1. Загальні відомості про бішофіт
Бішофіт (MgCl₂·6H₂O) є природною мінеральною сіллю, що утворюється в процесі випаровування морських або соляних розсолів і зазвичай містить значну кількість домішок: іонів кальцію, натрію, калію, сульфатів, заліза, а також органічних речовин [1, c. 85]. Для використання у фармацевтичній, медичній та харчовій промисловості необхідно забезпечити високий рівень чистоти продукту, що вимагає усунення зазначених домішок до концентрацій, регламентованих фармакопейними вимогами.
Наявність у бішофіті іонів Ca²⁺, Na⁺, K⁺, SO₄²⁻, Fe³⁺ суттєво впливає на якість кінцевого магнію оксиду: кальцій і натрій утворюють нерозчинні залишки, залізо надає забарвлення і каталізує побічні реакції, сульфати спричиняють корозію обладнання при випаровуванні. Тому розробка ефективних технологій очищення бішофіту є одним із ключових етапів при підготовці сировини для синтезу чистого MgO медичного призначення.
2. Хімічна підготовка бішофіту: основні методи очищення
У науковій літературі описано декілька груп методів очищення бішофіту від іонних домішок:
• хімічні методи преципітації (осадження домішок);
• перекристалізація або фракційна кристалізація;
• фізико-хімічні методи: фільтрація, мембранне розділення, іонний обмін.
У більшості промислових і лабораторних схем використовують комбінований підхід, що дозволяє досягти оптимального балансу між ефективністю, витратами та ступенем чистоти.
Перекристалізація є одним із найстаріших і найефективніших способів виділення чистого MgCl₂·6H₂O із природних або техногенних розсолів. Метод базується на різниці розчинності солей домішок (переважно NaCl, KCl, CaSO₄) у залежності від температури та концентрації розчину.
Одне з досліджень [2, c. 376] описує поліваріантний процес підготовки бішофіту з природного розсолу Себкха (Туніс). За схемою цього дослідження спершу виконується кристалізація NaCl, потім подвійних K-Mg солей, десульфатування за допомогою CaCl₂, подальша кристалізація і отримання бішофіту високої чистоти.
Також відоме дослідження [3, c. 02004] в якому надано опис експериментального підходу до рекристалізації і очищення бішофіту до якості MgO медичного призначення. Ця робота містить дані про вплив температури та етапів випаровування і очищення на вміст NaCl, KCl, CaSO₄ та іонів SO₄²⁻ у кристалічному продукті. Перевагами методу є відносна простота та відсутність потреби у дорогих реагентах; недоліками — значні енергетичні витрати при багаторазовій рекристалізації та можливі втрати магнію (до 10 %).
Хімічне осадження домішок застосовується як попередній етап перед кристалізацією або фільтрацією. Для видалення іонів SO₄²⁻з розчинів MgCl₂ використовують додавання CaCl₂ або BaCl₂, внаслідок чого утворюється малорозчинний осад CaSO₄·2H₂O або BaSO₄. При цьому надлишок кальцію повинен бути мінімальним, щоб уникнути вторинного забруднення розчину.
Кальцій часто видаляють осадженням у вигляді CaCO₃ або CaC₂O₄ при введенні карбонат- або оксалат-іонів (Na₂CO₃, Na₂C₂O₄). За даними [4, c. 432], регулювання pH у межах 9–10 і контроль температури 40–60 °С забезпечують високу селективність осадження Ca²⁺ при мінімальних втратах магнію (до 2 %).
Іони заліза Fe³⁺ осаджують у вигляді Fe(OH)₃ при регулюванні pH 6–8 або переводять у Fe²⁺ за допомогою відновників і далі видаляють сорбційними методами. Використання полімерних флокулянтів покращує розділення твердих фаз і полегшує фільтрацію.
Перевагою хімічного осадження є висока швидкість процесу, можливість цілеспрямованого видалення конкретних іонів. До недоліків належить необхідність утилізації осадів, можливість осадження магнію та внесення небажаних домішок.
Після преципітації проводиться фільтрація для відокремлення твердих фаз (CaSO₄, CaCO₃, Fe(OH)₃). У сучасних технологіях дедалі частіше застосовують нанофільтрацію або зворотний осмос, що дають змогу видаляти SO₄²⁻, Fe³⁺ і Ca²⁺ без утворення осадів [5, c. 115231].
