Спосіб одержання розчину натрію хлориду для електролізу

Винахід належить до хімічної галузі промисловості, зокрема до технології одержання розчину натрій хлориду - сировини для електролітичного одержання натрій гідроксиду і хлору і може знайти застосування у виробництві каустичної соди з кам'яної солі з підвищеним вмістом магнію. Відомий спосіб одержання розчину натрій хлориду шляхом розчинення природної кам'яної солі в присутності добавки пасти на основі алкілсульфатів первинних спиртів, в яку додатково добавляють натрій триполіфосфат (див., напр., А.С. СРСР №654541, кл. CO1D3/4 від 28.03.77p.). Однак цей спосіб не дозволяє одержати з кам'яної солі з підвищеним вмістом магнію розчин, придатний для очистки лужно-карбонатним способом і наступного електролізу. Відомий також спосіб одержання розчину натрій хлориду шляхом розчинення природної кам'яної солі в воді, відділення нерозчиненого залишку і глиняних домішок, осадження з одержаного розчину домішок магнію розчином лугу і кальцію - розчином натрій карбонату і відділення продукційного розчину від утвореного осаду (Див., напр., Постійний технологічний регламент виробництва соди каустичної і хлору №С-38-96, затверджений 22.02.1996. Калуш 1996p.), який за сукупністю ознак є найбільш близьким до заявлюваного способу. Однак і цей спосіб не дозволяє одержати з кам'яної солі з підвищеним вмістом магнію розчин, придатний для очистки лужно-карбонатним способом і наступного електролізу. В основу винаходу поставлено задачу удосконалити спосіб одержання розчину натрій хлориду сировини для електролітичного одержання натрій гідроксиду - шляхом введення добавки і зміни послідовності відомих технологічних операцій та їх параметрів, що забезпечить одержання такого співвідношення концентрацій домішок у розчині, яке дозволить досягнути високого ступеня очистки його лужно-карбонатним способом і спростити процес електролітичного одержання натрій гідроксиду. Суттєвими ознаками винаходу, що забезпечать досягнення технічної задачі, є технологія, яка включає розчинення природного галіту водою добавленням розчину лугу при величині рН 6,8-9,0, відділення нерозчиненого залишку і глиняних домішок, осадження домішок магнію лужним реагентом і кальцію розчином карбонату, відділення продукційного розчину від утвореного осаду; нерозчинений залишок відділяють через 4-10 хвилин після початку розчинення, розчин лугу беруть із концентрацією 3-10мас.% ОН, а розчинення ведуть за температури 10-50°С. Ознаками цього способу, що співпадають із суттєвими ознаками відомого способу, є розчинення природного галіту водою, відділення нерозчиненого залишку і глиняних домішок, осадження домішок магнію лужним реагентом і кальцію - розчином карбонату, відділення продукційного розчину від утвореного осаду. Відмінними ознаками способу, що заявляється, від прототипу є те, що розчинення здійснюють з добавленням лугу, величину рН розчину встановлюють 6,8-9,0, нерозчинений залишок відділяють через 410 хвилин після початку розчинення, розчин лугу беруть із концентрацією 3-10мас.% ОН-, а розчинення ведуть за температури 10-50°С. Ознаками, достатніми у всіх випадках, на які поширюється обсяг правової охорони, є ті, що розчинення здійснюють з добавленням лугу, величину рН розчину встановлюють 6,8-9,0, а нерозчинений залишок відділяють через 4-10 хвилин після початку розчинення. Ознаками, які характеризують винахід у конкретних формах виконання є ті, що розчин лугу беруть із концентрацією 3-10мас.