影響圖3-5碳酸鈉沉淀劑用量對除鎂效果的影響實驗結(jié)果說明，碳酸鈉沉淀劑用量的大小對除去樣品中的鈣、鎂離子有著直接顯著的影響。隨著碳酸鈉沉淀劑用量的增加，鈣離子的剩余含量逐漸降低，最后趨于平緩；鎂離子的剩余含量也逐漸降低，最后趨于平緩。因為碳酸鈉用量越大，在生成的苛化液中碳酸鈉的含量就會越多，使得鈣離子反響生成碳酸鈣更加徹底；對于鎂離子，由于與苛化液中的氫氧化鈉反響生成氫氧化鎂沉淀，使得鎂離子剩余量變少。但是由于溶解度的影響，使得鈣、鎂離子含量降到最低點后趨于不變，所以碳酸鈉沉淀劑的參加量不是越多越好。綜上，在實驗條件下，碳酸鈉沉淀劑的參加量應按碳酸鈉與鈣離子反響的比例為1.3參加時，鈣、鎂離子的除去效果是最正確的，最終鈣、鎂離子的剩余含量分別為0.128283%和0.001307%。反響溫度對除去鈣、鎂離子的實驗效果見圖3-6和圖3-7。圖3-6反響溫度對除鈣效果的影響圖3-7反響溫度對除鎂效果的影響實驗結(jié)果說明，反響溫度對除去樣品中的鈣、鎂離子有著直接顯著的影響。隨著反響溫度的升高，鈣離子的剩余含量逐漸降低，最后趨于平緩；鎂離子的剩余含量也逐漸降低，最后趨于平緩。因為反響溫度越大，反響活化能就越大，使得鈣、鎂離子的反響速率就越快，生成碳酸鈣和氫氧化鎂更加徹底。但是由于溶解度的影響，使得鈣、鎂離子含量降到最低點后趨于不變，所以反響溫度不是越高越好。綜上，在實驗條件下，反響溫度在40℃時攪拌強度對除去鈣、鎂離子的實驗效果見圖3-8和圖3-9。圖3-8攪拌強度對除鈣效果的影響圖3-9攪拌強度對除鎂效果的影響實驗結(jié)果說明，攪拌強度對除去樣品中的鈣、鎂離子有著直接顯著的影響。隨著攪拌強度的加劇，鈣離子的剩余含量逐漸降低，最后趨于平緩；鎂離子的剩余含量也逐漸降低，最后趨于平緩。因為攪拌強度的增加，使得反響物接觸的比較充分，提高了鈣、鎂離子的反響速率就越快，生成碳酸鈣和氫氧化鎂更加徹底。但是由于溶解度的影響，使得鈣、鎂離子含量降到最低點后趨于不變，所以攪拌強度不是越高越好。綜上，在實驗條件下，反響溫度在75盤旋數(shù)時，鈣、鎂離子的除去效果是最正確的，最終鈣、鎂離子的剩余含量分別為0.131517%和0.001307%。反響時間對除去鈣、鎂離子的實驗效果見圖3.10和圖3-11。圖3-10反響時間對除鈣效果的影響圖3-11反響時間對除鎂效果的影響實驗結(jié)果說明，反響時間對除去樣品中的鈣、鎂離子有著直接顯著的影響。隨著反響時間的延長，鈣、鎂離子的剩余含量逐漸降低，最后趨于平緩；鎂離子的剩余含量也逐漸降低，最后趨于平緩。因為反響時間的增加，使得反響物接觸的比較充分，使反響更加充分。但是由于溶解度的影響，使得鈣、鎂離子含量降到最低點后趨于不變，所以反響時間不是越長越好。綜上，在實驗條件下，反響時間在25min時，鈣、鎂離子的除去效果是最正確的，最終鈣、鎂離子的剩余含量分別為0.130439%和0.001307%。通過以上單因素實驗，考查改變沉淀劑的用量、反響溫度、反響時間、攪拌強度等操作條件來探討各因素對除去鈣、鎂離子效果的影響。綜合各方面考慮，正交實驗選L9(34)；攪拌強度75盤旋數(shù)；反響時間為25min；氫氧化鈣沉淀劑的參加量〔A因素〕按氫氧化鈣與鎂離子反響的比例為1.1、1.2、1.3參加；碳酸鈉沉淀劑的參加量〔B因素〕按碳酸鈉與鈣離子反響的比例為1.2、1.3、1.4參加；反響溫度〔C因素〕為35℃、40℃、表3-1化學沉淀實驗正交表序號氫氧化鈣沉淀劑參加量碳酸鈉沉淀劑參加量反響溫度/℃135240345440545635745835940針對剩余鈣離子含量、鎂離子含量、鈣鎂離子總量的優(yōu)組合分析見表3-2、表3-3、表3-4所示。