本发明是关于一种复分解反应生产硝酸钠的方法。 硝酸钠的生产一般以硝酸直接与纯碱反应制取为主,这方法操作简单,广为采用,也有利用工厂排放出的硝酸尾气,用纯碱溶液或苛性碱溶液来吸收,经过几步反应,来生产硝酸钠。但目前这些方法所用的纯碱原料供应紧张,一时难以缓解,直接影响了硝酸钠的产量。另一种生产硝酸钠的方法即由硝酸钙与硫酸钠复分解反应生产硝酸钠,也有见报导,这方法成本较低,但成品中含有硝酸钙容易潮解,且纯度低,影响硝酸钠的质量。
鉴于硝酸钠市场需求与日俱增,而目前其产量远不能满足市场需要。本发明的目的,在于寻找资源丰富且廉价的原料,通过一新的反应工艺路线生产硝酸钠,同时降低成本。
这种方法基于铵明矾的热浓溶液在蔽光静止条件下冷却不结晶的特性发展起来的。考虑从铝化合物出发,通过成矾反应,由铝盐,铵盐,硫酸盐,硝酸盐,钠盐(特别是硫酸钠)等参加成矾反应:
生成铵明矾与硝酸钠。铵明矾溶解度较小,在先冷却结晶析出,此时硝酸钠留在母液中,分离铵明矾,将母液浓缩至硝酸钠冷却结晶能析出的浓度,转入蔽光静止条件下冷却结晶,即得到硝酸钠。附图1给出了这种成矾反应蔽光结晶工艺流程图。
成矾反应中的铝盐,可采用硝酸铝或硫酸铝,采用不同铝盐有不同的成矾反应方案,现对这两种主要的方案作进一步的说明:
1.硝酸铝方案。在硝酸铝的溶液中,加入适量地硫酸钠,硝酸铵或硫酸铵,搅拌溶解加热成矾反应:
为防止硝酸铝的强烈水解,反应温度不能大于100℃,最好在80℃~90℃加热溶解反应,在敞光条件下冷却结晶析出铵明矾,离心分离得含大量硝酸钠的母液,将母液浓缩,浓缩至硝酸钠含量在60~70%左右为宜,即转入蔽光静止条件下冷却结晶,以后迅速离心分离得硝酸钠结晶,余液回收明矾后返回生产。所得硝酸钠烘干、粉碎,即得到含量很高,符合标准的产品,蔽光结晶工艺得到的硝酸钠主要杂质来自铵明矾,必要时用少量冷水冲洗,能得到纯度更高的硝酸钠产品。这里所用的硝酸铝,由铝灰或其它含氧化铝原料与稀硝酸反应制得,反应过程中,缓慢酸化,温度控制在60℃~70℃,得到硝酸铝溶液,直接参加成矾反应。
2.硫酸铝方案。是在硫酸铝溶液里按计算比例加入芒硝与硝酸铵;
生成铵明矾与硝酸钠,按硝酸铝方案相同的成矾反应蔽光结晶工艺流程路线,得到硝酸钠产品。硫酸铝溶液由含氧化铝的原料与硫酸反应制取,例如高岭土在650°~700℃熔烧后,脱水粉碎,加45%稀硫酸,搅拌均匀,加热反应,之后加水浸取制得硫酸铝溶液,直接参加成矾反应。
成矾反应体系的水溶剂配量是以生成硝酸钠的量多少决定的,最理想的溶剂量要使硝酸钠完全溶解,而明矾尽可能少溶解,但太少量的溶剂,不能使带结晶水的铵明矾很顺利析出,可能变成脱水明矾混浊析出而破坏了结晶体系,故实际操作中所需加的溶剂量估算是以硝酸钠溶解度计算的溶剂量为基准,再根据生成的铵明矾量相应地增加几个百分数的溶剂水量。下面给出几个实施例:
例Ⅰ:
11.2%硝酸5.5公斤与含Al2O350%的铝灰0.4公斤反应,温度控制在60℃~70℃,反应时间30小时,得13.8%硝酸铝4.66公斤。
上述硝酸铝溶液,如有游离酸则需以纯碱中和至PH3,再加95%硫酸钠0.9公斤,硝酸铵0.25公斤,搅拌加热至90℃左右,1小时完全溶解,溶解过程即成矾反应过程。以后常温冷却结晶铵明矾析出,结晶时间一天半。结晶离心分离並以少量冷水冲洗附在明矾表面的硝酸钠溶液,得铵明矾1.2公斤及35.2%硝酸钠溶液2.9公斤。
上述硝酸钠溶液在90℃左右浓缩,使硝酸钠含量达到64%,蔽光冷却结晶,硝酸钠析出,离心分离再以少量水冲洗去杂,以后干燥粉碎,得含99%的硝酸钠0.6公斤。
提取硝酸钠后母液,其中过量的明矾便自行析出,分离明矾后的母液及洗液返回生产,含硝酸钠0.4公斤。
例Ⅱ:
用含Al2O321%的高岭土4公斤,在650℃~700℃熔烧脱水,粉碎,用45%稀硫酸4.1公斤配合,搅拌均匀,保温酸化4小时,最高达到120℃,以后水浸得16.8%硫酸铝溶液12.66公斤。上述硫酸铝溶液,如有游离酸可用少量纯碱调到PH4,加95%无水芒硝0.91公斤,硝酸铵0.99公斤,搅拌加热至80°~90℃,1小时左右全部溶解,在室温下冷却,铵明矾析出,离心分离,得铵明矾5.1公斤及17%的硝酸钠溶液6公斤。
上述大量的硝酸钠稀溶液要通过预浓缩脱矾,要减压在90°左右浓缩至含硝酸钠35%左右,冷却结晶排除铵明矾0.24公斤。
上述硝酸钠溶液在90℃左右再浓缩,使硝酸钠含量达64%左右,蔽光冷却结晶,硝酸钠析出,迅速离心分离,再以少量冷水去杂,以后干燥粉碎,得含99.3%硝酸钠0.59公斤。
提取硝酸钠后的母液,其中过量的明矾自行析出,分离明矾后的母液及洗液返回生产,可回收硝酸钠0.41公斤。
表1给出了硝酸钠产品的各项指标。
成矾反应蔽光结晶工艺生产硝酸钠可以得到高质量的硝酸钠产品,为扩大生产硝酸钠提供了一新的途径,同时本方法原料来源丰富,有很大的开发潜力,硝酸、硝酸铵、芒硝原料易得,铝灰、高岭土、铝矾土、矾泥和赤泥等等均可作为本方法的铝盐原料,成本低,设备容易解决,生产工艺也不复杂,适宜于大小规模工业生产。表2给出了生产一吨硝酸钠生产成本统计表。
表1: