Recovery magnesium hydroxide from salt field waste brine using calcine dolomite

จาก ChulaPedia

กระบวนการเก็บกลับคืนแมกนีเซียมไฮดรอกไซด์จากน้ำขมนาเกลือโดยใช้แคลไซน์โดโลไมท์ในกระบวนการเคมี

 แร่โดโลไมท์ (dolomite) เป็นแร่ที่พบได้ทั่วไปบนผืนโลก ซึ่งสัดส่วนของ CaO และ MgO จะแตกต่างกันไปตามแหล่งต่างๆ พบมากในประเทศอิตาลี ฝรั่งเศส จีน อินเดีย สหรัฐอเมริกา ในประเทศไทยพบได้มากที่จังหวัดกาญจนบุรีอยู่บริเวณเขตติดต่อระหว่างอำเภอเมืองและอำเภอท่าม่วง อำเภอดอนสัก จังหวัดสุราษฎร์ธานีและอำเภอขนอมจังหวัดนครศรีธรรมราช ที่อื่นๆ ได้แก่ จังหวัดแพร่ ราชบุรี ชลบุรี จันทบุรีและสงขลา

คุณสมบัติทางฟิสิกส์ โดโลไมท์มีรูปผลึกระบบเฮกซะโกนาล ผลึกของแร่มักจะพบในรูปสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูนผิว หน้าผลึกมักจะโค้ง บางครั้งจะโค้งเป็นรูปคล้ายอานม้า ผลึกในแบบอื่นมีพบได้บ้างแต่น้อย ซึ่งอาจพบเป็นเม็ดหยาบๆ ไปจนกระทั่งเม็ดเล็กๆ จนเกาะกันแน่น ความแข็ง 3.5-4 ค่าความถ่วงจำเพาะ 2.85 ความวาวคล้ายแก้ว บางชนิดมีความวาวคล้ายมุก (pearl spar) สีปกติมักจะมีสีออกชมพู สีเนื้อ อาจไม่มีสี หรือสีขาว เทา เขียว น้ำตาลหรือดำ เนื้อแร่มีทั้งโปร่งใสและโปร่งแสง คุณสมบัติทางเคมี โดโลไมท์มีสูตรทางเคมี คือ CaMg(CO3)2 ส่วนประกอบของโดโลไมท์ตามทฤษฎีนั้นจะมี CaCO3 54 % และ MgCO3 46 % หรือ แมกนีเซียมออกไซด์ 21.7% แคลเซียมออกไซด์ 30.4% และก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ 47.9% นั่นคือส่วนมากจะประกอบด้วยแคลเซียมคาร์บอเนตมากกว่า ส่วนแร่ตัวอื่น ๆ นั้นประกอบด้วย MgSO4 ปนอยู่เล็กน้อย รวมทั้ง Fe2O3 ด้วย ซึ่งจะทำให้สีของก้อนแร่นั้นแปรเปลี่ยนไปได้ตั้งแต่สีครีม ชมพู เหลือง จนกระทั่งสีน้ำตาล เทา โครงสร้างผลึกมีได้ตั้งแต่เป็นรูปผลึก จนถึงอสัณฐาน (amorphous phase) สีหลังเผาที่ 950oC จะเป็นสีขาว ซึ่ง CO2 ในตัวแร่จะถูกกำจัดออกไปจนหมด เหลือแต่ CaO, MgO โดยปกติ โดโลไมท์มีส่วนสัดของ CaCO3 ต่อ MgCO3 ประมาณ 1:1 เนื้อหินมักจะมีรอยแตกขนาดเล็กค่อนข้างมาก ทำให้ผิวนอกขรุขระ โดโลไมท์จะหนักกว่าและแข็งกว่าหินปูนเล็กน้อย มีหลายสีเช่น สีขาว เทาและ เทาเข้ม การกำเนิดของแร่โดโลไมท์ส่วนใหญ่เกิดจากกระบวนการทุติยภูมิที่ทำให้อนุมูลแมกนีเซียมสามารถเข้าไปแทนที่อนุมูลแคลเซียมในโครงสร้างแร่เดิมได้ ซึ่งในหลายๆกรณีสภาพการณ์เช่นนี้มักเกี่ยวข้องกับการเกิดแร่ในกลุ่มของอีวาพอไรต์ (evaporties) เช่น ยิปซัมและเกลือหิน ในประเทศไทยมักเกิดอยู่ใกล้เคียงกับเขาหินปูน เกิดเป็นชั้นหินปูนโดโลไมท์ (dolomitic limestone)หรือพบเกิดในสายแร่ตะกั่วหรือสายแร่สังกะสีที่ตัดผ่านหินปูน คุณสมบัติในการทำปฏิกิริยา โดโลไมท์จะทำปฏิกิริยากับกรดเกลือ (HCl) อย่างช้าๆในอุณหภูมิธรรมดา แต่ถ้าบดเนื้อแร่ให้เป็นก้อนเล็กๆละเอียดจะเพิ่มอัตราเร็วในการทำปฏิกิริยาโดยจะละลายในกรดเป็นฟองฟู่ หากไม่บดต้องใช้กรดไฮโดรคลอริกที่มีอุณหภูมิสูงจึงจะทำปฏิกิริยาเป็นฟองฟู่

