45) Получение соды и вяжущих материалов.

Промышленный аммиачный способ (способ Сольве):

В 1861 году бельгийский инженер-химик Эрнест Сольве запатентовал метод производства соды, который используется и по сей день. В насыщенный раствор хлорида натрия пропускают эквимолярные количества газообразных аммиака и диоксида углерода, т.е. вводят NH₄HCO₃:

Выпавший остаток малорастворимого гидрокарбоната натрия отфильтровывают и кальцинируют нагреванием до 140-160°С, при этом он переходит в карбонат натрия:

Образовавшийся СО₂ возвращают в производственный цикл. NH₄Cl обрабатывают Ca(ОН)₂:

Полученный NH₃ также возвращают в производственный цикл.

Переработка кальциевых отходов осуществляется с целью получения мелиоранта, кормовой добавки для сельскохозяйственных животных, бесцементного вяжущего и других продуктов.

46) Комплексное использование нефелиновых руд в производстве глинозема, соды, поташа.

Комплексная переработка нефелинов включает процессы получения глинозема, кальцинированной соды, поташа, цемента и некоторых других продуктов. Достоинствами такой переработки являются полное использование сырья, запасы которого велики, практически полное отсутствие жидких и твердых отходов производства и благоприятные технико-экономические показатели процесса.

Для получения товарного глинозема, пригодного для производства алюминия, содовый раствор процесса подвергают глубокому обескремниванию с добавкой извести при 80-90°С в емкостях и перемешивающими устройствами. Количество добавляемой извести, исходя из соотношения CaO_акт : SiO₂, равно 20-40. В результате на второй стадии обескремнивания образуется труднорастворимый осадок гидроалюмосиликата кальция (гидрограната) ЗСаО*Аl₂O₃*nSiO₂(6-2nH₂O) и алюминатный раствор с кремневым модулем (Al₂O₃ : SiO₂), равным 1200-1500. После отделения шлама раствор в присутствии затравки подвергают карбонизации с выделением в твердую фазу гидроксида алюминия. После отделения от маточного раствора и промывки осадок гидроксида алюминия направляют на кальцинацию. Кальцинацию ведут при 1200 °С в трубчатых печах.

После отделения твердой фазы раствор направляют на производство содопродуктов (по схеме с одностадийной карбонизацией раствора в содовой ветви) или на вторую стадию карбонизации (по схеме с двухстадийной карбонизацией алюминатных растворов). Раствор второй стадии карбонизации после отделения твердой фазы с содержанием не более 0,15 г/дм³ соединений алюминия (в пересчете на оксид алюминия) поступает на производство содопродуктов.

В результате переработки карбонатных растворов могут быть получены кальцинированная сода, карбонат калия (поташ), сульфат и хлорид калия. На различных заводах вырабатывают полутораводный и кальцинированный поташ. В соответствии с содержанием нормируемых примесей технический карбонат калия выпускают трех сортов. Наибольшим спросом пользуется поташ первого сорта. Продукт третьего сорта пользуется весьма ограниченным спросом.

47) Получение содового раствора [NaHco3] сухим и мокрым способами.

В промышленности очищенный NaHCO₃ получают путем карбонизации водных растворов соды:

Необходимый для карбонизации содовый раствор (NaHCO₃) получают растворением твердой кальцинированной соды в воде или в оборотном маточнике («сухой» способ), либо разложением – декарбонизацией раствора технического гидрокарбоната натрия при нагревании («мокрый» способ):

Получение раствора Na₂CO₃ «мокрым» способом из технического гидрокарбоната натрия экономически более выгодно, чем непосредственно из кальцинированной соды. В «мокром» способе расход тепла на разложение NaHCO₃ почти в 2,5 раза меньше, чем на разложение NaHCO₃ в содовых печах. Кроме того, при производстве очищенного гидрокарбоната натрия отпадает необходимость в полном разложении NaHCO₃ в содовом растворе. Это позволяет дополнительно сэкономить тепло при «мокром» способе, а также облегчает дальнейшую карбонизацию содового раствора, в котором часть соды уже находится в виде NaHCO₃. При «мокром» способе снижается нагрузка основных содовых печей, эксплуатация которых обходится дороже, чем аппаратуры для «мокрого» разложения NaHCO₃.

