Спосіб виробництва кальцинованої соди – ” спосіб бена”

Спосіб виробництва кальцинованої соди шляхом амонізації та карбонізації розчину хлориду натрію з отриманням бікарбонату натрію і хлориду 3 Са(ОН)2, MgO, MgCO3, CaCO3*MgCO3, Mg(OH)2, BaCO3 і т.п. Вивчення літератури авторами показало, що: 1. В 1956 році з'явилась робота [3] "Некоторые особенности кинетики сухой регенерации аммиака мелом и магнезитом", де автори проводили дослідження з регенерації аміаку у випадку крейди при температурі 300 °C, у випадку магнезиту - при 200 °C. 2. В 1969 році в роботі [1. с 129] показано: "Для получения газа хлора осажденный твердый хлористый аммоний обрабатывают окисью магния при температуре около 350 °C. При этом протекает реакция: 2NH4Cl  MgO  MgCl2  2NH3  H2O ". 3. В 1972 році з'явилась робота [4] "Регенерация аммиака из NH4Cl в содовом производстве с помощью карбоната кальция", де автори вивчали процес регенерації аміаку при температурі 106 °C. 4. В 1978 році з'явилась стаття [5] "Получение из фосфогипса сульфата аммония, окиси кальция и концентрата редкоземельных элементов", де для виділення рідкоземельних елементів з фосфогіпсу технічний окис кальцію обробляли насиченим розчином хлориду амонію при молярному співвідношенні NH4Cl : CaO  2,2 . В усіх цих роботах автори близько підходили до ідеї організації виробництва соди по безвідходній технології, але так і не знайшли такого рішення. Автори, на підставі указаних вихідних даних про властивості хлориду амонію, поставили задачу: розробити безвідходну технологію виробництва кальцинованої соди і за аналог прийняли діючу технологію виробництва соди способом Сольве. Суть технології, що пропонується: 1) в термічній обробці суміші карбонатів, окисів, гідроокисів кальцію та/або магнію чи їх суміші з концентратом, або кристалічним хлоридом амонію, з отриманням твердого хлориду кальцію, магнію або їх суміші, газу аміаку і вуглекислого газу, або їх суміші; 2) в використанні отриманих газів для процесів амонізації і карбонізації розчину хлориду натрію. Такі процеси дозволять: 1) ліквідувати шахтну піч, втрати сировини (карбонату кальцію) у вигляді недопалу і дробленого вапна; 2) ліквідувати шламонакопичувачі для зберігання 10 %-го розчину хлориду кальцію; 3) ліквідувати вузол приготування вапняного молока. Оскільки отриманий NH4Cl має значний домішок NaCl, що не вступив у реакцію з аміаком та вуглекислим газом у реакції (1), то плав СаСl2 матиме той же домішок. На 1 т соди теоретично отримують NH4Cl  2 * 107 / 106  2,02 . Домішок солі NaCl в хлористому амонії NH4Cl на 1 т соди теоретично складає 0,5 т. Таким чином, результатом реакції (1) маємо суміш NH4Cl  NaCl  2,02  0,5  2,57 т . Ця суміш може бути розділена методом висолювання [1] або після отримання плаву СаС12 і його подальшого гідролізу та осадження. 64246 4 Висолювання бачиться як більш складний процес. А от гідроліз і осадження мають наступні підстави. СаСl2 має температуру плавлення 772 °C, NaCl – 800 °C. Тому при термічній обробці суміші хлоридів амонію та натрію з карбонатом кальцію отримують сухий порошок (2,2СaCl2  0,5NaCl тобто - плав СаСl2 із вмістом в ньому 18,5 % NaCl. Ця суміш може використовуватись для обробки доріг. СаСl2 має розчинність 74,5 гр. при 20 °C, 159гр. при 100 °C на 100 гр. води. NaCl має розчинність 36,0 гр. при 20 °C, 39,1гр. при 100 °C на 100 гр. води. Це дозволяє розділити продукти по розчинності краще, ніж методом висолювання. Тому при нагріванні насиченого розчину до 100 °C соль випаде в осад і буде направлена у голову процесу виробництва