硫酸钠的制备方法
【专利摘要】本发明提供一种硫酸钠的制备方法，该方法将钠长石分解产生的固体残渣依次经酸浸取去除硫酸钙、阳离子交换树脂柱去除硫酸铝，最终得到硫酸钠溶液；另外将钠长石粉分解产生的气体生成物进行水解得到含有氟硅酸的水解液；然后将所述含有氟硅酸的水解液置于氟硅酸钠反应釜中，向其中加入所述硫酸钠溶液，两者反应生成氟硅酸钠浆料，经过滤、干燥处理得到氟硅酸钠粉体；最后将所述氟硅酸钠粉体及浓硫酸置于煅烧炉中反应，生成硫酸钠残渣，经水溶液溶解、重结晶，知道硫酸钠。本方法在制备高纯度硫酸钠的同时，无三废产生，实现生成连续化，生成成本低，适合推广应用。
【专利说明】硫酸钠的制备方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种硫酸钠的制备方法，尤其涉及一种利用钠长石制备硫酸的方法。
【背景技术】
[0002]硫酸钠，无机化合物，十水合硫酸钠又名芒硝或元明粉，白色、无臭、有苦味的结晶或粉末，有吸湿性，其外形为无色、透明、大的结晶或颗粒性小结晶。硫酸钠主要用于制水玻璃、玻璃、瓷釉、纸浆、致冷混合剂、洗涤剂、干燥剂、染料稀释剂、分析化学试剂、医药品等。因此，硫酸钠的用途比较广泛，研宄硫酸钠的制备是十分必要的。
[0003]钠长石是长石的一种，是常见的长石矿物，为钠的销娃酸盐(NaAlSi3O8)tl钠长石中含有丰富的钠、铝、硅等成分，但是由于钠长石化学性质比较稳定，一般常温常压下除氢氟酸以外几乎不能被酸碱或氧化剂所分解，使得我国丰富的钠长石资源一直不能得到有效的利用。因此，如何利用钠长石制造硫酸钠是亟待解决的问题。
【发明内容】
[0004]由鉴于此，本发明提供一种硫酸钠的制备方法，以促进钠长石资源的有效利用。
[0005]一种硫酸钠的制备方法，包括以下步骤:
钠长石分解反应:将钠长石、萤石、98%的硫酸按照1:1.55?2.57:3.28?4.62的质量比混合，并在100°C?200°C和自生压力下反应得到含有硫酸钙、硫酸钠和硫酸铝的固体残澄和含有氟化娃的气体生成物；
制备氟硅酸溶液:对所述气体生成物中的氟化硅进行水解，得到含有氟硅酸的水解液；
浸取固体残渣:在80°C?100°C下，用体积分数为3%?10%的硫酸溶液浸取所述固体残渣得到酸浸液；过滤，得到含有硫酸钠、硫酸铝的酸浸液；
制备硫酸钠溶液:采用阳离子交换树脂柱吸附所述酸浸液中的铝离子以去除所述酸浸液中的硫酸铝，处理所述去除硫酸铝后的酸浸液得到质量百分浓度为5%?40%的硫酸钠溶液；
制备氟硅酸钠粉体:将所述含有氟硅酸的水解液置于结晶釜中，且使所述氟硅酸的质量百分浓度为8%?20% ;边搅拌所述水解液边加入所述质量百分浓度为5%?40%的硫酸钠溶液，且控制所述结晶釜中的硫酸钠与氟硅酸的摩尔比为I?1.2:1 ;所述硫酸钠溶液添加完后，继续搅拌5分钟?20分钟后静置，得到氟硅酸钠浆料；对所述氟硅酸钠浆料依次进行过滤、干燥处理制得氟硅酸钠粉体；
制备硫酸钠晶体:将所述氟硅酸钠粉体和浓硫酸投入煅烧炉中，氟硅酸钠与硫酸的摩尔之比为1:1.05?1.1，在100°C?200°C下反应0.5小时?I小时，产生的气体依次通入一、二级吸收塔吸收，反应后生成残渣的主要成分为硫酸钠并且含有少量二氧化硅，用清水溶解残渣，过滤，并对滤液重结晶得到硫酸钠产品。