Мембранні процеси дозволяють ефективно відокремлювати сульфати завдяки негативному заряду мембран, який перешкоджає проходженню багатозарядних аніонів. Основними труднощами є необхідність попереднього видалення механічних домішок, високий робочий тиск і деградація мембран у хлоридному середовищі.
Іонний обмін застосовується переважно як завершальний етап для доведення чистоти розчину до фармакопейного рівня. Катіоніти у H⁺- або Na⁺-формі здатні селективно вилучати Ca²⁺, Fe³⁺ та інші багатозарядні катіони, залишаючи Mg²⁺ у розчині. Аніоніти використовують для видалення SO₄²⁻ і залишкових аніонів.
Для роботи в середовищі з високою іонною силою розсолів розробляються спеціальні смоли на основі полістирольних та акрилатних матриць з підвищеною стійкістю до сольової деградації. Недоліками є висока вартість смол і необхідність їх регенерації.
Таблиця
Порівняння основних методів очищення бішофіту [6, с. 3300]
3. Комбіновані методи очищення бішофіту
У сучасних роботах пропонується поєднувати декілька методів для досягнення необхідного рівня чистоти. Типова схема [7, с. 133852] включає:
• грубу фільтрацію розсолів;
• вилучення сульфатів (додавання CaCl₂ або мембранна фільтрація);
• видалення Ca²⁺і Fe³⁺ осадженням або іонним обміном;
• рекристалізацію бішофіту;
• фінішне очищення іонообміном або нанофільтрацією.
Такий підхід забезпечує комплексне вилучення основних домішок при мінімальних втратах магнію.
4. Висновки
Бішофіт є перспективною сировиною для одержання магній оксиду, проте природний мінеральний розсіл містить широкий спектр домішок (Ca²⁺, Na⁺, K⁺, SO₄²⁻, Fe³⁺), які необхідно видаляти для отримання продукту фармакопейної чистоти.
Найбільш ефективними напрямами очищення є перекристалізація, хімічне осадження, мембранне розділення та іонний обмін. Жоден із методів не забезпечує одночасного усунення всіх домішок при мінімальних втратах магнію, тому перспективним є їх поєднання в єдину технологічну схему. Комбіновані процеси (хімічне десульфатування → рекристалізація → іонний обмін) дозволяють досягти чистоти MgCl₂·6H₂O понад 99 %, що відповідає вимогам медичного застосування. Подальші дослідження мають бути спрямовані на оптимізацію параметрів кожного етапу з метою зниження енергоємності та екологічного навантаження процесу.
Список літератури
1. Fezei R., Hammi H., M’nif A. Extractive process for preparing high purity magnesium chloride hexahydrate. Chemical Industry and Chemical Engineering Quarterly. 2012. Vol. 18. №. 1. P. 83-88.
2. Fezei R., Hammi H., M'nif A. Selective recovery of bischofite from Sebkha El Melah natural brine. Latin American applied research. 2009. Vol. 39. №. 4. P. 375-380.
3. Ji L. et al. Purification of food-grade magnesium chloride. MATEC Web of Conferences. 2016. Vol. 62. P. 02004.
4. Abdullayev B. et al. Study of the desulfurization process of brine from the Karaumbet and Barsakelmes lakes. New Materials, Compounds and Applications. 2024. Vol. 8. P. 430-439.
5. Vassallo F. et al. A pilot-plant for the selective recovery of magnesium and calcium from waste brines. Desalination. 2021. Vol. 517. P. 115231.
6. Hilal N. et al. Nanofiltration of magnesium chloride, sodium carbonate, and calcium sulphate in salt solutions. Separation Science and Technology. 2005. Vol. 40. №. 16. P. 3299-3321.
7. Saud A., Ali A., Quist-Jensen C. A. Membrane distillation crystallization’s parametric analysis for magnesium sulphate crystallization from simulated nanofiltration brine. Separation and Purification Technology. 2025. Vol. 92. P. 133852.
|
Голосування 
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License
Знайшли помилку? Виділіть помилковий текст мишкою і натисніть Ctrl + Enter