表3-2剩余鈣離子含量的優(yōu)組合分析表序號氫氧化鈣沉淀劑參加量碳酸鈉沉淀劑參加量反響溫度〔℃〕鈣含量〔%〕135240345440545635745835940K1K2K3k1k2k3極差R主次順序C>B>A優(yōu)水平A2B3C2優(yōu)組合A2B3C表3-3剩余鎂離子含量的優(yōu)組合分析表序號氫氧化鈣沉淀劑參加量碳酸鈉沉淀劑參加量反響溫度〔℃〕鎂含量〔%〕135240345440545635745835940K1K2續(xù)表3-3序號氫氧化鈣沉淀劑參加量碳酸鈉沉淀劑參加量反響溫度〔℃〕鎂含量〔%〕K3k1k2k3極差R主次順序A>C>B優(yōu)水平A3B2C3優(yōu)組合A3B2C表3-4剩余鈣鎂離子總量的優(yōu)組合分析表序號氫氧化鈣沉淀劑參加量碳酸鈉沉淀劑參加量反響溫度〔℃〕鈣鎂總量〔%〕135240345440545635745835940K1K2K3k1k2k3極差R主次順序C>B>A優(yōu)水平A2B3C2優(yōu)組合A2B3C針對剩余鈣離子含量、鎂離子含量、鈣鎂離子總量的方差分析見表3-5、表3-6、表3-7、表3-8、表3-9、表3-10所示。表3-5剩余鈣離子含量的實驗方差及結(jié)果分析表序號氫氧化鈣沉淀劑參加量碳酸鈉沉淀劑參加量反響溫度〔℃〕空列鈣含量〔%〕135124023453440354516352745283539401K1K2K3K12K22K32表3-6影響剩余鈣離子含量因素的顯著性分析表變異來源偏差平方和自由度方差F值Fa〔臨界值〕顯著水平A2B2*C2*誤差e2合計8F檢驗結(jié)果說明，因素B、C為顯著，因素A不顯著，因素主次順序：C-B-A。表3-7剩余鎂離子含量的實驗方差及結(jié)果分析表序號氫氧化鈣沉淀劑參加量碳酸鈉沉淀劑參加量反響溫度〔℃〕空列鎂含量〔%〕13512402345344035451635274528353續(xù)表3-7序號氫氧化鈣沉淀劑參加量碳酸鈉沉淀劑參加量反響溫度〔℃〕空列鎂含量〔%〕9401K1K2K3K12K22K32表3-8影響剩余鎂離子含量因素的顯著性分析表變異來源偏差平方和自由度方差F值Fa〔臨界值〕顯著水平A2*B2C2*誤差e2合計8F檢驗結(jié)果說明，因素A、C為顯著，因素B不顯著，因素主次順序：A-C-B。表3-9剩余鈣鎂離子總量的實驗方差及結(jié)果分析表序號氫氧化鈣沉淀劑參加量碳酸鈉沉淀劑參加量反響溫度〔℃〕空列鈣鎂總量〔%〕135124023453440354516352745283539401K1K2K3K12K22K32表3-10影響剩余鈣鎂離子總量因素的顯著性分析表變異來源偏差平方和自由度方差F值Fa〔臨界值〕顯著水平A2B2*C2*誤差e2合計8F檢驗結(jié)果說明，因素B、C為顯著，因素A不顯著，因素主次順序：C-B-A。以上對正交實驗進行了極差分析和方差分析，考慮到剩余鈣鎂總量是主要參考指標，剩余鈣離子、離子含量是輔助參考指標，所以最終結(jié)果以剩余鈣鎂總量的計算結(jié)果為準，在最優(yōu)水平組合下的剩余鈣鎂總量為0.112668%。但是應用于實際生產(chǎn)中時，剩余鈣離子含量、剩余鎂離子含量和剩余鈣鎂總量都是主要參考指標，需要綜合考慮分析最終得到最優(yōu)結(jié)果。在最優(yōu)組合的條件下進行化學沉淀得出的產(chǎn)品中各個組分的含量見圖3-12所示。圖3-12化學沉淀法產(chǎn)品中各組分的質(zhì)量分數(shù)實驗結(jié)果說明，通過化學沉淀法提純純堿副產(chǎn)物氯化鈉后，得到的產(chǎn)品質(zhì)量非常好，到達工業(yè)用鹽的要求，其中氯化鈉的含量到達99.514646%。