способ переработки содосульфатной смеси

Формула изобретения

1. Способ переработки содосульфатной смеси, включающий ее растворение, обработку раствора содосульфатной смеси осаждающим реагентом, отделение осадка, упаривание раствора сульфата натрия, отделение кристаллов сульфата натрия, отличающийся тем, что обработку раствора содосульфатной смеси, предварительно нагретого до 60-95^oС, ведут до рН 7,0-5,8, после окончания процесса обработки суспензию выдерживают при 85-108^oС не менее 20 мин.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обработку раствора осуществляют в течение не менее 15 мин.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к методам переработки содосульфатной смеси.

При переработке глинозема по методу Байер-спекание в качестве отхода образуется содосульфатная смесь, содержащая согласно ТУ-2141-109-00194091-95 70-80% сульфата натрия, 20-30% карбоната натрия, 1-2% оксида алюминия, а также небольшие количества кремнезема, оксидов железа и ванадия.

Известен способ переработки содосульфатной смеси посредством отмывки от растворимых примесей ограниченным количеством (Ж:Т=1:1) алюминатного раствора с последующим отделением отмытого сульфата натрия, содержащего 95% Na₂SО₄ (А. с. СССР 533549, МКИ С 01 D 5/00, 1975). Недостаток этого способа состоит в невозможности получения чистого продукта, соответствующего требованиям ГОСТ 21458-75 (Na₂SО₄ - 97,5-99,6%, Nа₂СО₃ не более 0,15-0,6%).

Наиболее близким к заявленному способу по технической сущности является способ переработки содосульфатной смеси, включающий растворение смеси в воде, известковую каустификацию раствора, отделение выпавшего осадка карбоната кальция и выделение из полученного раствора сульфата натрия выпариванием или высаливанием (А.с. СССР 814866, МКИ С 01 D 5/00, БИ 1, 1981 г.).

Недостатками метода являются: низкое содержание основного вещества в продукте, низкая (0,1 м/час) скорость отстаивания осадка, высокие энергозатраты, т.к. каустификация осуществляется в течение 3 часов при 100^oС.

Технической задачей настоящего изобретения является разработка простой и эффективной технологии переработки содосульфатной смеси с получением высококачественного продукта - сульфата натрия, соответствующего ГОСТу, пригодного для производства моющих средств.

Поставленная задача достигается тем, что способ переработки содосульфатной смеси, включающий ее растворение, обработку раствора содосульфатной смеси осаждающим реагентом, отделение осадка, упаривание раствора сульфата натрия, отделение кристаллов сульфата натрия. При этом обработку раствора содосульфатной смеси, предварительно нагретого до 60-95^oС ведут до рН 7,0-5,8, после окончания процесса обработки суспензию выдерживают при t=85-108^oC не менее 20 мин. Обработку раствора осуществляют в течение не менее 15 мин.

При растворении содосульфатной смеси в воде или оборотных растворах наряду с сульфатом и карбонатом натрия в раствор переходят также примеси, из которых самой значительной является оксид алюминия, присутствующий в смеси в виде алюмината натрия. При обработке серной кислотой этого щелочного раствора, имеющего рН 11,2-11,8, происходит повышение выхода основного вещества - сульфата натрия:





При этом гидроокись алюминия выделяется в осадок, одновременно с ней удаляются окрашивающие раствор соединения железа, ванадия, а также оксид кремния.

Для завершения процесса, а также с целью получения крупнозернистой, хорошо фильтрующейся гидроокиси алюминия, раствор содосульфатной смеси перед обработкой серной кислотой нагревают до t=60-95^oC. С этой же целью обработку проводят не менее 15 минут. При более быстром снижении рН раствора и низкой температуре получается мелкозернистый, плохо фильтрующийся осадок гидроокиси алюминия и раствор не полностью очищается от окрашивающихся примесей.

Для полной нейтрализации раствора необходимо в конце процесса иметь значение рН 7,0-5,8, с выдержкой его при температуре 85-108^oС не менее 20 минут. В противном случае образовавшаяся углекислота (реакция 1) не успевает полностью выделиться из раствора и, сдвигая значение рН в кислую область, маскирует окончание нейтрализации, благодаря чему в растворе остается непрореагировавший карбонат натрия.

Значение рН раствора ниже 5,8 ведет к некоторому избытку серной кислоты и обратному переходу гидроокиси алюминия в раствор в виде сернокислого алюминия

2Аl(ОН)₃+3H₂SO₄=Al₂(SO₄)₃+6H₂O

Значение рН раствора выше 7,0 не обеспечивает полной нейтрализации карбоната натрия, а также способствует неполному осаждению гидроокиси алюминия и окрашивающих примесей.