[0006]基于上述硫酸钠的制备方法，所述钠长石分解步骤包括:在100°C?200°C下对所述钠长石和所述萤石预加热15分钟?30分钟，除去其中的水分，得到干燥的钠长石和萤石原料；再将98%的硫酸加入到所述干燥的钠长石和萤石原料中反应2小时?5小时得到含有硫酸钙、硫酸钠、硫酸铝和硫酸铁的固体残渣和含有氟化硅的气体生成物。在该步骤(I)中，所述反应温度可以为100°C、150°C、180°C、200°C，优选为120°C?200°C ;所述反应时间优选为2.5小时?4小时。
[0007]基于上述硫酸钠的制备方法，所述制备氟硅酸溶液的步骤包括:采用除尘过滤器过滤所述含有氟化硅的气体生成物；将经除尘过滤后的气体生成物依次通到一、二级吸收塔中进行水解得到包括浓相物和氟硅酸溶液的水解液。
[0008]具体地，所述气体反应物经所述一级吸收塔中的吸收液吸收、水解后进入一级浓相收集槽中，所述一级浓相收集槽收集的浓相物输送到制备氟硅酸钠粉体的结晶釜中进行反应，其中，所述一级吸收塔中的吸收液为10%?30%的乙醇水溶液；所述一级浓相收集槽收集的液体溢流到一级吸收循环槽，经泵打回到所述一级吸收塔中继续吸收；由所述一级吸收塔出来的尾气进入所述二级吸收塔中，被所述二级吸收塔中的吸收液吸收、继续水解，所述二级吸收塔水解后的吸收液进入二级浓相吸收槽，所述二级浓相吸收槽收集的浓相物输送到所述制备氟硅酸钠粉体的结晶釜中进行反应；所述二级浓相收集槽收集的液体溢流到二级吸收循环槽，经泵打回到所述二级吸收塔中继续吸收，其中，所述二级吸收塔中的吸收液为10%?30%的乙醇水溶液；检测所述一级吸收循环槽、所述二级吸收循环槽中的所述氟硅酸溶液中的氟离子浓度达到lOmol/L时，吸收液达到饱和，将所述吸收液输送到所述制备氟硅酸钠粉体的结晶釜中进行反应。
[0009]基于上述硫酸钠的制备方法，在制备所述硫酸钠溶液的过程中，所述硫酸钠溶液的温度为35°C?60°C。
[0010]基于上述硫酸钠的制备方法，在制备所述氟硅酸钠粉体的过程中，加入到所述结晶釜中的所述氟硅酸溶液的测量密度为1.06g/ml?1.18g/mlo
[0011]基于上述硫酸钠的制备方法，在制备所述氟硅酸钠粉体的过程中，按照由慢到快的速度向所述结晶釜中加入所述质量百分浓度为5%?40%的硫酸钠溶液，且所述硫酸钠溶液的添加时间为7分钟?20分钟。优选地，所述硫酸钠溶液的添加时间为10分钟?15分钟。
[0012]基于上述硫酸钠的制备方法，在制备所述氟硅酸钠粉体的过程中，所述硫酸钠溶液添加完后，搅拌后静置时间为15分钟?20分钟得到所述氟硅酸钠浆料。
[0013]基于上述硫酸钠的制备方法，所述制备氟硅酸钠粉体的步骤包括:将所述氟硅酸钠浆料用泵送板框压滤机或者袋式过滤机过滤，得到含水质量百分浓度为8%?10%的湿产品；将所述湿产品干燥处理制得所述氟硅酸钠粉体。
[0014]基于上述硫酸钠的制备方法，对所述氟硅酸钠浆料依次进行过滤、干燥处理制得氟硅酸钠粉体的步骤进一步包括回收滤液中的硫酸的步骤。