% ОН-, а розчинення ведуть за температури 10-50°С. Нові технічні властивості винаходу досягаються за рахунок додаткового введення в процес розчинення природного галіту розчину лугу, тривалості процесу до відділення нерозчиненого залишку, послідовності операцій, температурних і концентраційних умов здійснення способу. Добавлення в процес розчинення природного галіту розчину лугу призводить до зв'язування розчинних домішок магнію в нерозчинну форму і встановлення оптимального для ефективної тонкої очистки розчину натрій хлориду співвідношення концентрацій іонів кальцію і магнію, що дозволяє використовувати природний галіт із підвищеним вмістом магнію, який за відомими способами не переробляється. Відділення нерозчиненого залишку після розчинення природного галіту через 4-10 хвилин після початку розчинення дозволяє одержати розчин із низькою концентрацією сульфат-іонів. Добавлення в процес розчину лугу з концентрацією 3-10мас.% ОН- дозволяє спростити його дозування і забезпечити рівномірний розподіл в розчині, температура розчинення природного галіту 10-50°С дозволяєзнизити швидкість розчинення домішок калійно-магнієвих мінералів та гіпсу і одержати розчин з низьким вмістом домішок. У порівнянні з прототипом у процесі реалізації способу утворюється розчин натрій хлориду із регульованим співвідношенням між концентраціями іонів кальцію та магнію в межах від 5 до 15, яке дозволяє досягнути при очистці його лужно-содовим методом суми концентрацій магнію і кальцію менше 6мг/л. Вплив величини рН розчину на його склад у процесі розчинення природного галіту наведено в таблиці 1. Із таблиці видно, що при зменшенні величини рН менше 6,8 в розчині після розчинення зменшується співвідношення між концентраціями іонів кальцію і магнію, в результаті чого в розчині після очистки сума концентрацій іонів кальцію і магнію зростає до 9,4мг/л, а при збільшенні її вище 9,0 в розчині переважає вміст іонів кальцію і після очистки сума концентрацій іонів кальцію і магнію зростає до 11мг/л. Отже найменша залишкова сума концентрацій іонів кальцію і магнію складає 5-6мг/ л при величині рН у розчині 6,8-9,0. Таблиця 1 Показники Величина рН Співвідношення Ca2+:Mg2+ в розчині після розчинення Сума концентрацій Ca2+:Mg2+ в очищеному розчині, мг/л Прототип 5,2-6,5 5,1 6 6,5 2,9 9 Спосіб, що пропонується 6,8 8,9 9,0 10,0 7,0 8,6 12,0 19,3 5 4 5 11 Вплив часу розчинення природного галіту на вміст домішок кальцію і сульфат-іонів у розчині наведений у таблиці 2 Таблиця 2 Показники Час розчинення, хвилин Концентрація в розчині Са2+, мас.% SO42-, мас.% NaCl, г/л Прототип 2 0,10 0,25 305 0,074 0,18 294,0 Спосіб, що пропонується 4 7 10 0,078 0,20 306,6 0,079 0,22 309,6 0,087 0,23 311,2 20 0,100 0,27 312,0 Як видно із таблиці 2, зменшення часу розчинення галітової породи до відділення нерозчиненого залишку менше 4 хвилин призводить до зниження концентрації домішок Са2+ і SO42- у розчині, але при цьому знижується також концентрація NaCl. Збільшення його вище 10 хвилин на концентрацію NaCl суттєво не впливає, але при цьому зростає концентрація домішок Са2+ і SO42- у розчині. Час розчинення галітової породи 4-10 хвилин забезпечує одержання розчину з високою концентрацією NaCl і низькою концентрацією домішок Са2+ і SO42-. Вплив концентрації розчину лугу на процес зумовлений складністю його дозування і рівномірністю розподілу в об'ємі суспензії. При її зменшенні нижче 3,0мас.% ОН- проходить розбавлення суспензії і концентрація натрій хлориду знижується. Збільшення її вище 10,0мас.