Основной отличительный признак предложенного способа от прототипа в том, что раствор содосульфатной смеси обрабатывается не гидроксидом кальция, а серной кислотой при определенных условиях, что повышает выход основного вещества, дает возможность отделить примеси в быстро отстаивающийся и хорошо фильтрующийся осадок, уменьшает энергозатраты.

Таким образом предложенный способ соответствует критерию "новизна". Он соответствует и критерию "изобретательский уровень", т.к. использование вышеописанного приема и особенно его влияние на такие технологические характеристики, как скорость осаждения и фильтрации, не очевиден для специалиста.

Таким образом, в оптимальных условиях процесс получения сульфата натрия осуществляется следующим образом.

Содосульфатная смесь растворяется при перемешивании в воде или оборотных растворах с одновременным нагревом до t=60-95^oС, полученный раствор (16-25% Na₂SO₄; 7-12% Na₂CO₃; pH 11,2-11,8) обрабатывается в течение не менее 15 минут серной кислотой до рН 7,0-5,8. При этом температура раствора поднимается до 85-108^oС, примеси выпадают в осадок, карбонат натрия переходит в сульфат натрия. По окончании процесса нейтрализации суспензия выдерживается при достигнутой температуре не менее 20 минут для полного завершения процесса. Высокая скорость осаждения образовавшегося осадка (1,2-1,4 м/час) дает возможность разделения жидкой и твердой фазы фильтрованием. После отделения осадка раствор упаривается до 50-60% Na₂S0₄ и из него кристаллизуются белые кристаллы сульфата натрия, которые после отделения от маточного раствора и сушки содержат 99,2-99,8% Na₂S0₄ и отвечают требованиям ГОСТ 21458-75.

Пример 1.

Содосульфатная смесь растворяется в оборотном растворе (вода + промвода от промывки осадка гидроокиси алюминия) для получения раствора с содержанием, мас. %: 18,50 Na₂SO₄, 6,80 Nа₂СО₃, 0,38 Аl₂О₃, 0,62 Nа₂O_ку (рН 11,6), который после нагрева до температуры 60^oС обрабатывается концентрированной серной кислотой (94,2% Na₂SO₄) в течение не менее 15 минут. При этом раствор разогревается до 85-95^oС, выделяется углекислота. При достижении рН 7,0 подача кислоты прекращается, суспензия выдерживается при температуре 95^oС 20 минут до прекращения выделения углекислоты. Образовавшийся осадок гидроксида алюминия и соосадившиеся с ним примеси отделяются от раствора фильтрованием. Скорость фильтрации 2,50 м³/м²час, скорость осаждения 1,40 м/час. Прозрачный, неокрашенный раствор сульфата натрия, содержащий 26,50% Na₂SO₄, упаривается до 56-60% Na₂SO₄. Выделившиеся кристаллы после отделения от маточного раствора и сушки представляют собой мелко-кристаллический продукт чисто-белого цвета с содержанием 99,02% Na₂SO₄, 0,02% Na₂CO₃, 0,001 Аl₂О₃ и соответствует требованиям ГОСТ 21458-75.

Пример 2.

Аналогичен примеру 1. Конечное значение рН 5,8, температура предварительного нагрева - 70^oС. Скорость осаждения осадка - 1,33 м/час. Скорость фильтрации суспензии - 2,30 м³/м²час. Кристаллы сульфата натрия чисто-белые, содержат 99,40% Na₂SO₄, 0,01% Nа₃СО₃, 0,001 Аl₂О₃, соответствуют ГОСТ.

Пример 3.

Аналогичен примеру 1. Нейтрализация раствора ведется до рН 5,8. Конечная температура раствора - 85^oС. Суспензия хорошо фильтруется - 2,01 м³/м²час, осадок быстро осаждается - 1,29 м/час. Кристаллы сульфата натрия чисто-белые, содержат 99,6% Na₂SO₄, 0,02% Na₂CO₃, 0,002 Аl₂О₃, соответствуют ГОСТ.

Пример 4.

Аналогичен примеру 1. Нейтрализация раствора ведется до рН 7,0. Конечная температура раствора - 85^oС. Суспензия хорошо фильтруется -2,15 м³/м²час, осадок быстро осаждается - 1,20 м/час. Кристаллы сульфата натрия чисто-белые, содержат 98,52% Na₂SO₄, 0,06% Na₂CO₃, 0,005 Аl₂О₃, соответствуют ГОСТ.

Пример 5.

