Способ получения нитрита натрия и оксида цинка Российский патент 2023 года по МПК C01B21/50 C01D13/00 C01G9/02 

Изобретение относится к способам получения нитрита натрия, оксидов металлов и оксида цинка и может быть использовано в химической промышленности и других отраслях хозяйства.

В настоящее время основной технологией получения товарного нитрита натрия имеющего широкое применение в различных отраслях народного хозяйства является процесс абсорбции горячей газовой смеси, получаемой в результате окисления аммиака и содержащей водяные пары, кислород и окислы азота водным раствором гидроокиси натрия, описанным например в монографии [Позин М.Е. Технология минеральных солей, ч. 2, "Химия", Л., 1970, с. 1221-1222, Справочник азотчика, "Химия", М., 1987 г., с. 223-227], по формуле

2NaOH+NO+NO₂ → 2NaNO₂+H₂O

Данная технология обладает следующими основными недостатками - большой энергоемкостью и аппаратной сложностью т.к. процесс получения окислов азота из аммиака происходит на катализаторе под давлением выше атмосферного, при температуре порядка 900°С с последующим охлаждением нитрозных газов в котле-утилизаторе до температуры 350-400°С и с последующим барботажем нитрозных газов в сложном абсорбционном аппарате.

Общеизвестен метод получения нитрита натрия с нагреванием порошка свинца с нитратом натрия с последующим растворением в воде полученной твердой субстанции https://ru.wikipedia.org/wiki/Нитрит_натрия. В результате растворения в осадок выпадет нерастворимый в воде оксид свинца(II), а нитрит натрия остается в растворе:

NaNO₃+Pb → NaNO₂+PbO

Данный метод обладает следующими основными недостатками - свинец реагирует как правило не полностью, поэтому раствор представляет собой смесь нитрита натрия и нитрата натрия, которую необходимо разделить, также оксид свинца токсичен и поэтому данный метод не применяется для производства пищевого нитрита натрия. В тоже время необходимо отметить простоту метода получения нитрита натрия с нагреванием порошка свинца с нитратом натрия, который является наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению.

Наверняка были попытки реализовать метод нагрева нитрата натрия с порошками других металлов для получения нитрита натрия, но в процессе патентного поиска такая информация обнаружена не была. Возможно это связано с тем что многие порошки металлов при нагреве с нитратом натрия горят с выделением большого количества тепла, как например, порошок цинка, поэтому получающий при нагреве нитрата натрия с металлом нитрит натрия сразу разлагается.

Т.о. задача получения нитрита натрия из нитрата натрия путем нагрева его с металлом сводится к контролю температуры реакции, а точнее к недопущению ее возрастания выше 320°С когда происходит разложение нитрита натрия.

В твердом состоянии нитрата натрия контроль температурного режима реакции является очень сложной задачей т.к. теплоперенос осуществляется между частичками нитрата натрия и металлическим порошком. В то же время температура плавления нитрата натрия составляет 308°С и при 320°С разлагается расплав нитрита натрия, и т.о. в интервале 308-320°С в расплаве могут сосуществовать нитрат и нитрит натрия.

Техническая задача по недопущению развития неконтролируемой экзотермической реакции между порошком металла и нитратом натрия автором настоящего изобретения решается путем отказа от использования готового порошка металла. Вместо готового порошка металла используется помол частиц металла и получаемой корочки оксида на них в ванне расплавленного нитрата натрия внутри вращающегося барабана шаровой мельницы при температуре в интервале 308-320°С.

Сущность изобретения заключается в том, что для получения нитрита натрия производят нагрев нитрата натрия с металлом с последующим растворением в воде полученной твердой субстанции, выпадения в осадок нерастворимого в воде оксида металла и остатком нитрита натрия в растворе, причем нагрев металла в виде мелких частиц осуществляют совместно с мелющими керамическими шарами в ванне расплавленного нитрата натрия внутри вращающегося барабана шаровой мельницы при температуре в интервале 308-320°С.