[0015]与现有技术相比，本发明中钠长石、萤石和浓硫酸的反应温度为100°C?200°C，反应条件温和，对设备的要求比较低；本发明利用钠长石的分解产物硫酸钠和氟化硅并联合浓硫酸作为原料制备高纯的硫酸钠，而且制备所述氟硅酸钠粉体的过程中产生的硫酸滤液，以及在制取硫酸钠晶体过程中产生的气体均被回收利用，没有随污染排放；所以，本发明提供的氟硅酸钠的制备方法成本比较低，生产过程无三废产生，能耗低、产出高、回收率高，实现了生产连续化，钠长石中的有效成分得到了充分的利用；另外，本发明通过先制备氟硅酸钠粉体的方法将钠盐单独提取出来，进一步在100°c?200°C下反应，之后通入浓硫酸制得硫酸钠通过结晶制得硫酸钠晶体，实现了难溶性钠盐到可溶性钠盐的转变，制备出了高纯度的硫酸钠，提供了一种新思路，解决了我国可溶性钠资源不足的问题。
【具体实施方式】
[0016]下面通过【具体实施方式】，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
[0017]实施例1
本实施例提供一种硫酸钠的制备方法，包括以下步骤:
钠长石分解:先将钠长石和萤石在10CTC下预加热30分钟左右，再加入98%的硫酸使三者在100°C和自生压力下反应5小时左右，得到含有硫酸钙、硫酸钠、硫酸铝的固体残渣和含有氟化硅的气体生成物，其中，钠长石、萤石、98%的硫酸的质量比为1:1.55:3.28，反应原理为:
CaF2 + H2SO4 = 2HF + CaSO4
2NaAlSi308 + 24HF + 4H2S04 = Na2SO4 + Al2(SO4)3 + 6SiF4 ? + 16Η 20制备氟硅酸溶液:将上述含有氟化硅的气体生成物引入除尘过滤器中除尘；经除尘过滤后的气体通入一级吸收塔中经一级吸收塔中的吸收液吸收、水解后进入一级浓相收集槽中，所述一级浓相收集槽收集的浓相物输送到制备氟硅酸钠粉体的结晶釜中进行反应；所述一级浓相收集槽收集的液体溢流到一级吸收循环槽，经泵打回到所述一级吸收塔中继续吸收；由所述一级吸收塔出来的尾气进入二级吸收塔经所述二级吸收塔中的吸收液吸收、继续水解，所述二级吸收塔水解后的吸收液进入二级浓相吸收槽，所述二级浓相吸收槽收集的浓相物输送到所述制备氟硅酸钠粉体的结晶釜中进行反应；所述二级浓相收集槽收集的液体溢流到二级吸收循环槽，经泵打回到所述二级吸收塔中继续吸收；检测所述一级吸收循环槽、所述二级吸收循环槽中的氟硅酸溶液中的氟离子浓度达到10mol/L时，吸收液达到饱和，将所述吸收液也输送到所述制备氟硅酸钠粉体的结晶釜中进行反应，其中，所述一、二级吸收塔中的吸收液为20%左右的乙醇水溶液；
浸取固体残渣:将所述固体残渣通过出料螺旋转入浸取槽，在80°C下，用体积分数为5%的硫酸溶液浸取，并通过过滤机过滤，得到酸浸液；
制备硫酸钠溶液:采用阳离子交换树脂柱吸附所述酸浸液中的铝离子以去除所述酸浸液中的硫酸铝；处理所述去除硫酸铝后的酸浸液得到质量百分浓度为5%的硫酸钠溶液，并将所述硫酸钠溶液的温度维持在35°C ;
制备氟硅酸钠粉体:将所述包括浓相物和氟硅酸溶液的水解液置于结晶釜中，且使所述氟硅酸溶液的质量百分浓度为8% ;搅拌所述氟硅酸溶液并所述氟硅酸溶液中加入所述质量百分浓度为5%的硫酸钠溶液的时间为7分钟，且控制所述结晶釜中所述硫酸钠与氟硅酸的摩尔比为1:1 ;所述硫酸钠溶液添加完后，继续搅拌20分钟，然后静置15分钟，得到氟硅酸钠浆料；将所述氟硅酸钠浆料用泵送板框压滤机或者袋式过滤机过滤，得到含水质量百分浓度为10%的湿产品；将所述湿产品干燥处理，制得所述氟硅酸钠粉体，并回收滤液中的硫酸；
