способ получения сульфида натрия
Классы МПК: | C01B17/24 получение путем восстановления |
Автор(ы): | Ткачев К.В., Прохоров А.Г., Слюсарь Л.С., Сорокин В.Г., Заболотский А.В., Пиввуев В.Я. |
Патентообладатель(и): | Ткачев Константин Васильевич, Прохоров Анатолий Григорьевич |
Приоритеты: |
подача заявки:
1995-07-03 публикация патента:
20.09.1997 |
Изобретение относится к способам производства сульфида натрия. Способ получения сульфида натрия включает восстановительный обжиг сульфида бария, конверсию образующегося сульфида бария в сульфид натрия, фильтрацию суспензий с получением раствора сульфида натрия и осадка сульфата бария, возвращаемого на стадию восстановительного обжига, при этом процесс конверсии полностью или частично совмещают с мокрым помолом и выщелачиванием плава сульфида бария в оборотных растворах производства, содержащих 10-18% Na2S, предпочтительно 16% Na2S, в которых предварительно до концентрации 3,5-13,5% растворяют сульфат натрия, необходимый для конверсии. Конверсию на стадии мокрого помола и выщелачивания плава сульфида бария проводят до концентрации суммы солей BaS+Na2S в пересчете на Na2S в жидкой фазе суспензии в пределах 20-28%, при этом содержание BaS не должно превышать 15%. 1 з.п. ф-лы.
Формула изобретения
1. Способ получения сульфида натрия, включающий восстановительный обжиг сульфата бария, измельчение образующегося плава сульфида бария, выщелачивание его оборотными растворами, конверсию сульфида бария в сульфид натрия взаимодействием с сульфатом натрия, фильтрацию суспензии с получением раствора сульфида натрия и осадка сульфата бария, возвращаемого на стадию восстановительного обжига, отличающийся тем, что измельчение, выщелачивание плава сульфида бария и частичную или полную конверсию его осуществляют одновременно путем подачи на стадию измельчения оборотных растворов, содержащих 10 18 мас. сульфида натрия, в которых предварительно растворяют сульфат натрия до содержания его в растворе 3,5 13,5 мас. причем конверсию проводят до концентрации суммы солей сульфида бария и сульфида натрия в пересчете на сульфид натрия в жидкой фазе суспензии, равной 20 28 мас. при этом содержание сульфида бария не должно превышать 15 мас. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что содержание сульфида натрия в оборотных растворах, подаваемых на стадию конверсии, составляет 16 мас.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к химической промышленности, в частности к технологии минеральных солей, и может быть использовано при создании новых и реконструкции существующих производств сульфида натрия. Известен способ получения сульфида натрия путем восстановительной плавки сульфата натрия по реакцииNa2SO4+2C=Na2S+2CO2 (1)
в шахтных печах с последующим выщелачиванием печного плава, фильтрацией пульп и упаркой раствора сульфида натрия до готового продукта [1]
Однако известный способ имеет существенные недостатки. Степень использования исходного сульфата натрия не превышает 65% на 1 т готового продукта в производстве образуется 0,8 т пастообразного токсичного отхода, который утилизации не подлежит и складируется на территории заводов. В газовых выбросах шахтных печей содержится до 1,0-1,5 г/нм3 сероводорода и 1% окиси углерода. По выбросам сероводорода фактические показатели намного превышают установленные нормы ПДВ. Наиболее близким к изобретению техническим решением является способ получения сульфида натрия, включающий восстановительный обжиг сульфата бария, конверсию образующегося сульфида бария в сульфид натрия предварительно приготовленным раствором сульфата натрия, фильтрацию суспензий с получением раствора сульфида натрия и осадка сульфата бария, возвращаемого на стадию восстановительного обжига [2]
По этому способу сульфид бария получают восстановлением сульфата бария газами, например водородом, по реакции
BaSO4+4H2=BaS+4H2O. (2)
Продукт восстановления содержит (% ) BaS 98,11-98,36; BaO 0,74-0,92; BaSO4 0,8. Затем его тщательно растирают и вводят в заранее приготовленный раствор сульфата натрия:
![способ получения сульфида натрия, патент № 2090496](/images/patents/382/2090496/2090496t.gif)
В результате конверсии и последующей фильтрации получают раствор сульфида натрия, содержащий
![способ получения сульфида натрия, патент № 2090496](/images/patents/382/2090005/8776.gif)
![способ получения сульфида натрия, патент № 2090496](/images/patents/382/2090005/8776.gif)
