تمرکز بر فناوری های جداسازی

01 مقدمة: موانع الاختناق والاختراقات في الاستخدام الشامل للدولوميت

يعتبر الدولوميت ملحًا مزدوجًا يتكون من المغنسيت والكالسيت، مع المكون الكيميائي الرئيسي CaMg(CO₃)₂. يتكون نظريًا (وزن/٪) من 21.7٪ MgO، و 30.4٪ CaO، و 47.90٪ CO₂، وغالبًا ما يرتبط بالشوائب مثل الكوارتز والفلسبار [1]. الدولوميت النقي أبيض، بينما تظهر الأنواع المحتوية على الحديد رمادية أو بنية داكنة، وتتحول الأسطح المتآكلة إلى اللون البني.

حاليًا، يعتبر استخدام المغنسيوم من الدولوميت في مختلف الصناعات متطورًا نسبيًا، بينما يظل تطوير واستخدام الكالسيوم غير كافٍ. غالبًا ما يستخدم الكالسيوم لإنتاج مواد بناء أو مواد مالئة ذات قيمة مضافة منخفضة، مما يؤدي إلى هدر كبير لموارد الكالسيوم. لذلك، مع ضمان إمداد المواد الخام للصناعات المعدنية السائبة مثل صناعة الصلب وصهر المغنسيوم، أصبح الاستخدام الكامل لموارد الكالسيوم والمغنسيوم لتطوير منتجات الكالسيوم والمغنسيوم عالية النقاء وذات القيمة المضافة العالية نقطة ساخنة للبحث في المعالجة العميقة والتطوير الشامل لموارد معدن الدولوميت [3].

يكمن مفتاح الاستخدام الكامل لموارد الكالسيوم والمغنسيوم في الدولوميت في الفصل الفعال للكالسيوم والمغنسيوم، وكذلك الإزالة الفعالة لمكونات الشوائب.

02 نظرة عامة على تقنيات فصل الكالسيوم والمغنسيوم الرئيسية

تشمل التقنيات الحالية لفصل الكالسيوم والمغنسيوم وإزالة الشوائب من الدولوميت بشكل أساسي طريقة الكربنة، وطريقة الذوبان الحمضي، وطريقة الترشيح بالأمونيا، وطريقة المحلول الملحي والدولوميت، وطريقة الترشيح بالمعقد [3].

2.1 طريقة الكربنة

تعتبر طريقة الكربنة هي النهج الصناعي الأكثر استخدامًا نظرًا لعمليتها البسيطة وتكلفتها المنخفضة وسهولة تطبيقها الصناعي. تعتمد هذه التقنية على اختلاف قابلية ذوبان CaCO₃ و Mg(HCO₃)₂ في المحاليل المائية، وتحقيق فصل الكالسيوم والمغنسيوم عن طريق التحكم في درجة الحموضة النهائية لعملية الكربنة [3].

تدفق العملية هو كما يلي: يتم تكليس الدولوميت وهضمه لإنتاج حليب الجير الدولوميتي، والذي يتم بعد ذلك مفاعلته مع CO₂ المنقى من غاز الفرن. في ظل ظروف العملية المتحكم فيها، يتم تكوين راسب CaCO₃ وماء المغنسيوم الثقيل Mg(HCO₃)₂. بعد فصل الصلب عن السائل، يتم الحصول على CaCO₃ خفيف الوزن. يتم تحلل الماء الثقيل للمغنسيوم بالحرارة لإنتاج وسيط كربونات المغنسيوم الأساسية، والذي يتم بعد ذلك تكليسه لإنتاج MgO [3].

