CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KHAI THÁC NƯỚC ÓT 1.1 Giới thiệu về nước biển, nước ót 1.1 Nước biển Nước biển là nguyên liệu chính để sản xuất ra muối ăn (NaCl) bằng các quá trình cô đặc và kết tinh, phần lớn lượng muối trên thế giới được sản xuất từ nước biển, phần còn lại được khai thác từ các mỏ khoáng. Quốc gia cung cấp muối lớn nhất trên thế giới là Úc và Mexico. Tổng sản lượng muối của Úc khoảng 14 triệu tấn, chỉ tính riêng một số nước châu Á như Nhật Bản, Hàn Quốc, Malayxia đã cần tới 11 triệu tấn muối cho công nghiệp sản xuất xút - clo. Còn tại Mỹ muối cho thực phẩm chiếm 7%, cho làm mềm nước 15%, cho giao thông 10% và cho các ngành công nghiệp hóa chất khoảng 60% [1].1 Thành phần của nước biển Nước biển có vị mặn và đắng chứng tỏ có sự hòa tan các muối vô cơ dưới dạng ion.
Thành phần chủ yếu của nước biển bao gồm các cation như: Na+, Mg2+, K+, Ca2+ và các anion như: Cl-, SO42-, F-, HCO3-. Trên thế giới người ta đã xác định được có hơn 90 loại muối khác nhau có trong nước biển. Nước biển ở các khu vực khác nhau sẽ có nồng độ là khác nhau nhưng tỷ lệ thành phần của các muối luôn cố định [3].1: Thành phần của nước biển [3] Thành phần % Khối lượng Thành phần % Khối lượng Cl- 55,07 H3PO3 0,07 Br- 0,19 Na+ 30,61 ` 3 do an SO42- 7,68 Mg2+ 3,69 CO32- 7,68 K+ 1,10 HCO3- 0,41 Sr2+ 0,04 F- 0 Ca2+ 1.16 Từ bảng trên ta thấy rằng trong nước biển hàm lượng ion Cl- và Na+ là cao nhất và mục tiêu chính trong công nghiệp là sản xuất được muối NaCl, bên cạnh đó sản xuất các muối của magie, kali và canxi được quan tâm vì hàm lượng các cation trên còn khá lớn. Ngoài những thành phần trên trong nước biển còn có chứa một số nguyên tố vi lượng, đây là nguồn nguyên liệu quan trọng trong ngành công nghệ sản xuất phân bón.2: Hàm lượng các muối trong nước biển [3] Hàm lượng (g/1000g nước Muối % Khối lượng biển) NaCl 27,23 77,76 MgCl2 3,81 10,88 MgSO4 1,66 4,74 CaSO4 1,27 3,60 ` 4 do an K2SO4 0.,6 2,47 CaCO3 0,12 0,35 MgBr2 0,03 0,22 Tổng 35,00 100,00 Thông thường thì nồng độ nước biển được đo bằng tỷ trọng kế Bômê (oBe), đây là thiết bị được sử dụng chính để đo nồng độ nước biển.2 Độ Bômê và sự biến thiên nồng độ của nước biển - Độ Bômê + Tỷ trọng kế Bômê là thiết bị được sử dụng để xác định trực tiếp khối lượng riêng của chất lỏng, đơn vị của tỷ trọng kế Bômê thường được ký hiệu là oBe [3].
+ Tỷ trọng kế được làm bằng thủy tinh với một đầu phình to chứa chì hoặc thủy ngân để làm cho thiết bị nổi trong chất lỏng. Trong ống thủy tinh là một thang đo bằng dải vạch, khối lượng riêng của chất lỏng đọc trực tiếp trên thang đo của Bômê kế. Tỷ trọng kế hoạt động dựa trên nguyên tắc của lực đẩy Ác-si-mét, phụ thuộc vào khối lượng riêng của chất lỏng. Do đó có thể được sử dụng để đo cả khối lượng riêng và trọng lượng riêng.
