12.4. Виробництво каустичної соди

Каустичну соду (NaOH) крім електрохімічного способу виробляють і хімічними способами: вапняно-содовим (або просто вапняним) і феритним.

Сировиною для вапняного способу виробництва каустичної соди є содовий розчин і негашене вапно. Під час реакції вапно гаситься водою розчину і реагує з кальцинованою содою:

Na₂CO₃ + Са(ОН)₂ = 2NaOH + CaCO₃,

внаслідок чого утворюється NaOH. Як видно з графіка (рис. 12.2), ступінь каусти­фікації (так називається процес) тим більший, чим нижча концентрація Na₂CO₃ у вихідному розчині. Реакція утворення NaOH зворотна: при певних концентраціях і температурах настає стан рівноваги. З підвищенням вмісту соди у розчині значна кількість її лишається невикористаною. Це пояснюється тим, що при збільшенні концентрації Na₂CO₃ вище певного рівня загальна залишкова лужність розчину зменшується через випадання в осад гідрату подвійної солі (персаніту):

2Na₂CO₃ + Са(ОН)₂ + 2Н₂О = 2NaOH+ Na₂CO₃∙СаСО₃∙2Н₂О.

Встановлено, що у содових розчинах з концентрацією 14 % персаніт не утво­­рюється. Практично на заводах ступінь каустифікації у рівноважному стані не перевищує 90 %.

Підвищення температури веде до зниження виходу NaOH, тому що розчинність вапна при цьому зменшується; зниження ж температури зменшує швидкість реакції. Отже, процес каустифікації слід проводити при температурах, близьких до 100 °С. У заводських умовах процес здійснюють при 60‑70 °С. Розчини після виділення осаду СаСО₃ містять 90‑130 г/л NaOH, тому їх концентрують і зневоднюють.

Технологічний процес виробництва NaOH вапняним способом складається з таких основних операцій: приготування содового розчину розкладанням технічного NaHCO₃ водяною парою (декарбонізація); приготування "нормального" розчину; перша каустифікація (взаємодія "нормального" содового розчину з Са(ОН)₂), видалення шламу після першої каустифікації; обробка шламу розчином з декарбонізатора; промивання шламу; випарювання лугу, зневоднення NaOH.

Рис. 12.2. Залежність ступеня каустифікації  від концентрації соди С

У водному розчині NaHCO₃, оброблений водяною парою, швидко розкладається (декарбонізується).

Для приготування "нормального" содового розчину використовують дозовані кількості декарбонізованого содового розчину, залишок розчину після випарювання лугу і лужної води. Після цього "нормальний" розчин каустифікується вапном, якого беруть з надлишком до 10 %. Процес каустифікації здійснюють в обертових апаратах – каустицерах – стальних барабанах діаметром 2,5 м і завдовжки 15 м, які встановлюють під невеликим кутом у бік завантаження. Ступінь каустифікації досягає 75 %. Для підвищення ступеня каустифікації лужну суспензію першої каустифікації після видалення кусків вапна і коксу, який потрапляє сюди з вапнякововипалювальної печі, подають для другої стадії каустифікації у вертикальні каустицери, після чого ступінь каустифікації становить 85‑90 %. Вертикальні каустицери – це циліндричні апарати з мішалкою загальною висотою 13 м, змонтовані з 14 бочок діаметром 3 м.

Для добування NaOH феритним способом сухий Na₂CO₃ змішують з подрібненим оксидом заліза у відношенні 1:3 і прожарюють в обертових печах при температурі близько 1000 °С. При цьому утворюються тверді грудочки фериту натрію:

Na₂CO₃ + Fe₂O₃ = Na₂O ∙ Fe₂O₃ + CO₂ – Q.

Під дією гарячої води ферит натрію розкладається з утворенням їдкого натру та оксиду заліза за реакцією

Na₂O ∙ Fe₂O₃ + 2Н₂О = 2NaOH + Fe₂O₃ ∙ Н₂О.

Оксид заліза виділяють з розчину і повертають на виробництво. Розчин, який містить 360‑380 г/л NaOH, використовують у рідкому стані або концентрують і зневоднюють.

Питання до розділу 12

1. Властивості та застосування кальцинованої соди.

2. Яку сировину використовують для виробництва кальцинованої соди?

3. У чому суть амоніачного виробництва кальцинованої соди?

4. Через які стадії відбувається реакція утворення NaHCO₃?

5. Які оптимальні умови отримання NaHCO₃?

6. Описати принципову схему виробництва кальцинованої соди.

7. Як отримують каустичну соду (NaOH) вапняним способом?

8. Як отримують NaOH феритним способом?

Розділ 13. ЕЛЕКТРОХІМІЧНІ ВИРОБНИЦТВА