冷卻溫度和結(jié)晶次數(shù)對除鈣、鎂離子、氯化鈉含量、氯化鈉收率效果的影響見圖3-13、圖3-14、圖3-15。圖3-13冷卻溫度和結(jié)晶次數(shù)對剩余鈣鎂總量的影響圖3-14冷卻溫度和結(jié)晶次數(shù)對氯化鈉含量的影響圖3-15冷卻溫度和結(jié)晶次數(shù)對氯化鈉收率的影響實驗結(jié)果說明：對于剩余鈣鎂總量而言，隨著冷卻溫度的升高，鈣鎂總剩余量呈下降的趨勢；對于氯化鈉含量而言，隨著冷卻溫度的升高，氯化鈉含量呈上升的趨勢，而隨著結(jié)晶次數(shù)的增加，氯化鈉含量也呈上升趨勢；對于氯化鈉收率而言，隨著冷卻溫度的升高，氯化鈉收率呈下降的趨勢，而對于結(jié)晶次數(shù)的增加，氯化鈉的收率急劇的下降。因為隨著冷卻溫度的升高，受到溶解度的影響，氯化鈉的析出量比在低溫時減少，而對于可溶性鈣鎂鹽的溶解度就更大，從而使得晶體中剩余的鈣鎂總量隨著溫度的升高而降低，同時由于剩余鈣鎂總量降低，使得晶體中氯化鈉的含量有所增高，但是由于析出的晶體量減少，使得氯化鈉的收率下降；而隨著結(jié)晶次數(shù)的增加，由于每次都有一局部的雜質(zhì)溶在母液中而除去，使得晶體中剩余的鈣鎂總量一次比一次少，所以隨著結(jié)晶次數(shù)的增加，晶體中剩余的鈣鎂總量逐次降低，使得晶體中氯化鈉的含量逐次增高，但是由結(jié)晶次數(shù)的增加，每次都要有一局部的晶體溶在溶劑中，隨著母液的除去而損失掉，導致氯化鈉的收率急劇的降低。正交表[13]通過以上單因素實驗，考查改變冷卻溫度和結(jié)晶次數(shù)等操作條件來探討各因素對除去對除鈣、鎂離子、氯化鈉含量、氯化鈉收率效果的影響。綜合各方面考慮，正交實驗選擇L9(34)即可滿足實驗的要求；冷卻溫度〔A因素〕為15℃、20℃、表3-11重結(jié)晶實驗正交表序號冷卻溫度〔A〕/℃結(jié)晶次數(shù)〔B〕/次11512152315342015202620372518252925正交表實驗結(jié)果極差分析[13]針對剩余鈣鎂離子總量、氯化鈉含量、氯化鈉收率的優(yōu)組合分析見表3-12、表3-13、表3-14所示。表3-12剩余鈣鎂離子總量的優(yōu)組合分析表序號冷卻溫度〔A〕/℃結(jié)晶次數(shù)〔B〕/次鈣鎂總量〔%〕11510.59733621520.52220631530.33439442010.56531852020.39318362030.21774872510.47423982520.32790592530.214321續(xù)表3-12序號冷卻溫度〔A〕/℃結(jié)晶次數(shù)〔B〕/次鈣鎂總量〔%〕K11.4539361.636893K21.1762491.243293K31.0164640.766463k10.4846450.545631k20.3920830.414431k30.3388210.255488極差R0.1458240.290143主次順序B>A優(yōu)水平A3B3優(yōu)組合A3B3表3-13氯化鈉含量的優(yōu)組合分析表序號冷卻溫度〔A〕/℃結(jié)晶次數(shù)〔B〕/次氯化鈉含量〔%〕115197.537450215298.056907315398.800124420197.611239520298.654798620399.150834725198.587489825299.152596925399.379104K1294.394482293.736179K2295.416871295.864301K3297.119189297.330062