Применив в качестве металла цинк получают выпадающий в осадок нерастворимый в воде оксид цинка который используют как отдельный товарный продукт. А для уменьшения загрязнения нитрита натрия и оксида цинка продуктами износа шаровой мельницы барабан шаровой мельницы футеруют деталями из цинка.

Возможность реализации способа иллюстрируется следующими примерами реализованными в лабораторных условиях.

В качестве модели шаровой мельницы использовался глубокий фарфоровый стакан закрепленный на металлической оправке для вращения с помощью дрели с регулируемой частотой вращения, для создания термостатированного объема использовалась муфельная электропечь SNOL 8,2/1100, использовался цинк гранулированный ЧДА ТУ 6-09-5294-86, нитрат натрия технический высший сорт производства АО «Ферганаазот» ГОСТ 828-77, помольные шары из оксида алюминия.

Пример 1.

Температура муфельной электропечи 310°С.

цинк гранулированный ЧДА - 65,38 г

нитрат натрия технический - 85 г.

Конверсия NaNO₃ → NaNO₂, 77%.

Пример 2.

Аналогично примеру 1.

Температура муфельной электропечи 314°С.

цинк гранулированный ЧДА - 65,38 г

нитрат натрия технический - 85 г.

Конверсия NaNO₃ → NaNO₂, 93%.

Пример 3.

Аналогично примеру 1.

Температура муфельной электропечи 318°С.

цинк гранулированный ЧДА - 65,38 г

нитрат натрия технический - 85 г.

Конверсия NaNO₃ → NaNO₂, 64%.

Во всех примерах показанных выше получался порошок оксида цинка нестабильного качества по гранулометрическому составу возможно связанный с трудностью термостабилизации в малом объеме.

Таким образом, применение предлагаемого способа получения нитрита натрия позволяет в одном технологическом процессе получить два товарных продукта - нитрит натрия и оксид цинка, получив существенную экономию энергии за счет четырехкратного снижения температуры получения оксида цинка в отличие от «французского процесса», значительное упрощение технологии получения нитрита натрия и уменьшение нагрузки на экологию.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности и других отраслях хозяйства. Способ производства нитрита натрия NaNO₂ из нитрата натрия NaNO₃ включает нагрев нитрата натрия с металлом с последующим растворением в воде полученной твердой субстанции, выпадение в осадок нерастворимого в воде оксида металла и с остатком нитрита натрия в растворе. В качестве металла используют цинк. Нагрев цинка в виде частиц совместно с мелющими керамическими шарами проводят в ванне расплавленного нитрата натрия внутри вращающегося барабана шаровой мельницы при температуре 308-320°С. Выпадающий в осадок нерастворимый в воде оксид цинка ZnO используют как отдельный товарный продукт. Изобретение позволяет получить в одном технологическом процессе два товарных продукта – нитрит натрия и оксид цинка, снизить затраты энергии за счет снижения температуры, упростить технологию и уменьшить нагрузку на экологию. 1 з.п. ф-лы, 3 пр.

1. Способ производства нитрита натрия NaNO₂ из нитрата натрия NaNO₃, включающий нагрев нитрата натрия с металлом с последующим растворением в воде полученной твердой субстанции, выпадение в осадок нерастворимого в воде оксида металла с остатком нитрита натрия в растворе, отличающийся тем, что в качестве металла используют цинк Zn, нагрев цинка в виде частиц совместно с мелющими керамическими шарами проводят в ванне расплавленного нитрата натрия внутри вращающегося барабана шаровой мельницы при температуре 308-320°С, а выпадающий в осадок нерастворимый в воде оксид цинка ZnO используют как отдельный товарный продукт.

2. Способ производства нитрита натрия из нитрата натрия по п. 1, отличающийся тем, что для уменьшения загрязнения нитрита натрия и оксида цинка продуктами износа шаровой мельницы барабан шаровой мельницы футеруют деталями из цинка.