Tỷ trọng kế thương mại thường được hiệu chuẩn về nhiệt độ phòng, thông thường được lấy ở mức 20°C (68°F) hoặc 4°C (39. Do sự thay đổi độ sâu mà dụng cụ chìm trong chất lỏng nặng và nhẹ, vì vậy có 2 loại Bômê kế: một loại được tạo ra để sử dụng trong chất lỏng nặng hơn nước và loại còn lại để sử dụng trong chất lỏng nhẹ hơn nước. Tỷ trọng kế có số đo thay đổi theo nhiệt độ: dung dịch sai khác 1oC thì độ Bômê sai khác 0. ` 5 do an - Sự biến thiên nồng độ của nước biển, tỷ lệ thành phần các muối trong nước biển là cố định, nhưng nồng độ sẽ có sự thay đổi cao, thấp tùy nơi.
Những nguyên nhân ảnh hưởng đến sự thay đổi nồng độ nước biển bao gồm: [3] + Điều kiện địa lý ảnh hưởng đến nồng độ của nước biển ở các đại dương trên thế giới chủ yếu là sự khác nhau về vĩ độ ở các khu vực. + Bốc hơi của nước biển: việc tự bốc hơi của nước biển chủ yếu do độ ẩm không khí và tốc độ gió, tốc độ bốc hơi càng cao thì nước biển càng mặn. Bên cạnh đó tác động của hiện tượng đóng băng làm hàm lượng dung dịch còn lại tăng cao và hàm lượng muối giảm khi băng tan. + Hiệu ứng nhà kính: ngày nay do hiện tượng hiệu ứng nhà kính, nên băng tan ngày càng nhiều cũng đã ảnh hưởng rất lớn đến nồng độ của nước biển, chủ yếu là làm giảm nồng độ nước biển.
+ Thủy triều: những tác động của thủy triều là đáng kể đến độ mặn của nước biển. Khi thủy triều dâng sẽ làm nước biển có nồng độ cao ở ngoài khơi di chuyển vào vịnh và ven bờ. Bên cạnh đó hải lưu cũng ảnh hưởng rất lớn đến khí hậu ở các vùng biển trên Thế giới có thể gây nắng nóng hoặc mưa nhiều ở các khu vực.3 Công nghệ sản xuất muối ăn (NaCl) từ nước biển Nước ta có nhiều lợi thế để phát triển ngành muối như: đường bờ biển và số giờ nắng trong năm kéo dài, nguồn nhân lực có kinh nghiệm. Công nghệ sản xuất muối ăn ở nước ta cơ bản gồm 3 giai đoạn chính: giai đoạn nâng nồng độ, giai đoạn chế chạt và giai đoạn kết tinh thu hoạch [5] (hình 1.
` 6 do an GIAI ĐOẠN NÂNG GIAI ĐOẠN CHẾ GIAI ĐOẠN THU NỒNG ĐỘ CHẠT HOẠCH KẾT TINH 3oBe 5oBe Nước ót 26oBe 20oBe Muối mồi Muối sót 10oBe 7 ngày Lộ mặt ô phơi 16oBe 20oBe Muối 26oBe Hình 1.1: Quy trình sản xuất muối ăn (NaCl) từ nước biển Ô phơi Ô bay hơi sơ Ô bay hơi Ô bay hơi sơ nguồn 6,5oBe cấp 7,5oBe sơ cấp cấp 9,5oBe 8.5oBe Nước ót Ót + Muối Ô bay hơi sơ Ô bay hơi sơ 25oBe sót + 20oBe cấp 20oBe cấp 15oBe Nước ót Kết tinh 26oBe Hình 1.2: Sản xuất muối từ vùng nước nông ` 7 do an Từ hình 1.1 thấy rằng, người ta tiến hành bay hơi nước biển ở nồng độ dưới 5oBe qua các ô chứa để tăng dần nồng độ, khi nồng độ nước biển đạt 20oBe sẽ được kết hợp với nước ót, nước chạt từ muối thu hoạch sót, tiếp tục cô đặc để thu được nước chạt có nồng độ 26oBe. Sau khi nồng độ đạt yêu cầu, để muối trong ô và tự kết tinh trong vòng 7 ngày tạo thành muối (NaCl). Trong trường hợp nước biển nông thì người ta sẽ sản xuất muối từ nước biển có nồng độ 6.5oBe như hình 1.3: Thành phần của nước biển ở các nồng độ khác nhau [5] o Be CaSO4 (g/l) MgSO4 (g/l) MgCl2 (g/l) NaCl (g/l) KCl (g/l) 6.2 Nước ót Trong quá trình sản xuất muối từ nước biển, một lượng đáng kể nước ót sẽ được tạo thành. Theo tính toán cứ sản xuất được 1 tấn muối thì tạo thành 0,5 m3 nước ót với nồng độ các ion rất cao ảnh hưởng đến môi trường sống của sinh vật và giảm chất lượng muối ở những lần sản xuất muối tiếp theo.
Trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu và nhiều nhà máy đã sử dụng nước ót để sản xuất các nguyên, vật liệu cho các ngành công nghiệp: vật ` 8 do an liệu xây dựng, cao su, luyện kim, dầu khí, hóa dược, phân bón. Tách các chất từ nước ót được thực hiện bằng phương pháp cô đặc và kết tinh thu được các hợp chất bao gồm: MgCl2. 6H2O, MgO, KCl, CaSO4. Trên quy mô công nghiệp người ta đã sản xuất muối ăn, magie, brom và clo [1].
Bốc hơi nước biển ở các nồng độ khác nhau ta sẽ thu được nước chạt hoặc nước ót, tùy vào nồng độ [6]. Cô đặc Cô đặc Nước biển Nước chạt Nước ót Hình 1.3: Nước biển - nước chạt - nước ót Trong nước chạt: NaCl chiếm trên 50% các chất hòa tan, ở 15oC nồng độ của nó trên 5oBe. Trong nước ót: NaCl chiếm dưới 50% các chất hòa tan, ở 15oC nồng độ của nó chiếm trên 30oBe.2 Thành phần của nước ót Các hóa chất sản xuất từ nước ót bao gồm NaCl, MgSO4, Na2SO4, KCl, MgCl2, Br2,… Để xác định thành phần của nước ót, thông thường người ta dùng đồ thị bậc 5, sau đó quy ra số mol rồi tính theo chỉ số của giản đồ hệ [7]. Nước ót có thành phần phức tạp như nước biển nhưng có nồng độ muối cao hơn bao gồm: MgCl2, MgSO4, KCl, NaCl.
Thành phần của nước ót tùy thuộc vào điều kiện môi trường, thời gian dự trữ nước ót và phương pháp sản xuất. Nhìn chung thành phần của nước ót gồm có 4 loại muối chính: MgCl2, MgSO4, KCl, NaCl, ngoài ra còn có một lượng nhỏ NaBr, CaSO4. Từ đó ta thấy rằng nguồn lợi kinh tế từ khai thác nước ót là rất lớn, vì thế cần có những chính sách đầu tư phát triển ngành sản xuất muối ở nước ta. ` 9 do an Bảng 1.4: Thành phần các muối ở nồng độ khác nhau [3] Thành phần hóa học, g/l Nồng độ KCl MgCl2 NaCl MgSO4 30oBe 16,67 106,47 207,43 80,06 35oBe 32,95 195,30 159,78 114,47 1.1 Một số tính chất của nước ót [6] - Khối lượng riêng: Bảng 1.5: Khối lượng riêng của nước ót ở những nhiệt độ khác nhau Nhiệt độ, oC 10 20 30 Khối lượng riêng (g/cm3) 1,28 1,28 1,27 Từ bảng trên ta thấy rằng khi tăng nhiệt độ thì khối lượng riêng của nước ót không có sự thay đổi đáng kể, điều này chứng minh nhiệt độ không ảnh hưởng đến khối lượng riêng nước ót.
- Nhiệt dung: Khối lượng riêng càng tăng thì nhiệt dung càng giảm. - pH: Độ pH của nước ót ở 30oBe là 7,0 – 7,4, nồng độ càng tăng thì pH càng giảm. - Độ nhớt động lực (): Nước ót 30oBe có độ nhớt động lực là 7,4. ` 10 do an - Sức căng bề mặt: Bảng 1.6: Quan hệ của sức căng bề mặt và nhiệt độ Nhiệt độ, oC 20 30 40 Sức căng bề mặt, N/cm 68,53.10-5 Từ số liệu trên ta thấy rằng nhiệt độ cũng không ảnh hưởng lớn đến sức căng bề mặt của nước ót.
- Nhiệt độ sôi: Ở 30oBe nhiệt độ sôi của nước ót là 112oC - Điện trở riêng và độ dẫn điện riêng: Bảng 1.7: Quan hệ giữa độ dẫn điện của nước ót và nhiệt độ Nhiệt độ (oC) 20,50 21,10 22,00 Điện trở riêng ( 7,58 7,35 7,12 .cm) Độ dẫn điện riêng 0,13 0,14 0,14 (1/ .