 แคลไซน์โดโลไมท์ (calcine dolomite) คือ โดโลไมท์ที่ผ่านกระบวนการเผาแล้ว โดยการนำเอาแร่โดโลไมท์ มาทำการเผา (calcine) ที่อุณหภูมิ 950 - 1000oC ซึ่งเป็นอุณหภูมิที่เกิดการสลายตัวของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) (decomposition stage)  ในโดโลไมท์ ในเตาเผาแบบ rotary kiln ผลิตภัณฑ์โดโลไมท์ที่ได้ เรียกว่า dead-burned dolomite โดยโดโลไมท์ที่ผ่านการเผานี้จะนำไปใช้งานในอุตสาหกรรมวัสดุทนไฟ โดยใช้เป็นอิฐทนไฟ สำหรับเตาหลอมเหล็ก และเตาเผาซีเมนต์ ซึ่งก๊าซ CO2 ที่สลายตัวนี้เป็นต้นเหตุที่ทำให้เกิดรูพรุน รูเข็มบนผิวหน้าเคลือบได้ 

2.องค์ประกอบของน้ำขมที่มาจากการผลิตเกลือสมุทร เนื่องจากในงานวิจัยนี้เป็นการสกัดแมกนีเซียมไฮดรอกไซด์จากน้ำขมของการผลิตเกลือสมุทร ดังนั้นในน้ำขมดังกล่าวจึงจำเป็นต้องมีแมกนีเซียมเป็นองค์ประกอบจึงจะสามารถทำปฏิกิริยากับแร่โดโลไมท์แล้วเกิดเป็นแมกนีเซียมไฮดรอกไซด์ได้ องค์ประกอบในน้ำขมองค์ประกอบธาตุ ppm Chloride,Cl- 35800 Sodium,Na+ 25650 Sulfate,SO2-4 5000 Magnesium,Mg2+ 2750 Calcium,Ca2+ 80 Potassium,K+ 720 Bromide,Br- 120 Silicon,Si-4 2

  กระบวนการเกิดตะกอนแมกนีเซียมไฮดรอกไซด์เป็นการเก็บกลับคืนแมกนีเซียมไฮดรอกไซด์จากน้ำขมเหลือทิ้งของการผลิตเกลือสมุทรโดยใช้แคลไซน์โดโลม์ ดังนั้นจะมีกระบวนการเกิดขึ้น 2 ขั้นตอน ดังนี้

ขั้นตอนที่ 1 ปฏิกิริยาของการเผาโดโลไมท์หรือแคลไซน์โดโลไมท์(Calcination of dolomite) (M.Halmann, A.Frei, and A.Steinfeld, 2008) แคลไซน์โดโลไมท์คือการนำแร่โดโลไมท์ไปเผาที่อุณหูมิ 950 องศาเซลเซียส ซึ่งเป็นอุณหภูมิที่เกิดการสลายตัวของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) เป็นเวลา 1 ชั่วโมง การสลายตัวของคาร์บอนไดออกไซด์ในแร่โดโลไมท์แสดงได้ดังสมการที่

 CaMg(CO3)2----CaO + MgO + 2CO2                               

ซึ่งนอกจากการเผาโดโลไมท์จะทำให้เกิดการสลายตัวของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์แล้วยังทำให้เกิดแคลเซียมออกไซด์และแมกนีเซียมออกไซด์โมเลกุลอิสระหลังจากการเผาอีกด้วย ขั้นตอนที่ 2 การทำปฏิกิริยาระหว่างแคลไซน์โดโลไมท์และแมกนีเซียมคลอไรด์เกิดเป็นตะกอนของแมกนีเซียมไฮดรอกไซด์ แมกนีเซียมไฮดรอกไซด์ (Mg(OH)2) เป็นสารประกอบที่เกิดจากการทำฏิกิริยาระหว่างสารประกอบแมกนีเซียมคลอไรด์กับสารประกอบชนิดต่างๆ ดังนี้ 1. เกิดจากการทำปฏิกิริยาระหว่างแมกนีเซียมคลอไรด์กับโซเดียมคลอไรด์ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นสามารถแสดงได้ดังสมการ

 MgCl2 + 2NaOH----2NaCl + Mg(OH)2                              

2. เกิดจากการทำฏิกิริยาระหว่างแมกนีเซียมคลอไรด์กับแคลเซียมออกไซด์ในรูปของเหลวปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นสามารถแสดงได้ดังสมการ

 MgCl2 + CaO + H2O----CaCl2 + Mg(OH)2   
               

3. เกิดจากการทำฏิกิริยาระหว่างแมกนีเซียมคลอไรด์กับแคลเซียมออกไซด์และแมกนีเซียมออกไซด์ในรูปของเหลวปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นสามารถแสดงได้ดังสมการ

 MgCl2 + CaO + MgO + 2H2O----CaCl2 + 2Mg(OH)2