制备硫酸钠晶体:将所述氟硅酸钠粉体和浓硫酸投入煅烧炉中，氟硅酸钠与硫酸的摩尔之比为1:1.1，在100°C下反应I小时，产生的气体依次通入一、二级吸收塔吸收，反应后残渣的主要成分为硫酸钠并且含有少量二氧化硅，用清水溶解将残渣溶解，然后过滤，并对滤液重结晶得到硫酸钠产品。
[0018]实施例2
本实施例与实施例1提供的硫酸钠的制备方法，基本相同，不同之处在于:
在钠长石分解的步骤中，预加热的温度为150°c，预加热的时间为20分钟；反应的温度为150°C，反应的时间为3.5小时；其中，钠长石、萤石、98%的硫酸的质量比为1:2:4 ;
在浸取固体残渣的过程中，硫酸溶液的体积分数为8%，浸取温度为90°C ;
在制备硫酸钠溶液的过程中，处理所述去除硫酸铝后的酸浸液得到质量百分浓度为22%的硫酸钠溶液，并将所述硫酸钠溶液的温度维持在45°C ;
在制备氟硅酸钠粉体的过程中，所述氟硅酸溶液的质量百分浓度为9% ;硫酸钠溶液的质量百分浓度为22%，且所述硫酸钠溶液完全加入到所述氟硅酸溶液的时间为14分钟，其中，所述结晶釜中硫酸钠与氟硅酸的摩尔比为1.1:1 ;所述硫酸钠溶液添加完后，继续搅拌10分钟后静置20分钟；所述氟硅酸钠浆料过滤，得到的湿产品的含水质量百分浓度为9% ;
在制备硫酸钠晶体的过程中，所述氟硅酸钠粉体与硫酸的摩尔之比为1:1.05，反应温度为150 °C，反应时间为45分钟。
[0019]实施例3
本实施例与实施例1提供的硫酸钠的制备方法，基本相同，不同之处在于:
在钠长石分解的步骤中，预加热的温度为200°C，预加热的时间为15分钟；反应的温度为200°C，反应的时间为2小时；其中，钠长石、萤石、98%的硫酸的质量比为1:2.5:4.6 ；在浸取固体残渣的过程中，硫酸溶液的体积分数为10%，浸取温度为95°C ;
在制备硫酸钠溶液的过程中，处理所述去除硫酸铝后的酸浸液得到质量百分浓度为45%的硫酸钠溶液，并将所述硫酸钠溶液的温度维持在60°C ;
在制备氟硅酸钠粉体的过程中，所述氟硅酸溶液的质量百分浓度为10%;硫酸钠溶液的质量百分浓度为22%，且所述硫酸钠溶液完全加入到所述氟硅酸溶液的时间为20分钟，其中，所述结晶釜中硫酸钠与氟硅酸的摩尔比为1.2:1 ;所述硫酸钠溶液添加完后，继续搅拌10分钟；
在制备硫酸钠晶体的过程中，所述氟硅酸钠粉体与硫酸的摩尔之比为1:1.08，反应温度为200 °C，反应时间为30分钟。
[0020]最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的【具体实施方式】进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
【权利要求】
