一种以芒硝和碳酸氢铵为原料联合生产纯碱和硫酸铵的方法与流程

本发明属于化学工艺技术领域，具体为一种以芒硝和碳酸氢铵为原料联合生产纯碱和硫酸铵的方法。

背景技术：

纯碱是许多工业的基础原料，广泛应用于人们的日常生活以及化工、轻工、冶金、纺织、建材等工业部门，在国民经济发展建设过程中占有十分重要的地位。

18世纪以前，由于世界上没有制碱工业，人们所需要的碱都取自天然碱，1791年，法国医生路布兰通过煅烧硫酸钠、煤炭和石灰石制成功研究出“路布兰法”。1863年，比利时工程师索尔维基于综合前人的工作进行改进，实现了通过“索尔维法”制造纯碱(即氨碱法)。由于氨碱法较之路布兰法具有原料价格低廉，普遍易得，产品纯度高，适合大规模生产等优点，因此取代了路布兰法，并一直被广泛采用至今，氨碱法因为产生大量含氯化钙废水，生产企业通常分布在沿海地区，而且氨碱法中氯化钠转化率只能达到72％-76％，24％-28％的钠离子和几乎全部的氯离子被废弃。1943年，我国侯德榜博士通过开展制碱试验研究，研制出联碱制碱法，能同时生产纯碱和氯化铵两种产品，原料得到充分利用，降低了生产成本，体现了大规模联合生产的优越性，但是随着纯碱产量的快速增长，氯化铵产量也快速增加，氯化铵作为含氯氮肥，对很多忌氯农作物并不适用，这就限制了氯化铵广泛应用，同时制约了联碱法生产纯碱的发展。

截至目前，我国纯碱生产装置总产能近3000万吨，除了天然碱之外，主要生产方法为氨碱法、联碱法，所用原料均为氯化钠。而我国目前已探明的芒硝总储量在200亿吨左右(以无水硫酸钠计)，居世界首位，我国芒硝产销量也居世界第一，占70%左右，芒硝主要用于洗涤剂和硫化碱工业，其次是用于纸浆、人造纤维、玻璃工业。我国目前芒硝产能达到1200万吨，产量为980万吨，而国内需求只有800万吨左右，产能过剩严重。总之，我国芒硝资源非常丰富，而硫酸钠的市场容量有限，因此，大力加强我国芒硝资源的综合利用研究意义重大且大有前途。

多年来国内外研究人员都一直在探索芒硝制碱的新途径。我国也先后开展了一系列芒硝制碱的实验研究，但存在副产品产量大、工艺复杂、能耗高、硫酸钠转化率低等各种问题，所以一直未有产业化成果。

技术实现要素：

本发明的目的是针对以上技术问题，提供一种以芒硝和碳酸氢铵为原料联合生产纯碱和硫酸铵的方法。该方法通过设计合理的工艺流程，提高硫酸钠转化率，得到粒度大、纯度高、盐分含量低的碳酸氢钠产品，使以芒硝为原料制备纯碱具有优越的经济效益，为纯碱生产提供一种新的原料来源，也为芒硝的综合利用提供一个新的出路。

为了实现以上发明目的，本发明的具体技术方案为：

一种以芒硝和碳酸氢铵为原料联合生产纯碱和硫酸铵的方法，其包括如下步骤：

（1）将碳酸氢铵、硫酸钠和水同时加入到带有搅拌器的预混槽中，物料在预混槽中初步反应，生成碳酸氢钠结晶，水、碳酸氢铵水硫酸钠的质量比为1：0.6-1.5：0.6-1.5，物料在预混槽中停留时间为0.5-2h，预混槽温度为20-40℃。

（2）将步骤（1）中的混合物料送入反应结晶器，物料进一步反应，使碳酸氢钠结晶长大，反应结晶器温度为30-60℃，压力为0.1-0.6mpa，反应时间为0.5-2h。

（3）将步骤（2）中混合物料送真空带式过滤机真空脱水，并分区进行多次洗涤，洗去碳酸氢钠表面的盐分。所述真空带式过滤机过滤碳酸氢钠浆料时分区洗涤固体物料，五区洗水为脱盐水，四区洗水为后工段中的离心机滤液，三区洗水为五区滤液，三区滤液和四区滤液混合后再洗涤二区物料。

