Sali di magnesio comuni nelle soluzioni acquose e tecnologie per la loro rimozione e purificazione
I sali di magnesio contribuiscono alla durezza dell'acqua e sono presenti naturalmente nelle acque sotterranee e marine. Nell'acqua sono presenti principalmente come ioni magnesio disciolti (Mg2+) bilanciati da ioni quali cloruro, solfato e bicarbonato; la composizione e le condizioni dell'acqua determinano quali minerali possono precipitare.
Devi gestire la durezza dovuta al magnesio, una salamoia ricca di magnesio o depositi nell'acqua di processo? Il trattamento appropriato dipende dall'analisi completa dell'acqua, dalla qualità desiderata dell'acqua o del prodotto recuperato e dalle modalità di gestione dei residui e del concentrato.
Dall'analisi dell'acqua alla definizione del trattamento
Caratterizzare il flusso (magnesio, calcio, alcalinità, solfato, cloruro, silice, TDS, pH, temperatura e portata) → definire l'obiettivo (addolcimento, dissalazione, riutilizzo o recupero del magnesio) → confrontare le opzioni di trattamento → valutare residui e concentrato. Questo è uno schema decisionale; la sequenza delle fasi di trattamento dipende dalla chimica effettiva dell'acqua.
Sali di magnesio comuni e dove si trovano
| Sale o forma del magnesio | Formula | Applicazione / settore / impiego tipico | Flussi acquosi tipici in cui si trova |
|---|---|---|---|
| Cloruro di magnesio | MgCl2 | Produzione di magnesio, industria chimica, sghiacciamento e controllo della polvere. | Acqua marina, acque sotterranee saline, salamoie residue della lavorazione della potassa, acque di processo dell'industria chimica e alcuni deflussi derivanti dallo sghiacciamento. Magnesio e cloruro sono presenti come ioni disciolti, non come molecole di sale integre. |
| Solfato di magnesio | MgSO4 | Produzione di fertilizzanti e prodotti chimici; lavorazione dei minerali. | Acqua marina, acque sotterranee ricche di solfati, salamoie minerarie e di processo, flussi legati ai fertilizzanti e concentrati di dissalazione. |
| Bicarbonato di magnesio nell'acqua dura | Mg2+ con HCO3− | Chimica naturale delle acque carbonatiche; normalmente non viene isolato come sale secco stabile. | Acque sotterranee a contatto con dolomite o altre rocce carbonatiche contenenti magnesio. Il riscaldamento o le variazioni di pH possono alterare gli equilibri dei carbonati e favorire la formazione di depositi. |
| Acqua contenente magnesio e nitrati | Mg2+ con NO3− | Produzione di fertilizzanti e prodotti chimici speciali. | Deflussi e acque di processo legati ai fertilizzanti. Nitrato e magnesio sono ioni disciolti; non si deve presumere che l'acqua contenga un composto distinto di nitrato di magnesio. |
| Minerali carbonatici di magnesio / precipitati | MgCO3 e fasi carbonatiche idrate | Magnesite e minerali correlati; possibili solidi recuperati in alcune operazioni di trattamento o lavorazione dei minerali. | Può essere presente sotto forma di solidi minerali sospesi o formarsi quando la chimica dell'acqua favorisce la precipitazione; generalmente non è una fonte altamente solubile di magnesio disciolto. |
| Precipitato di idrossido di magnesio | Mg(OH)2 | Si forma durante la precipitazione a pH elevato, l'addolcimento o il recupero del magnesio. | Prodotto come solido in alcuni processi di trattamento dopo la regolazione del pH; in genere non è presente come sale disciolto nell'acqua a pH neutro. |
Come riferimento, l'acqua marina contiene in media circa 1.350 mg/L di magnesio. Le concentrazioni nelle acque dolci variano in funzione della geologia locale; le acque a contatto con depositi di carbonati, solfati o cloruri ricchi di magnesio possono contenerne quantità notevolmente maggiori rispetto alle acque provenienti da formazioni ricche di silicati.