соди, хлорид кальцію з малим домішком солі чи в розчиненому, чи в висушеному стані буде являти собою товар. Розділення хлориду кальцію та хлориду натрію не є предметом цієї заявки на корисну модель, тому приклад проведення цього процесу не приводиться. В цілому, реалізація поставленої задачі дозволить існуюче виробництво кальцинованої соди перетворити в безвідходне виробництво і вирішити екологічну проблему, що створена діючими виробництвами. Технічний результат досягається шляхом сумлінного перемішування перемеленої сировини з концентратом або кристалічним хлоридом амонію з наступним пропіканням при температурі діапазону 200-400 °C. MgCO3 (CaCO3 )  2NH4Cl  MgCl2(CaCl2 )  2NH3  H2O CaCO3 * MgCO3  4NH4Cl  CaCl2  MgCl2  4NH3  2H2O CaO[Ca(OH)2 ]  2NH4Cl  CaCl2  2NH3  H2O(2H2O) MgO[Mg(OH)2 ]  2NH4Cl  MgCl2  2NH3  H2O(2H2O) . Такий діапазон температур обґрунтовується тим, що магнієві сполуки з хлоридом амонію дозволяють регенерувати аміак і вуглекислий газ при менших температурах, ніж кальцієві сполуки. Суміші магнієвих і кальцієвих сполук в різній пропорції визначає діапазон температури, необхідної для дисоціації хлориду амонію. Порівняємо послідовність дій отримання соди способом Сольве і способом, що пропонується. Сольве: 1. Очистка розеолу кухонної солі від домішок солей магнію і кальцію. 2. Пропікання вапна для отримання вуглекислого газу і окису кальцію. 3. Обробка окису кальцію водою для отримання вапняного молока. 4. Амонізація очищеного розсолу газоподібним аміаком. 5. Карбонізація амонізованого розсолу отриманим 40 %-м вуглекислим газом. 6. Отримання суміші бікарбонату натрію у вигляді осаду і розчину хлориду амонію - відділення 5 на фільтрі бікарбонату натрію від розчину хлориду амонію з домішкою хлориду натрію. 7. Пропікання отриманого бікарбонату натрію при 150 °C з отриманням соди і поверненням частини вуглекислого газу по реакції 2NaHCO3  Na2CO3  CO2  H2O . 8. Обробка розчину хлориду амонію вапняним молоком з відгонкою паром отриманого в результаті реакції аміаку і поверненням його у процес. 9. Видалення в шламонакопичувач 10 % розчину хлориду кальцію. Спосіб, що пропонується: 1. Очистка розсолу кухонної солі від домішок солей магнію і кальцію. 2. Змішування кристалічного або концентрату хлориду амонію з будь-якою карбонатною сполукою: СаСО3 або MgCO3. 3. Пропікання хлориду амонію у суміші з карбонатом кальцію або магнію при температурі 200400 °C з отриманням відповідного хлориду, газів аміаку та вуглекислого газу по реакціях: 2NH4Cl  CaCO3  CaCl2  2NH3  CO2  H2O 2NH4Cl  MgCO3  MgCl2  2NH3  CO2  H2O . 4. Обробка цими газами очищеного розсолу з отриманням бікарбонату натрію і розчину хлориду амонію. 5. Відділення бікарбонату натрію від розчину хлориду амонію. 6. Пропікання бікарбонату натрію з отриманням соди при 150 °C і повернення частини вуглекислого газу по реакції 2NaHCO3  Na2CO3  CO2  H2O . 7. Отримання концентрату хлориду амонію або кристалічного хлориду амонію методом упарювання або висолювання і повернення його в процес. Загальними процесами є: - процес очистки розсолу - розчину кухонної солі; - процеси амонізації і карбонізації; 64246 6 - процеси розділення продуктів реакції; - процес отримання соди з бікарбонату натрію виключається: - процес пропікання в шахтних печах кускового вапна; - процес отримання вапняного молока; - процес обробки розчину хлориду амонію вапняним молоком; - процес відкачки і збереження 10 % розчину хлориду кальцію у шламонакопичувачі. Що дає технологія, що пропонується: - більш повне (до 100 %) використання сировини: аміаку і іону хлору, карбонату кальцію і магнію; - застосування вапняку в будь-якому вигляді, а не тільки у вигляді кускового матеріалу, що завантажується в шахтну піч; - виключення шахтної печі, і як результат отримання вуглекислого газу концентрацією не 40 %, а 90-100 % (розчиняється тільки присутністю аміаку); - виключається відхід виробництва – 10 % розчин хлориду кальцію; - не потребує шламонакопичувача; - виробляється додатковий товарний продукт плав або концентрований розчин хлориду кальцію або хлориду магнію; - як результат, скорочуються виробничі витрати на отримання соди; - з'являється процес концентрування хлориду амонію, процес змішування його з карбонатною сировиною, процес пропікання суміші і отримання товарного продукту; - в цілому досягається безвідходна технологія виробництва соди. Вірогідність реалізації корисної моделі підтверджується серією лабораторних дослідів для вибору оптимального режиму вказаних реакцій, на основі яких визначились норми технологічного режиму: 1. Мольне співвідношення CaCO3 [MgCO3; CaCO3 * MgCO3; CaO;MgO; Ca(OH)2;Mg(OH)2 ] : NH4Cl  1 13 : 1. , 2. Подрібнення суміші менше 0,20 мм. 3. Температура пропікання суміші указаних сполук від 200 до 400 °C 4. Час пропікання від 26 до 120 хвилин. Наприклад: При нагріванні ретельно перемішаних 117 гр. NH4Cl с 110 гр. СаСО3 (взяли на 10 % більше стехіометричного) протягом години прогрівали в колбі 250 мл. при температурі до 400 °С, отримали сухий порошок, розчинили, відфільтрували, осад упарили і отримали 110,2 гр. порошок, який проаналізували і впевнились, що це хлорид кальцію. Аналогічно провели експеримент з MgCO3, доломітом CaCO3*MgCO3, CaO, сухий гідроокис кальцію Са(ОН)2, домішком NaCl і теж впевнились, що таким чином можна отримувати відповідні хлориди цих сполук з домішком NaCl. Приклад: Змішали 60 гр. пропеченої пушонки CaO з 107гр. NH4Cl, ретельно перемішали, помістили в колбу 250 мл. і при перемішуванні нагріли на плитці до 360 °C. Вже при 135 °C побачили, що підвищується тиск. Через годину реакція закінчилась при витримці 360 °C, в колбі залишився білий порошок. Після відповідної обробки і аналізу впевнились, що це хлорид кальцію у кількості 110,3 гр. проти теоретичного 111 гр. Отримання концентрату або кристалічного хлориду амонію з його розчину є технічною задачею, яку давно вирішили шляхом випарювання чи висолювання [1]. Технічних варіантів обробки хлористого амонію в технології отримання соди способом, що пропонується, є декілька: - розкладають хлорид амонію і газами, що утворюються, обробляють сировину; - частину отриманих газів направляють на виділення аміаку і вуглекислого газу із "слабкої рідини" або фільтрової рідини замість пару, що застосовується; 7 - переробляється шлам очистки розсолів, з використанням його як карбонатної сировини. Безвідходна технологія виробництва соди відповідає загальній формулі 2NaCl  CaCO3  Na2CO3  CaCl2 . Пропонуємо її назвати "спосіб БУНа". Джерела інформації: 1. Шокин И.Н., Крашенинников С.А. Технология кальцинированной соды и очищенного бикарбоната натрия. М.: Высшая школа.-1969. - С. 323. Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 64246 8 2. Клевке В.А., Поляков Н.Н., Арсеньева Л.З. Технология азотных удобрений. Издание второе, переработанное, Госнаучтехиздательсто химлитературы. М.: - 1963. - С. 392. 3. Журнал прикладной химии №5, 1956 г. 4. Труды МХТИ им.Д.И. Менделеева, вып. 69, 1972 г., с. 43-47. 5. Журнал прикладной химии т LI, №7, 1978 г. с. 1441-1443. Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601