（4）将步骤（3）中的碳酸氢钠浆料送离心机离心脱水，滤饼为碳酸氢钠湿料，滤过母液返回真空带式过滤机，作为洗水洗涤碳酸氢钠湿料用。

（5）将步骤（4）中的碳酸氢钠湿料送干燥工段制备小苏打，或送煅烧工段制备纯碱。

（6）将步骤（5）中的滤过母液送后续工段处理。

本发明的积极效果体现在：

（一）本发明所述的以芒硝和碳酸氢铵为原料联合生产纯碱和硫酸铵的方法，硫酸钠转化率达到75%以上，而传统方法中硫酸钠转化率最高只有65%，而且本发明所述的方法流程短、设备少，易操作。

（二）本发明所述的以芒硝和碳酸氢铵为原料联合生产纯碱和硫酸铵的方法，反应过程使用结晶反应器，得到的碳酸氢钠湿料平均粒度可达230μm，颗粒结构密实，表面光滑，不含包裹母液，产品纯度高，既可以煅烧成纯碱，也可以直接干燥为小苏打。

（三）本发明所述的以芒硝和碳酸氢铵为原料联合生产纯碱和硫酸铵的方法，所得到的碳酸氢钠湿料水分在5%以下，降低了后续工段的能耗，也降低了纯碱中的盐分含量，产品中盐分含量不到0.1%。

附图说明

图1为本发明所述以芒硝和碳酸氢铵为原料联合生产纯碱的生产工艺流程图。

具体实施方式

为了使本发明的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明中所述的自烧结碳石墨密封材料及其制备方法做进一步的阐述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于下述实施例。

本发明中所记载的%，如无特殊说明，均表示其质量百分含量，即wt%。

实施例1：

本实施例提供一种以芒硝和碳酸氢铵为原料生产纯碱的方法，其流程如图1所示，具体步骤如下：

（1）将碳酸氢铵、硫酸钠和水同时加入到带有搅拌器的预混槽中，物料在预混槽中初步反应，生成碳酸氢钠结晶，水、碳酸氢铵和硫酸钠的质量比为1:1.1:0.9，物料在预混槽中停留时间为1h，预混槽温度为25℃；

（2）将步骤（1）中的混合物料（包括碳酸氢钠结晶）送入反应结晶器，物料进一步反应，使碳酸氢钠结晶长大，反应结晶器温度为45℃，压力为0.3mpa，反应时间为1h；

（3）从反应结晶器出料后的物料送真空带式过滤机进行真空脱水，并分区进行多次洗涤，洗去碳酸氢钠表面的盐分。其中，五区洗水为脱盐水，四区洗水为后工段中的离心机滤液，三区洗水为五区滤液，三区滤液和四区滤液混合后再洗涤二区物料；

（4）将步骤（3）后的碳酸氢钠浆料送离心机进行离心脱水，得到水分含量为3.5%的碳酸氢钠湿料，湿料平均粒度为187μm，滤过母液返回真空带式过滤机，作为洗水洗涤碳酸氢钠湿料；

（5）碳酸氢钠湿料送送煅烧工段，经煅烧后得到纯碱，纯碱纯度为99.6%，盐分含量为0.08%；

（6）真空过滤机滤过母液送后续工段处理，由母液成分可计算硫酸钠的转化率为74.5%。

实施例2

本实施例提供一种以芒硝和碳酸氢铵为原料生产纯碱的方法，如图1所示，具体步骤如下：

（1）将碳酸氢铵、硫酸钠和水同时加入到带有搅拌器的预混槽中，物料在预混槽中初步反应，生成碳酸氢钠结晶，水、碳酸氢铵和硫酸钠的质量比为1:1:1，物料在预混槽中停留时间为0.5h，预混槽温度为30℃；

（2）混合物料送入反应结晶器，物料进一步反应，使碳酸氢钠结晶长大，反应结晶器温度为50℃，压力为0.3mpa，反应时间为0.5h；

（3）反应结晶器出料送真空带式过滤机真空脱水，并分区进行多次洗涤，洗去碳酸氢钠表面的盐分；其中，五区洗水为脱盐水，四区洗水为后工段中的离心机滤液，三区洗水为五区滤液，三区滤液和四区滤液混合后再洗涤二区物料；

