Способ получения каустической соды Российский патент 2021 года по МПК C01D1/22 

Изобретение относится к технологии производства неорганических веществ, в частности химического получения каустической соды (NaOH) в результате конверсии сульфата натрия.

Известны способы получения каустической соды (NaOH) электрохимическим и химическими способами.

Электрохимический способ основан на электролизе водных растворов хлорида натрия с протеканием реакции диссоциации [Якименко Л.М. Производство хлора, каустической соды и неорганических хлорпродуктов М.: Химия, 1974, - 600с, (с 193-270)]:

При пропускании постоянного тока через систему, использующую индифферентные электроды: катод поляризованный отрицательно, взаимодействует с деполяризатором, к которому можно отнести ионы водорода (Н*). Деполяризация катода ионами водорода приводит к образованию атомарного и молекулярного водорода:

В свою очередь, на аноде, поляризованном положительно, деполяризатором выступает хлор-ион. После разряда образуется атомарный и, далее, молекулярный хлор (газ):

В итоге в водном растворе накапливается щелочь - NaOH - целевой продукт. После отпаривания воды получают сухую каустическую соду.

К недостаткам способа можно отнести:

- получение газообразных продуктов: водорода и хлора, которые нужно разделить и утилизировать;

- невысокая концентрация щелочи в отработанном электролите (до 120 г/дм³) и, соответственно, существенные затраты на отпаривание воды;

- высокие энергозатраты.

Известен ферритный способ производства щелочи, основанный на спекании кальцинированной соды с окисью железа (Fe₂O₃) с получением феррита натрия [Шокин И.Н., Крашенинников С.А. Технология соды М. : Химия 1975. - 288 с, (с. 205-244)]:

Важным свойством получаемого соединения является возможность его разложения в воде:

После разложения получают осадок оксида железа, возвращаемый на спекание, и раствор гидроксида натрия, направляемый на обезвоживание. Недостатком способа является существенные затраты Na₂CO₃, характеризующийся высокой стоимостью.

Наиболее близким к заявленному является способ производства щелочи [Н.С. Ахметов. Неорганическая химия. М.: Высшая школа, 1975, с. 591-592], по которому осуществляют взаимодействие кальцинированной соды (Na2C03) с гашеной известью по схеме:

Процесс получил название каустификации. К основному недостатку следует отнести использование кальцинированной соды и значительные энергозатраты на обезвоживание щелочного раствора.

Целью заявляемого является снижение совокупности затрат при получении щелочного рассола с содержанием NaOH до 600 г/дм³ с использованием реакции конверсии сульфата натрия, накапливаемого в металлургических технологиях переработки сульфидного сырья.

Поставленная цель достигается тем, что способ получения каустической соды реализуется с участием обожженной извести, а в качестве реагента для каустификации используют гидрокарбонат натрия (NaHCO₃), при смешивании твердых компонентов в соответствии со стехиометрическим отношением 1:1 (56 г СаО и 84 г NaHCO₃) и ступенчатой подачей воды (10% от массы твердой смеси) в течении 5-7 мин при температуре 35-40°С с добавлением новой порции воды до получения пульпы содержащей 60-70% жидкого с последующей фильтрацией и промывкой кека с получением раствора щелочи содержащего 600 г/дм³ NaOH.

Для образования гидрокарбоната натрия предполагается использование сульфата натрия. Химизм процесса образования гидрокарбоната натрия (конверсии сульфата натрия) [Те-Пан-Го, Производство соды., М. - Л., ГНТИХЛ, 1948, 424 с.]:

В данной системе труднорастворимым соединением является NaHCO₃ (в воде при 20°С растворяется 9,6 г соли в 100 г воды). Учитывая сложный солевой фон растворов, величина растворимости NaHCO₃ уменьшается до 2,5-3 г на 100 г воды. После отделения осадка NaHCO₃ от раствора он поступает на каустификацию:

В результате реакции (10) в растворе накапливается до 600 г/дм³ NaOH. Этот раствор направляют на обезвоживание с получением сухой (плавленой) NaOH, а также осадка карбоната кальция, поступающего на обжиг с целью регенерации извести (СаО) и углекислого газа, участвующего в карбонизации.

При каустификации перемешивают твердые обожженную известь и гидрокарбонат натрия с подачей воды небольшими порциями (10% от массы твердого) при активном перемешивании, обеспечивая рабочую температуру процесса 35-40°С. После 5-7 минут выкручивания снова добавляют указанное количество воды. Операцию повторяют 5-6 раз с получением в итоге пульпы содержащей 60-70% жидкого. Фазы разделяют центрифугированием.

Пример

При смешивании 1000 г обожженной извести, содержащей 90% СаО и осадка NaHCO₃ в количестве 1580 г (содержание гидрокарбоната натрия составляет 85%) получено 642 г щелочи и 1647,8 г (с учетом твердых примесей) карбоната кальция. После выщелачивания в воде получили раствор, содержащий 620 г/дм³ NaOH. Общее извлечение щелочи от теоретически возможного составило 96,1%.

Кек выщелачивания представлен, в основном, карбонатом кальция, возвращаемым на сушку и термическое разложение (обжиг) с получением углекислого газа, используемого при обработке аммиачносульфатных растворов при получении NaHCO₃.

Достигаемый технический результат от реализации данного способа состоит в следующем:

- осуществляется утилизация накапливаемого в металлургических производствах побочного продукта - сульфата натрия;

- эффективно используется гидрокарбонат натрия для получения продукта - каустической соды;

- возможна оборачиваемость промпродукта основной реакции каустификации - карбоната кальция - с получением оксида кальция и диоксида углерода, возвращаемых, соответственно, на каустификацию (оксид кальция) и получение гидрокарбоната (СО₂);

- происходит снижение энергозатрат при обезвоживании щелочных растворов, содержащих большее количество щелочи по сравнению с прототипом.

Изобретение относится к технологии производства неорганических веществ, в частности химического получения каустической соды (NaOH) в результате конверсии сульфата натрия. Способ получения каустической соды с участием обожженной извести и гидрокарбоната натрия включает в смешивание твердых компонентов в соответствии со стехиометрическим соотношением 1:1 и ступенчатую подачу воды порциями по 10% от массы твердой смеси при перемешивании в течение 5-7 мин при температуре 35-40°С. Новые порции воды добавляют до получения пульпы, содержащей 60-70% жидкого. Фазы разделяют центрифугированием и промывают кек с получением раствора щелочи 600 г/дм³. Обеспечивается утилизация накапливаемого в металлургических производствах побочного продукта - сульфата натрия и достигается снижение энергозатрат на обезвоживание щелочных растворов. 1 пр.

Способ получения каустической соды с участием обожженной извести, отличающийся тем, что в качестве реагента для каустификации оксида кальция используют гидрокарбонат натрия, со смешиванием твердых компонентов в соответствии со стехиометрическим соотношением 1:1 и ступенчатой подачей воды порциями по 10% от массы твердой смеси при перемешивании системы в течение 5-7 мин при температуре 35-40°С с добавлением новой порции воды до получения пульпы, содержащей 60-70% жидкого, разделяют фазы центрифугированием и промывают кек с получением раствора щелочи 600 г/дм³.