Целью предложенного способа является интенсификация процесса конверсии сульфида бария в сульфид натрия, снижение энергетических затрат при упарке растворов сульфида натрия и повышение качества готового продукта. Поставленная цель достигается тем, что в способе получения сульфида натрия, включающем восстановительный обжиг сульфата бария, конверсию образующегося сульфида бария в сульфид натрия, фильтрацию суспензий с получением раствора сульфида натрия и осадка сульфата бария, возвращаемого на стадию восстановительного обжига, процесс конверсии полностью или частично совмещают с мокрым помолом и выщелачиванием плава сульфида бария в оборотных растворах производства, содержащих 10-18% Na2S, предпочтительно 16% Na2S, в которых предварительно до концентрации 3,5-13,5% растворяют сульфат натрия, необходимый для конверсии. Конверсию на стадии мокрого помола и выщелачивания плава сульфида бария проводят до концентрации суммы солей BaS+Na2S в пересчете на Na2S в жидкой фазе суспензии в пределах 20-28% при этом содержание BaS не должно превышать 15%
Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что процесс конверсии совмещают с мокрым помолом и выщелачиванием плава сульфида бария путем подачи на стадию мокрого помола плава оборотных растворов производства, содержащих 10-18% Na2S, в которых предварительно растворяют сульфат натрия до концентрации 3,5-13,5%
По прототипу порошкообразный сульфид бария растворяют в растворе сульфата натрия. Процесс конверсии сульфида бария в сульфид натрия при этом растянут во времени (2,5-6 час). Заявляемое техническое решение позволяет в значительной мере интенсифицировать указанный процесс, сократив его продолжительность до 5-10 мин. Это обстоятельство, очевидно, объясняется более высокой скоростью растворения сульфида бария за счет активации поверхности частиц плава при механической обработке его на стадии мокрого помола. По прототипу раствор сульфида натрия в результате промывки осадка сульфата бария на фильтре дополнительно разбавляется промводой, что существенно снижает концентрацию сульфида натрия в растворе перед его упаркой. По заявленному техническому решению на стадии мокрого помола и выщелачивания плава сульфида бария используют оборотные растворы производства, полученные путем смешения части фильтрата со стадии фильтрации суспензии после конверсии и всего фильтрата со стадии фильтрации репульпированного в воде осадка сульфата бария. В результате концентрация сульфида натрия в оборотных растворах достигает 10-18% а в растворах со стадии конверсии и последующей фильтрации 20-28% против 12%-ной максимальной концентрации по прототипу. Благодаря этому энергозатраты на стадии упарки растворов до готового продукта сокращаются в 2-3 раза, а вследствие высаливающего действия сульфида натрия и его концентрированных растворах содержание балластных солей снижается до 1%
Экспериментально установлено, что концентрация BaS в жидкой фазе суспензии после проведения частичной конверсии из-за опасности кристаллизации не должна превышать 15% Это соответствует степени конверсии BaS ___
![способ получения сульфида натрия, патент № 2090496](/images/patents/382/2090005/8594.gif)
Степень конверсии BaS в Na2S (в) определяем по формуле
![способ получения сульфида натрия, патент № 2090496](/images/patents/382/2090496/2090496-2t.gif)
где Gпл, Gр-р расход плава сульфида бария и оборотного раствора соответственно, т;
CBaS содержание BaS в плаве,
![способ получения сульфида натрия, патент № 2090496](/images/patents/382/2090496/2090496-3t.gif)
169,4; 142 молекулярные веса BaS и Na2SO4 соответственно. Наличие BaS в жидкой фазе суспензии (14,85%) указывает на то, что процесс конверсии прошел частично и степень его завершения составила
![способ получения сульфида натрия, патент № 2090496](/images/patents/382/2090496/2090496-4t.gif)
Процесс конверсии прошел частично и степень его завершения составила
![способ получения сульфида натрия, патент № 2090496](/images/patents/382/2090496/2090496-5t.gif)