تتميز طريقة الكربنة بمزايا العملية البسيطة وتكلفة الإنتاج المنخفضة. ومع ذلك، تعتمد هذه الطريقة فقط على التحكم في العملية أثناء الكربنة لتحقيق الفصل، مما يجعل التحكم الدقيق صعبًا في الإنتاج الفعلي. نتيجة لذلك، غالبًا ما تظهر منتجات الكالسيوم والمغنسيوم الناتجة نقاءً منخفضًا نسبيًا [3]. لمعالجة ذلك، تم تطوير تقنيات محسنة مختلفة، بما في ذلك الاسترداد الدفعي، والكربنة الثانوية، والكربنة المضغوطة، والكربنة بمساعدة الإضافات.

2.2 طريقة الترشيح بالأمونيا

تستخدم طريقة الترشيح بالأمونيا الحموضة الضعيفة لمحاليل أملاح الأمونيوم ((NH₄)₂SO₄، NH₄Cl، NH₄NO₃) للتفاعل مع حليب الجير الدولوميتي المهضوم، مما ينتج محاليل لأملاح الكالسيوم والمغنسيوم. اعتمادًا على المتطلبات، يتم بعد ذلك إدخال NH₃ أو CO₂ للحصول على منتجات الكالسيوم والمغنسيوم المقابلة [5]. تتضمن هذه الطريقة تفاعلات معتدلة، وهي سهلة التشغيل، وتفصل الكالسيوم والمغنسيوم بفعالية من الدولوميت، وتنتج منتجات عالية النقاء.

2.3 طريقة المحلول الملحي والدولوميت

تتضمن طريقة المحلول الملحي والدولوميت إضافة حليب الجير الدولوميتي المهضوم قطرة قطرة إلى محلول ملحي (MgCl₂) لإنتاج هيدروكسيد المغنسيوم. بعد الترشيح والتجفيف، يتم الحصول على مسحوق Mg(OH)₂، بينما يتم معالجة الرشيح بشكل إضافي لتحضير CaCO₃ [5]. تشمل مزايا هذه الطريقة تكلفة العملية المنخفضة والتلوث الأدنى. إنها تستخدم بفعالية موارد المغنسيوم من كل من المحلول الملحي وحليب الجير الدولوميتي، وتحقق فصلًا كاملاً نسبيًا للكالسيوم والمغنسيوم. ومع ذلك، فإن عيبًا كبيرًا هو توليد كميات كبيرة من محلول كلوريد الكالسيوم كمنتج ثانوي، والذي يصعب التعامل معه [5].

03 التقدم البحثي في تقنيات الفصل

3.1 تحسينات في فصل طريقة الكربنة

قام وانغ وينزي وآخرون [6] بتحضير CaCO₃ خفيف الوزن باستخدام طريقة الكربنة بنقل الطور مع مسحوق الدولوميت المكلس كمادة خام. من خلال تجارب العامل الواحد والمتعامد، تم تحديد ظروف نقل الطور المثلى: نسبة السائل إلى الصلب 20 مل/جم، n(سترات الأمونيوم): n(CaO) = 4:3، درجة حرارة التفاعل 20 درجة مئوية، ووقت التفاعل 10 دقائق. كانت ظروف الكربنة المثلى: درجة الحموضة النهائية 7.6، معدل تدفق CO₂ 0.6 لتر/دقيقة، درجة حرارة التفاعل 65 درجة مئوية، وسرعة التحريك 550 دورة في الدقيقة. في ظل هذه الظروف، تم إنتاج كربونات الكالسيوم بنقاء 98.18٪، مع حجم جسيمات موحد وقابلية تشتت جيدة. بعد دورتين من فصل الكالسيوم والمغنسيوم من مسحوق الدولوميت المكلس، تم تحقيق "كالسيوم خالٍ من المغنسيوم" بشكل أساسي، مما حسن بشكل كبير نقاء منتج الكالسيوم.