1.一种硫酸钠的制备方法，包括以下步骤: 钠长石分解:将钠长石、萤石、98%的硫酸按照1:1.55?2.57:3.28?4.62的质量比混合，并在1001:?2001:和自生压力下反应得到含有硫酸钙、硫酸钠和硫酸铝的固体残渣和含有氟化娃的气体生成物； 制备氟硅酸溶液:对所述气体生成物进行水解，得到含有氟硅酸的水解液； 浸取固体残渣:在801:?1001:下，用体积分数为3%?10%的硫酸溶液浸取所述固体残渣得到酸浸液；过滤，得到含有硫酸钠、硫酸铝的酸浸液； 制备硫酸钠溶液:采用阳离子交换树脂柱吸附所述酸浸液中的铝离子以去除所述酸浸液中的硫酸铝，处理所述去除硫酸铝后的酸浸液得到质量百分浓度为5%?40%的硫酸钠溶液； 制备氟硅酸钠粉体:将所述含有氟硅酸的水解液置于结晶釜中，且使所述氟硅酸的质量百分浓度为8%?20% ；边搅拌所述水解液边加入所述质量百分浓度为5%?40%的硫酸钠溶液，且控制所述结晶釜中的硫酸钠与氟硅酸的摩尔比为1?1.2:1 ；所述硫酸钠溶液添加完后，继续搅拌5分钟?20分钟后静置，得到氟硅酸钠浆料；对所述氟硅酸钠浆料依次进行过滤、干燥处理制得氟硅酸钠粉体； 制备硫酸钠晶体:将所述氟硅酸钠粉体和浓硫酸投入煅烧炉中，氟硅酸钠与硫酸的摩尔之比为1:1.05?1.1，在1001:?2001:下反应0.5小时?1小时，产生的气体依次通入一、二级吸收塔吸收，反应后生成残渣的主要成分为硫酸钠并且含有少量二氧化硅，用清水溶解残渣，过滤，并对滤液重结晶得到硫酸钠产品。
2.根据权利要求1所述硫酸钠的制备方法，其特征在于:所述钠长石分解的过程包括:在1001:?2001:下对所述钠长石和萤石预加热15分钟?30分钟，除去其中的水分，得到干燥的钠长石和萤石原料；将所述98%的硫酸加入到所述干燥的钠长石和萤石原料中反应2小时?5小时，得到所述含有硫酸钙、硫酸钠和硫酸铝的固体残渣和所述含有氟化硅的气体生成物。
3.根据权利要求1所述硫酸钠的制备方法，其特征在于:所述制备氟硅酸溶液的步骤包括:采用除尘过滤器过滤所述含有氟化硅的气体生成物；将所述过滤后的气体生成物依次通到一、二级吸收塔中进行水解得到包括浓相物和氟硅酸溶液的水解液。
4.根据权利要求1所述硫酸钠的制备方法，其特征在于:在所述制备硫酸钠溶液的过程中，所述硫酸钠溶液的温度为351:?601。
5.根据权利要求1所述硫酸钠的制备方法，其特征在于:所述制备氟硅酸钠粉体的步骤中，加入到所述结晶釜中的所述氟硅酸溶液的测量密度为1.06^/1111?1.188加1。
6.根据权利要求1或5所述硫酸钠的制备方法，其特征在于:在制备所述氟硅酸钠粉体的过程中，按照由慢到快的速度向所述结晶釜中加入所述质量百分浓度为5%?40%的硫酸钠溶液，且所述硫酸钠溶液的添加时间为7分钟?20分钟。
7.根据权利要求6所述硫酸钠的制备方法，其特征在于:所述制备氟硅酸钠粉体的过程中，所述硫酸钠溶液添加完后，搅拌后静置时间为15分钟?20分钟得到所述氟硅酸钠浆料。
8.根据权利要求7所述硫酸钠的制备方法，其特征在于:所述制备氟硅酸钠粉体的步骤包括:将所述氟硅酸钠浆料用泵送板框压滤机或者袋式过滤机过滤，得到含水质量百分浓度为8%?10%的湿产品；将所述湿产品干燥处理，制得所述氟硅酸钠粉体。
9.根据权利要求8所述硫酸钠的制备方法，其特征在于:对所述氟硅酸钠浆料依次进行过滤、干燥处理制得氟硅酸钠粉体的步骤进一步包括回收滤液中的硫酸的步骤。
【文档编号】C01B33/10GK104445282SQ201410700580
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月28日 优先权日:2014年11月28日
【发明者】梁国栋, 胡安慧, 付建国 申请人:嵩县中科孵化器有限公司