（4）碳酸氢钠浆料送离心机离心脱水，得到水分含量为3.8%的碳酸氢钠湿料，湿料平均粒度为211μm，滤过母液返回真空带式过滤机，作为洗水洗涤碳酸氢钠湿料；

（5）碳酸氢钠湿料送送煅烧工段，经煅烧后得到纯碱，纯碱纯度为99.7%，盐分含量为0.08%；

（6）真空过滤机滤过母液送后续工段处理，由母液成分可计算硫酸钠的转化率为75.3%。

实施例3：

本实施例提供一种以芒硝和碳酸氢铵为原料生产纯碱的方法，如图1所示，具体步骤如下：

（1）将碳酸氢铵、硫酸钠和水同时加入到带有搅拌器的预混槽中，物料在预混槽中初步反应，生成碳酸氢钠结晶；其中，水、碳酸氢铵和硫酸钠的质量比为1:1.2:1，物料在预混槽中停留时间为1.5h，预混槽温度为30℃；

（2）混合物料送入反应结晶器，物料进一步反应，使碳酸氢钠结晶长大，反应结晶器温度为60℃，压力为0.5mpa，反应时间为1h；

（3）反应结晶器出料送真空带式过滤机真空脱水，并分区进行多次洗涤，洗去碳酸氢钠表面的盐分；其中，五区洗水为脱盐水，四区洗水为后工段中的离心机滤液，三区洗水为五区滤液，三区滤液和四区滤液混合后再洗涤二区物料；

（4）碳酸氢钠浆料送离心机离心脱水，得到水分含量为4.0%的碳酸氢钠湿料，湿料平均粒度为226μm；滤过母液返回真空带式过滤机，作为洗水洗涤碳酸氢钠湿料；

（5）碳酸氢钠湿料送小苏打干燥工段，经干燥后得到小苏打，小苏打纯度为99.3%，盐分含量为0.09%；

（6）真空过滤机滤过母液送后续工段处理，由母液成分可计算硫酸钠的转化率为74.8%。

实施例4：

本实施例提供一种以芒硝和碳酸氢铵为原料生产纯碱的方法，如图1所示，具体步骤如下：

（1）将碳酸氢铵、硫酸钠和水同时加入到带有搅拌器的预混槽中，物料在预混槽中初步反应，生成碳酸氢钠结晶，水、碳酸氢铵和硫酸钠的质量比为1:1.2:0.5，物料在预混槽中停留时间为1h，预混槽温度为28℃；

（2）混合物料送入反应结晶器，物料进一步反应，使碳酸氢钠结晶长大，反应结晶器温度为55℃，压力为0.5mpa，反应时间为1h；

（3）反应结晶器出料送真空带式过滤机真空脱水，并分区进行多次洗涤，洗去碳酸氢钠表面的盐分；其中，五区洗水为脱盐水，四区洗水为后工段中的离心机滤液，三区洗水为五区滤液，三区滤液和四区滤液混合后再洗涤二区物料；

（4）碳酸氢钠浆料送离心机离心脱水，得到水分含量为3.8%的碳酸氢钠湿料，湿料平均粒度为203μm；滤过母液返回真空带式过滤机，作为洗水洗涤碳酸氢钠湿料；

（5）碳酸氢钠湿料送小苏打干燥工段，经干燥后得到小苏打，小苏打纯度为99.3%，盐分含量为0.09%；

（6）真空过滤机滤过母液送后续工段处理，由于该反应中水和硫酸钠的比例过高，硫酸钠的转化率仅为64.1%。

实施例5：

本实施例提供一种以芒硝和碳酸氢铵为原料生产纯碱的方法，如图1所示，具体步骤如下：

（1）将碳酸氢铵、硫酸钠和水同时加入到带有搅拌器的预混槽中，物料在预混槽中初步反应，生成碳酸氢钠结晶，水、碳酸氢铵和硫酸钠的质量比为1:1.2:1，物料在预混槽中停留时间为10min，预混槽温度为28℃；

（2）混合物料送入反应结晶器，物料进一步反应，使碳酸氢钠结晶长大，反应结晶器温度为60℃，压力为0.5mpa，反应时间20min；

（3）反应结晶器出料送真空带式过滤机真空脱水，并分区进行多次洗涤，洗去碳酸氢钠表面的盐分；其中，五区洗水为脱盐水，四区洗水为后工段中的离心机滤液，三区洗水为五区滤液，三区滤液和四区滤液混合后再洗涤二区物料；

（4）碳酸氢钠浆料送离心机离心脱水，得到水分含量为12.4%的碳酸氢钠湿料，湿料平均粒度为83μm；滤过母液返回真空带式过滤机，作为洗水洗涤碳酸氢钠湿料；

（5）碳酸氢钠湿料送煅烧工段，经煅烧后得到纯碱，纯碱纯度为99.4%，盐分含量为0.28%；

（6）真空过滤机滤过母液送后续工段处理，由母液成分计算硫酸钠的转化率仅为73.3%。

上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。