Способ получения каустической соды
METHOD FOR PRODUCING CAUSTIC SODA

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;
3
- невысокая концентрация щелочи в отработанном электролите (до 120 г/дм) и, соответственно, существенные затраты на отпаривание воды;
- высокие энергозатраты.
2
3
Известен ферритный способ производства щелочи, основанный на спекании кальцинированной соды с окисью железа (FeO) 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:
2
3
После разложения получают осадок оксида железа, возвращаемый на спекание, и раствор гидроксида натрия, направляемый на обезвоживание. Недостатком способа является существенные затраты NaCO, 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.
3
Целью заявляемого является снижение совокупности затрат при получении щелочного рассола с содержанием NaOH до 600 г/дм с использованием реакции конверсии сульфата натрия, накапливаемого в металлургических технологиях переработки сульфидного сырья.
3
3
3
Поставленная цель достигается тем, что способ получения каустической соды реализуется с участием обожженной извести, а в качестве реагента для каустификации используют гидрокарбонат натрия (NaHCO), при смешивании твердых компонентов в соответствии со стехиометрическим отношением 1:1 (56 г СаО и 84 г NaHCO) 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/дм 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.]:
3
3
3
В данной системе труднорастворимым соединением является NaHCO (в воде при 20°С растворяется 9,6 г соли в 100 г воды). Учитывая сложный солевой фон растворов, величина растворимости NaHCO уменьшается до 2,5-3 г на 100 г воды. После отделения осадка NaHCO от раствора он поступает на каустификацию:
3
В результате реакции (10) в растворе накапливается до 600 г/дм 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
3
3
При смешивании 1000 г обожженной извести, содержащей 90% СаО и осадка NaHCO 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/дм NaOH. Общее извлечение щелочи от теоретически возможного составило 96,1%.
3
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 NaHCO.
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;
2
- возможна оборачиваемость промпродукта основной реакции каустификации - карбоната кальция - с получением оксида кальция и диоксида углерода, возвращаемых, соответственно, на каустификацию (оксид кальция) и получение гидрокарбоната (СО);
- происходит снижение энергозатрат при обезвоживании щелочных растворов, содержащих большее количество щелочи по сравнению с прототипом.