Solubilità, durezza e depositi
Il cloruro di magnesio e il solfato di magnesio sono molto solubili e possono quindi rimanere in soluzione durante la concentrazione dell'acqua. Al contrario, il carbonato di magnesio e l'idrossido di magnesio sono solidi scarsamente solubili nelle condizioni pertinenti al trattamento delle acque. Il solo valore del magnesio non permette di prevedere la formazione di incrostazioni: pH, alcalinità, temperatura, forza ionica e altri ioni disciolti influenzano la saturazione dei minerali e la precipitazione.
Nelle acque naturali e industriali, il magnesio disciolto fa parte di un sistema di ioni misti. Valutare l'analisi completa e le condizioni operative prima di trarre conclusioni sulla formazione di depositi, sul recupero o sulle prestazioni di un processo di trattamento.
Soluzioni per separazione, addolcimento e concentrazione
Le possibili opzioni di trattamento delle acque contenenti magnesio rispondono a scopi diversi. La scelta del processo deve tenere conto degli ioni concorrenti, del recupero dell'acqua, dei residui e dell'eventuale prodotto a base di magnesio desiderato.
| Problema di trattamento dell'acqua | Possibile opzione di processo | Considerazioni per la scelta |
|---|---|---|
| Ridurre la durezza causata da magnesio e calcio | Addolcimento dell'acqua o scambio cationico | L'addolcimento può eliminare la durezza mediante precipitazione o scambio ionico. Lo scambio ionico sostituisce gli ioni responsabili della durezza con altri cationi e produce un flusso di rigenerazione che deve essere gestito. |
| Ridurre i sali disciolti nelle acque salmastre o saline | Osmosi inversa (RO) | Trattiene gli ioni disciolti in un concentrato. Il pretrattamento e il recupero dipendono da durezza, solfato, alcalinità, silice, salinità e modalità di gestione del concentrato. |
| Separare preferenzialmente molti ioni bivalenti dai sali monovalenti | Nanofiltrazione (NF) | La NF può trattenere il magnesio e altri ioni multivalenti in misura variabile; le prestazioni variano in base alla membrana, alla pressione e alla composizione dell'acqua di alimentazione. Da sola non produce un prodotto di magnesio puro. |
| Concentrare o separare flussi contenenti ioni disciolti | Elettrodialisi (ED) o elettrodialisi a inversione di polarità (EDR) | Il trasporto degli ioni dipende dalla scelta della membrana e dalla composizione della miscela. Verificare il trasporto del magnesio, la selettività e il controllo delle incrostazioni per l'applicazione specifica. |
| Recuperare il magnesio o gestire salamoie ad alta concentrazione | Precipitazione a pH controllato, seguita, ove opportuno, dalla separazione solido-liquido; oppure evaporazione e cristallizzazione in una linea di trattamento ZLD | La precipitazione può produrre idrossido di magnesio in condizioni adeguate. Per ciascun flusso occorre valutare la presenza di sali misti, la purezza del prodotto, il fabbisogno di reagenti e la gestione dei residui. |
Valutazione di un flusso contenente magnesio
Un'analisi rappresentativa dovrebbe comprendere magnesio, calcio, sodio, potassio, cloruri, solfati, alcalinità, silice, TDS, pH e temperatura, oltre alla portata e alla qualità richiesta per l'acqua trattata. Per un progetto di recupero occorre definire anche le specifiche del prodotto e i requisiti di gestione dei residui. Prove di laboratorio o test su impianto pilota possono aiutare a valutare le prestazioni quando sono rilevanti la variabilità dell'acqua in ingresso, la precipitazione o il fouling. La valutazione di fattibilità del processo di Lenntech descrive il suo approccio alla valutazione.
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Per discutere della composizione di una specifica acqua o salamoia, contattate Lenntech all'indirizzo info@lenntech.com.
Fonti e ulteriori letture
- USGS: Acque sotterranee negli ambienti di transizione tra acqua dolce e salata della costa atlantica — principali costituenti dell'acqua di mare media, tra cui il magnesio.
- USGS PHREEQC: esempio di composizione dell'acqua di mare e speciazione acquosa.
- U.S. EPA WaterSense at Work: depurazione e addolcimento dell'acqua.
- U.S. EPA: guida di riferimento alle tecnologie di trattamento delle acque influenzate dall'attività mineraria — osmosi inversa e pretrattamento.
- USGS: raccolta e analisi di campioni d'acqua per la determinazione di minerali e gas disciolti — magnesio nelle acque naturali.