Основным аппаратом в отделении приготовления содового раствора «мокрым» способом является декарбонатор. Наиболее часто применяются декарбонаторы двух типов: барботажный с колпачковыми тарелками и барботажно-скрубберный.

Отделение приготовления содового раствора «мокрым» способом.

В отделении декарбонизации установлены системы автоматического регулирования процессов приготовления суспензии гидрокарбоната натрия и декарбонизации. Для этого в бункере NaHCO₃ автоматически поддерживается его уровень, регулируется подача гидрокарбоната натрия в мешалку и уровень суспензии в ней. Задача автоматического регулирования процесса декарбонизации заключается в стабилизации подачи гидрокарбонатной суспензии на декарбонатор с помощью регулятора расхода. Регулятор соотношения суспензия – пар поддерживает расход пара пропорциональным расходу суспензии. Степень декарбонизации может дополнительно регулироваться путем изменения подачи пара при отклонении температуры парогазовой смеси на выходе из декарбонатора. Контролируются уровень суспензии в декарбонаторе, температура содового раствора и разрежение в газопроводе после декарбонатора.

Рис. 69. Технологическая схема производства очищенного бикарбоната натрия «сухим» способом:

1 – бачок; 2 – отстойник; 3 – сборник нормального содового раствора; 4 – шнековый растворитель; 5 – бункер для соды;

6 – промыватель воздуха с барометрической трубой; 7 – циклон; 8 – подогреватель; 9 – карбонизационная колонна; 10 – отстойник-сгуститель;

11 – рукавный фильтр; 12 – центрифуга; 13 – элеватор; 14 – сито-классификатор; 15 – магнитный сепаратор;

16 – калорифер; 17 – барабанная сушилка; 18 – вентилятор; 19 – бачок перелива; 20 – насос.

Технологическая схема производства «сухим» способом. На рис. 69 приведена технологическая схема получения очищенного гидрокарбоната натрия «сухим» способом. Твердую кальцинированную соду пневмотранспортом подают из отделения кальцинации в циклон 7. Очищенный от содовой пыли воздух проходит промыватель 6 и выбрасывается вакуум-насосом в атмосферу (на схеме не показан). Промывная вода из промывателя 6 собирается в бачке 1 и направляется в отделение очистки рассола. Кальцинированная сода из нижней части циклона 7 подается в бункер для соды 5, а оттуда – в шнековый растворитель 4 и далее в сборник нормального содового раствора 3.

В качестве растворителя применяют слабую жидкость, нагретую в подогревателе 8 до 90-95 °С. Приготовленный содовый раствор поступает в отстойник 2. Осветленный раствор перекачивают насосом 20 на верх карбонизационной колонны 9. Избыток раствора из колонны 9 через перелив собирается в бачке 19.

Снизу в колонну газовым компрессором подают диоксид углерода. Выходящий из колонны газ проходит брызгоуловитель и выбрасывается в атмосферу. Суспензия гидрокарбоната натрия из колонны 9 поступает в отстойник-сгуститель 10. Уплотненный осадок NaHCO₃ далее подается на центрифугу 12 и затем в сушилку 17. Гидрокарбонат натрия сушат горячим воздухом, нагнетаемым в сушилку вентилятором 18. Воздух подогревается в калорифере 16 водяным паром и очищается от частиц NaHCO₃ в рукавном фильтре 11, после чего выбрасывается в атмосферу. Для классификации частиц сухого гидрокарбоната натрия служит сито-трясучка 14. Разделенный на фракции продукт проходит через магнитные сепараторы 15 и направляется на расфасовку.