Аналогичен примеру 1. Нейтрализация раствора ведется до рН 7,8. Скорость фильтрации суспензии - 1,90 м³/м²час, отстаивания - 0,3 м/час. Кристаллы сульфата натрия белые, содержат значительные количества карбоната натрия и оксида алюминия 98,41% Na₂SO₄, 0,75% Na₂CO₃, 0,03 Аl₂О₃, не соответствуют ГОСТ.

Пример 6.

Аналогичен примеру 1. После нейтрализации значение рН 5,2. Скорость фильтрации суспензии - 2,31 м³/м²час, отставания - 0,90 м/час. Однако кристаллы сульфата натрия содержат значительное количество оксида алюминия 98,50% Na₂SO₄, 0,02% Nа₂СО₃, 0,11 Аl₂О₃.

Пример 7.

Аналогичен примеру 1. Нейтрализация раствора ведется в течение 10 минут. Происходит сильное вспенивание раствора. Выделившийся осадок гидроокиси алюминия мелкозернистый, суспензия плохо фильтруется - 0,85 м³/м²час. Кристаллы сульфата натрия с желтым оттенком, по составу не отвечают ГОСТ 98,30% Na₂SO₄, 0,76% Nа₂СО₃, 0,05% Аl₂О₃, не соответствуют ГОСТ.

Пример 8.

Аналогичен примеру 1. Выдержка после нейтрализации раствора 10 мин. При фильтрации суспензии происходит сильное вспенивание отфильтрованного раствора с выделением углекислоты, значение рН увеличивается с 7,0 до 7,8. Скорость фильтрации 1,66 м/м²час. При упаривании раствора продолжается выделение углекислоты. Состав кристаллов с желтым оттенком: 98,40% Na₂SO₄; 0,81% Nа₂СО₃; 0,06% Аl₂О₃ не соответствует ГОСТ.

Пример 9.

Аналогичен примеру 1. Раствор перед нейтрализацией нагрет до 45^oС. Конечная температура после нейтрализации 75^oС. Образовавшийся осадок аморфный, скорости фильтрации и осаждения очень низки - 0,31 м³/м²час и 0,08 м/час соответственно. Кристаллы сульфата натрия с желтым оттенком, не соответствуют ГОСТ 98,3% Na₂SО₄; 0,70% Na₂CO₃; 0,03% Аl₂О₃.

Пример 10.

Аналогичен примеру 1. Раствор перед нейтрализацией нагрет до 45^oС. Температура раствора после нейтрализации до рН 5,2 составляет 80^oС. Осадок аморфный, суспензия плохо фильтруется - 0,40 м³/м²час и медленно отстаивается - 0,09 м/час. В кристаллах сульфата натрия значительное содержание оксида алюминия: 98,55% Na₂SО₄; 0,06% Nа₂СО₃; 0,12% Аl₂О₃.

Пример 11.

Аналогичен примеру 1. Раствор перед нейтрализацией нагрет до 45^oС, нейтрализация до рН 7,8, конечная температура раствора после нейтрализации 75^oС. Суспензия плохо фильтруется - 0,31 м³/м²час. Кристаллы сульфата натрия с большим содержанием карбоната натрия: 98,00% Na₂SO₄; 1,12% Na₂CO₃; 0,12 Аl₂О₃ - не соответствуют ГОСТ.

Пример 12.

Аналогичен примеру 1. Раствор перед нейтрализацией нагрет до 95^oС. Конечная температура раствора после нейтрализации 105^oС. Суспензия хорошо фильтруется - 2,27 м³/м²час, осаждение 1,36 м/час.

Кристаллы сульфата натрия чисто белые, по составу отвечают требованиям ГОСТ 99,62% Na₂SО₄; 0,04% Nа₂СО₃; 0,003% Аl₂О₃.

Пример 13.

Аналогичен примеру 1. Раствор перед нейтрализацией нагрет до 95^oС, нейтрализация до рН 5,8, конечная температура раствора после нейтрализации 108^oС.

Суспензия хорошо фильтруется - 2,31 м³/м²час. Кристаллы сульфата натрия чисто белые, отвечают требованиям ГОСТ 99,52% Na₂SО₄; 0,02% Na₂CО₃; 0,004% Аl₂О₃.

В таблице приведены условия переработки содосульфатной смеси, а также данные по составу полученного продукта и технологическим характеристикам. Из данных таблицы видно, что соблюдение заявленных условий способа (примеры 1-4, 12, 13) дает возможность получить продукт, соответствующий ГОСТу, пригодный для использования в составе моющих средств, при удовлетворительных скоростях лимитирующих стадий процесса.