Отсутствие сульфида бария в суспензии свидетельствует о том, что процесс конверсии завершился полностью (на 100%). Ж: Т суспензии 3:1. Готовую суспензию, минуя реактор конверсии, перекачиваем сразу на стадию фильтрации с получением раствора сульфида натрия (26% Na2S) и осадка сульфата бария, возвращаемого на стадию восстановительного обжига. Пример 5. В примере 4 продолжительность совмещенного процесса (мокрый помол и конверсия) уменьшаем до 9 мин. В жидкой фазе суспензии присутствует непрореагировавший сульфат натрия (1,2% ), что свидетельствует о незавершенности реакции (3) вследствие недостатка времени контакта. Пример 6. Плав сульфида бария в количестве 0,5 т состава по примеру 1 в течение 10 мин подвергаем мокрому помолу в оборотных растворах, содержащих 16% Na2S и 14% Na2SO4. Расход оборотного раствора 2,25 м3 (2,82 т). Температура процесса 80oC. В жидкой фазе суспензии сульфид бария отсутствует, присутствует до 1,5% сульфата натрия, что свидетельствует об избытке заданного в процесс сульфата натрия. В результате сумма балластных солей возросла до 2,8%
Пример 7. Плав сульфида бария в количестве 0,5 т состава по примеру 1 в течение 5 мин подвергаем мокрому помолу в оборотных растворах, содержащих 16% Na2S и 3% Na2SO4. Расход оборотного раствора 2,33 м3 (2,67 т). Температура процесса 80oC. В жидкой фазе суспензии 16,2% BaS. По выходе из мельницы мокрого помола реакционная масса кристаллизуется на течке и в баке-сборнике суспензии. Пример 8. Плав сульфида бария в количестве 0,5 т состава по примеру 1 в течение 10 мин подвергаем мокрому помолу в оборотных растворах, содержащих 10% Na2S и 13,5% Na2SO4. Расход оборотного раствора 2,45 м3 (2,82 т). Температура процесса 80oC. Содержание сульфида натрия в жидкой фазе суспензии 20,1% балластных солей 1% Сульфат натрия и сульфид бария отсутствуют, что свидетельствует о завершенности процесса. Ж: Т суспензии 3: 1. Суспензия легко транспортируется, минуя реактор конверсии, сразу же на стадию фильтрации с получением раствора сульфида натрия (20,1% Na2S) и осадка сульфата бария, возвращаемого на стадию восстановительного обжига. Пример 9. Плав сульфида бария в количестве 0,5 т состава по примеру 1 в течение 10 мин подвергаем мокрому помолу в оборотных растворах, содержащих 8% Na2S и 13,5% Na2SO4. Расход оборотного раствора 2,45 м3 (2,82 т). Температура процесса 80oC. Содержание сульфида натрия в жидкой фазе суспензии 18% балластных солей 2,2% Сульфат натрия и сульфид бария отсутствуют, что свидетельствует о завершенности процесса. Ж: Т суспензии 3: 1. Суспензия легко транспортируется, минуя реактор конверсии, сразу на стадию фильтрации с получением раствора сульфида натрия (18% Na2S) и осадка сульфата бария, возвращаемого на стадию восстановительного обжига. Пример 10. Плав сульфида бария в количестве 0,5 т состава по примеру 1 в течение 10 мин подвергаем мокрому помолу в оборотных раствора, содержащих 18% Na2S и 13,5% Na2SO4. Расход оборотного раствора 2,25 м3 (2,82 т). Температура процесса 80oC. Содержание сульфида натрия в жидкой фазе суспензии 27,89% балластных солей 0,54% Сульфат натрия и сульфид бария отсутствуют, что свидетельствует о завершенности процесса. Ж:Т суспензии 3:1. Суспензия легко транспортируется, минуя реактор конверсии, сразу на стадию фильтрации с получением раствора сульфида натрия (27,5% Na2S) и осадка сульфата бария, возвращаемого на стадию восстановительного обжига. Пример 11. Плав сульфида бария в количестве 0,5 т состава по примеру 1 в течение 10 мин подвергаем мокрому помолу в оборотных растворах, содержащих 20% Na2S и 13,5% Na2SO4. Расход оборотного раствора 2,25 м3 (2,82 т). Температура процесса 80oC. В жидкой фазе суспензии 30,1% Na2S. В процессе мокрого помола и конверсии реакционная масса превращается в тестоподобную смесь. Происходит прилипание шаров в мельнице мокрого помола, выход реакционной массы из мельницы постепенно прекращается. Основная идея заявки состоит в том, что процесс конверсии сульфида бария в сульфид натрия может быть осуществлен полностью или частично уже на стадии мокрого помола и выщелачивания плава сульфида бария. Если уже на этой стадии процесс конверсии завершен полностью, суспензия с этой стадии сразу подается на стадию фильтрации. В других случаях, когда проведена только частичная конверсия и в суспензии присутствует сульфид бария, суспензия передается в отдельный реактор конверсии. В реактор добавляется сульфат натрия из расчета перевода остаточного сульфида бария в сульфид натрия. И только после этого суспензия перекачивается на стадию фильтрации. Из описания примеров осуществления изобретения следует, что степень конверсии сульфида бария в сульфид натрия при постоянстве значений других параметров (температура, время) определяется концентрацией сульфата натрия в оборотных растворах.