k198.13149497.912060k298.47229098.621434k399.03973099.110021極差R0.9082361.197961主次順序B>A優(yōu)水平A3B3優(yōu)組合A3B3表3-14氯化鈉收率的優(yōu)組合分析表序號冷卻溫度〔A〕/℃結(jié)晶次數(shù)〔B〕/次氯化鈉收率115121523153420152026203725182529253K1179.66226.42K2177.79169.91K3167.98129.10k159.8975.47k259.2656.64k355.9943.03極差R3.8932.44主次順序B>A優(yōu)水平A1B1優(yōu)組合A1B正交表實驗結(jié)果方差分析[13]針對剩余鈣鎂離子總量、氯化鈉含量、氯化鈉收率的方差分析見表3-15、表3-16、表3-17、表3-18、表3-19、表3-20所示。表3-15剩余鈣鎂總量的實驗方差及結(jié)果分析表序號冷卻溫度〔A〕/℃結(jié)晶次數(shù)〔B〕/次空列鈣鎂總量〔%〕115110.597336215220.522206315330.334394420120.565318520230.393183620310.217748725130.474239825210.327905925320.214321續(xù)表3-15序號冷卻溫度〔A〕/℃結(jié)晶次數(shù)〔B〕/次空列鈣鎂總量〔%〕K11.4539361.6368931.142989K21.1762491.2432931.301845K31.0164640.7664631.202116K122.1139292.6794181.306423K221.3835611.5457781.694799K321.0332000.5874651.444361表3-16影響剩余鈣鎂總量因素的顯著性分析表變異來源偏差平方和自由度方差F值Fa〔臨界值〕顯著水平A2*B2**誤差e4合計8F檢驗結(jié)果說明，因素B為高度顯著，因素A為顯著，因素主次順序：B-A。表3-17氯化鈉含量的實驗方差及結(jié)果分析表序號冷卻溫度〔A〕/℃結(jié)晶次數(shù)〔B〕/次空列氯化鈉含量1151197.5374502152298.0569073153398.8001244201297.6112395202398.6547986203199.1508347251398.5874898252199.1525969253299.379104K1294.394482293.736179295.840880K2295.416871295.864301295.047250K3297.119189297.330062296.042412K1286668.11078386280.94263087521.826091K2287271.12769587535.68455487052.879787K3288279.81235988405.16570687641.109497表3-18影響氯化鈉含量因素的顯著性分析表變異來源偏差平方和自由度方差F值Fa〔臨界值〕顯著水平A2*B2**誤差e4合計8F檢驗結(jié)果說明，因素B為高度顯著，因素A顯著，因素主次順序：B-A。表3-19氯化鈉收率的實驗方差及結(jié)果分析表序號冷卻溫度〔A〕/℃結(jié)晶次數(shù)〔B〕/次空列氯化鈉收率115112152231533420125202362031725138252192532K1179.66226.42174.95K2177.79169.91173.85K3167.98129.10176