قام وانغ شين وآخرون [11] بالتحقيق في استخلاص الكالسيوم من مسحوق الدولوميت المكلس باستخدام محلول حمض الستريك والأمونيا. وصلت معدلات استخلاص Ca²⁺ و Mg²⁺ إلى 99.34٪ و 6.11٪ على التوالي. أدت كربنة سترات الكالسيوم إلى إنتاج CaCO₃ خفيف الوزن من نوع الكالسيت بنسبة ω(CaCO₃) = 98.2٪ وشكل مغزلي. أنتجت كعكة الترشيح، بعد المعالجة اللاحقة، عينة MgO بنسبة ω(MgO) = 99.2٪ وشكل قضيب قصير.

3.2 التقدم في فصل الترشيح بالأمونيا

استخدم فان يوانيانغ وآخرون [5] حليب الجير الدولوميتي ومحلول الأمونيا المعاد تدويره كمواد خام لتحضير شعيرات كربونات الكالسيوم وهيدروكسيد المغنسيوم من خلال عملية دورية للتقطير بالأمونيا، وترسيب المغنسيوم، وترسيب الكالسيوم. في التجارب الدورية، تم تحديد نسبة مولية مثلى للكالسيوم/المغنسيوم إلى ملح الأمونيوم تبلغ 1:2، مما حقق معدلات استخلاص تبلغ 91.32٪ لـ Ca²⁺ و 90.95٪ لـ Mg²⁺. أكدت الدراسة أن ثلاث دورات كانت مثلى لتحضير شعيرات كربونات الكالسيوم، مع تحقيق المنتج لمحتوى كربونات الكالسيوم بنسبة 98٪.

استخدم دينغ شياويانغ وآخرون [7] مسحوق الدولوميت المكلس قليلاً، وكلوريد الأمونيوم، وثاني أكسيد الكربون كمواد خام لتحضير بلورات كربونات الكالسيوم مكعبة الشكل بشكل جيد وموزعة بشكل موحد بمتوسط حجم جسيمات يتراوح بين 5 و 10 ميكرومتر عبر عملية تقطير الأمونيا وترسيب الكالسيوم دون استخدام عوامل التحكم في شكل البلورة.

اقترح جيا شياوهوي وآخرون [8] طريقة فصل من خطوتين باستخدام محلول كلوريد الأمونيوم، حيث يتم استخلاص الكالسيوم أولاً ثم المغنسيوم. تجاوز معدل استخلاص الكالسيوم من الدولوميت 95٪.

قام وانغ دونغ يي وآخرون [10] بتحضير هيدروكسيد المغنسيوم وشعيرات كربونات الكالسيوم من خلال عملية التكليس، والتقطير بالأمونيا، والترسيب. حقق منتج شعيرات كربونات الكالسيوم المحضر نسبة عرض إلى ارتفاع تبلغ 20، وبياضًا يبلغ 98.7، ومعدل تحويل Ca²⁺ يبلغ 80.75٪، مع إعادة تدوير المواد طوال العملية بأكملها.

04 الخلاصة

تتقدم تقنيات فصل الكالسيوم والمغنسيوم من الدولوميت حاليًا بسرعة. تقدم طريقة الكربنة، وطريقة الترشيح بالأمونيا، وطريقة المحلول الملحي والدولوميت كل منها مزايا وقيودًا مميزة. تتميز طريقة الكربنة بتقنية ناضجة وتكلفة منخفضة ولكنها تواجه تحديات في التحكم في النقاء. توفر طريقة الترشيح بالأمونيا كفاءة فصل فائقة ونقاء منتج عالي ولكنها تتضمن عمليات معقدة نسبيًا. تمكن طريقة المحلول الملحي والدولوميت من الاستخدام التآزري لموارد المغنسيوم ولكنها تعاني من التخلص من كلوريد الكالسيوم كمنتج ثانوي. في ظل ظروف المختبر، تقترب معدلات استخلاص الكالسيوم من 99٪، مما يحقق بشكل أساسي "كالسيوم خالٍ من المغنسيوم" ويمهد الطريق لإنتاج كربونات الكالسيوم عالية النقاء لاحقًا.