% ОН- призводить до зростання в'язкості розчину натрій гідроксиду, затруднення його рівномірного дозування і нерівномірного розподілу реагенту в об'ємі суспензії. Внаслідок цього зростає витрата реагенту. Вплив температури процесу на склад одержуваного розчину наведений у таблиці 3. Таблиця 3 Показники Температура, °С Концентрація в розчині Са2+, мас.% SO42-, мас.% NaCl, г/л Прототип 5 0,10 0,25 305 0,063 0,17 293,6 Спосіб, що пропонується 10 30 50 0,071 0,21 305,8 0,081 0,23 310,3 0,092 0,24 313,1 60 0,108 0,28 314,4 Як видно із наведених даних, зниження температури процесу розчинення галітової руди менше 10°С призводить до зменшення концентрації основної речовини в розчині, а збільшення її вище 50°С на концентрацію її суттєво не впливає, але при цьому зростає концентрація домішок. Тому в запропонованому способі вибраний інтервал температури розчинення 10-50°С. Приклад 1 1000г природного галіту подрібнили до розміру частинок менше 5мм. ЇЇ склад, мас.%: 0,11 К+, 0,41 Mg2+, 0,66 Са2+, 34,19 Na+, 53,13 СІ -, 2,81 SO42- Н2О 1,26, Н.З. 7,43. Подрібнену руду розчинили в 2400г води за температури 30°С, в яку добавили 115г розчину NaOH із концентрацією 5,31мас.% ОН-. В одержану глиняно-сольову суспензію добавили 15г 0,25мас.%-ного розчину поліакриламіду і освітлили. Одержали 3030г насиченого розчину складу, мас.%: 0,04 К+, 0,008 Mg2+, 0,05 Са2+, 9,80 Na+, 15,15 СІ -, 0,13 SO42- Н2О 74,83 і 500г згущеного осаду. До одержаного насиченого розчину добавили 8г 10мас %-ного розчину NaOH і 33г 12,5мас.%-ного розчину Na2CO3. Утворений осад відстояли, одержали очищений розчин для електролізу складу, мас.%: 0,04 К+, 0,0002 Mg2+, 0,0004 Са2+, 8,89 Na+, 13,66 СІ-, 0,13 SO42-, 77,28 H2O. Вихід натрій хлориду із галітової руди в розчин складає 82,5%. Приклад 2 1000г природного галіту подрібнили до розміру частинок менше 5мм. ЇЇ склад, мас.%: 0,09 К+, 0,50 Mg2+, 0,39 Са2+, 31,92 Na+, 50,24 СІ -, 1,66 SO42- H2O 1,54, Н.З. 13,66. Подрібнену руду розчинили в 2240г води за температури 10°С, в яку добавили 138г розчину NaOH із концентрацією 3,0мас.% ОН-. В одержану глиняносольову суспензію добавили 30г 0,25мас.%-ного розчину поліакриламіду і освітлили. Одержали 2700г насиченого розчину складу, мас.%: 0,04 К+, 0,007 Mg2+, 0,047 Са2+, 9,68 Na+, 14,97 СІ -, 0,14 SO42- H2O 75,12 і 708г згущеного осаду. До одержаного насиченого розчину добавили 6,5г 10мас.%-ного розчину NaOH і 30г 12,5%-ного розчину Nа2СО3. Утворений осад відстояли, одержали очищений розчин для електролізу складу, мас.%: 0,03 К+, 0,0002 Mg2+, 0,0005 Са2+, 9,05 Na+, 13,94 СI -, 0,13 SO42-, 76,95 H2O. Вихід натрій хлориду із галітової руди в розчин складає 77,8%. Приклад 3 1000г природного галіту подрібнили до розміру частинок менше 5мм. ЇЇ склад, мас.%: 0,10 К+, 0,32 Mg2+, 0,87 Са2+, 29,48 Na+, 46,21 СІ -, 2,44 SO42- Н2О 1,83, Н.З. 18,75. Подрібнену руду розчинили в 2120г води за температури 50°С, в яку добавили 49г розчину NaOH із концентрацією 10,0мас.% ОН-. В одержану глиняносольову суспензію добавили 30г 0,25мас.%-ного розчину поліакриламіду і освітлили. Одержали 2350г насиченого розчину складу, мас.%: 0,05 К+, 0,006 Mg2+, 0,056 Са2+, 10,06 Na+, 15,60 СІ -, 0,11 SO42- H2O 74,12 і 850г згущеного осаду. До одержаного насиченого розчину добавили 5г 10мас.%-ного розчину NaOH і 30г 12,5мас.%-ного розчину Na2СО3. Утворений осад відстояли, одержали очищений розчин для електролізу складу, мас.%: 0,05 К+, 0,0003 Mg2+, 0,0005 Са2+, 8,82 Na+, 13,25 Cl-, 0,10 SO42-, 77,78 Н2О. Вихід натрій хлориду із галітової руди в розчин складає 76,2%.