способ получения соды

Формула изобретения

Способ получения соды из карбонатного раствора, образующегося при комплексной переработке нефелинового сырья, включающий растворение двойной соли в упаренном карбонатном растворе, упаривание полученного раствора с образованием суспензии соды, отделение выделившегося осадка соды, выделение сульфата калия из содового маточника, с получением маточника сульфата калия, отличающийся тем, что суспензию соды путем гидравлической классификации делят на два потока, суспензию каждого потока самостоятельно разделяют на соду и содовый маточник, содовые маточники каждого потока смешивают и подают на выделение сульфата калия, маточник сульфата калия упаривают с получением суспензии двойной соли, выделившуюся двойную соль отделяют.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к цветной металлургии, конкретно к способам переработки карбонатного раствора, образующегося при комплексной переработке нефелинового сырья на глинозем и содопродукты, и может быть использовано в химической промышленности.

Известен способ, используемый для переработки карбонатного раствора, получаемого при переработке Кольского нефелинового концентрата (например, Варламов М.Л., Беньковский С.В., Кричевская Е.Л. и др. Производство соды и поташа при комплексной переработке нефелинового сырья. Москва: Химия, 1977 г., стр.82-98), который может быть принят за прототип заявляемого способа.

Технологическая схема переработки карбонатного раствора по этому способу путем политермической упарки приведена на фиг.1. По этому способу слабый карбонатный раствор подвергается концентрирующей выпарке до плотности жидкой фазы 1280-1300 кг/м³ без выделения в осадок солей. Упаренный раствор смешивается с оборотной двойной солью (К ₂СО₃· Na₂CO₃ ) с растворением последней, и полученный раствор упаривается на содовой выпарке до плотности жидкой фазы 1480-1500 кг/м ³ с выделением из раствора соды. Суспензия соды разделяется на центрифугах. Маточный раствор соды после очистки его от сульфата калия поступает на выпарку двойной соли, где упаривается до достижения плотности жидкой фазы 1640-1660 кг/м³ с выделением в осадок двойной соли. Выделенная в осадок двойная соль возвращается в начало технологического процесса, где она смешивается с упаренным карбонатным раствором, а из маточника двойной соли путем охлаждения до температуры 55-60° С выделяется в осадок полутораводный поташ (К₂СО₃· 1,5Н ₂O).

В соответствии с требованиями ГОСТ 10689-75 "Сода кальцинированная техническая из нефелинового сырья" основными показателями, практически определяющими качество товарной соды, являются содержание основного вещества (Nа₂СО ₃), содержание карбоната калия (К₂СО ₃) и содержание сульфата калия (K₂SO₄ ).

К недостаткам способа следует отнести то, что он не позволяет получать соду высокого качества и сода всегда содержит достаточно большое количество примесей (сульфата калия 0,7-1,5% и карбоната калия 2,1-2,6%), что существенно ограничивает области применения и рынок сбыта такой соды. Технологическая схема по прототипу не позволяет устойчиво и гарантированно производить соду 1-ого сорта (содержание К₂СО₃ не более 2,3% и содержание K₂SO₄ не более 1,2%) и тем более удовлетворять повышенные требования потребителей (содержание К₂СО₃ не более 2,0% и содержание K₂SO₄ не более 0,5%).

Технической задачей изобретения является повышение качества выпускаемой соды, устойчивое получение соды 1-ого сорта в соответствии с ГОСТ 10689-75, повышение содержания основного вещества до 98,0-98,5%.

Поставленная задача достигается способом получения соды из карбонатного раствора, образующегося при комплексной переработке нефелинового сырья, включающим растворение двойной соли в упаренном карбонатном растворе, упаривание полученного раствора с образованием суспензии соды, отделений выделившегося осадка соды, выделение сульфата калия из содового маточника с получением маточника сульфата калия. Суспензию соды путем гидравлической классификации делят на два потока, суспензию каждого потока самостоятельно разделяют на соду и содовый маточник. Содовые маточники каждого потока смешивают и подают на выделение сульфата калия. Маточник сульфата калия упаривают с получением суспензии двойной соли, выделившуюся двойную соль отделяют.

Существо данного способа вытекает из рассмотрения диаграммы растворимости системы Na⁺²₂ К ⁺²₂||СО²⁺₃ SO ^2-₄-Н₂О (фиг.2). Раствор после растворения двойной соли в предварительно упаренном растворе имеет состав, соответствующий фигуративной точке 1 (2K⁺=46%, SO ₄=1,2%) диаграммы. По мере упарки раствора на содовой выпарке из раствора начинает выделяться чистая сода, состав раствора при этом изменяется по лучу от точки 1 к точке 2. При кристаллизации соды происходит одновременно рост существующих кристаллов, а также образование новых центров кристаллизации. Поэтому сода получается полидисперсная.

В точке 2 начинается совместная кристаллизация карбоната натрия и сульфата калия. При этом состав жидкой фазы изменяется по кривой линии совместной кристаллизации от точки 2 к точке 3. Выделяющиеся из раствора карбонат натрия и сульфат калия кристаллизуются или уже на имеющихся кристаллах чистой соды, или образуют самостоятельные кристаллы. Из этого следует, что более крупные кристаллы имеют меньшее относительное содержание сульфата калия в соде, чем мелкие.

Из анализа диаграммы растворимости и процессов, происходящих при выпаривании, следует, что источником сульфата калия в соде является совместная кристаллизация его с карбонатом натрия при выпаривании раствора, а источником карбоната калия в соде является только маточный раствор соды (т.к. в процессе выпаривания не достигается поле или линия кристаллизации карбоната калия или двойной соли) и наличие карбоната калия в соде обусловлено недостаточно полным последующим отделением содового маточника от соды при центрифугировании.

Для решения задачи одновременного снижения в соде содержания карбоната калия и сульфата калия предлагается содовую суспензию подать на классифицирующее устройство любой конструкции. Это могут быть гидравлические классификаторы с регулируемой скоростью слива или гидроциклоны. В результате классификации суспензия соды разделяется на два потока. Режим работы классификатора выбирается в зависимости от требуемого качества получаемой соды и может изменяться в широких пределах известными приемами. Твердая фаза сгущенного продукта (сода-1) представляет собой более крупный и однородный по гранулометрическому составу материал, который помимо того, что содержит в себе меньшее количество сульфата калия, лучше отделяется от жидкой фазы при центрифугировании вследствие большей порозности (доля свободного объема между частицами в единице объема слоя), что позволяет снизить в нем содержание карбоната калия. Твердая фаза верхнего слива (сода-2) более мелкая, хуже отделяется от жидкой фазы при центрифугировании и поэтому содержит большее количество сульфата калия и карбоната калия.

На фиг.3 приведена технологическая схема переработки карбонатного раствора заявляемым способом.

Производство соды заявляемым способом, осуществляемое в филиале "Пикалевский глинозем" ОАО "Металлург" с января 2003 года показало следующие результаты. Устойчиво получается сода 1-го сорта следующего состава: содержание Na₂CO₃ - 98,0-98,3%, содержание К₂СО₃ - 1,3-1,7% и содержание K₂ SO₄ - 0,2-0,5%. Получаемая сода 2-ого сорта имеет следующий состав: содержание Nа₂СО₃ - 94,3-96,7%, содержание К₂СО₃ - 1,8-2,7% и содержание K₂SO₄ - 1,2-3,1%.

Преимуществом заявляемого способа является то, что обеспечивается практическая возможность, позволяющая устойчиво производить соду с показателями, значительно лучшими, чем определено государственньм стандартом, имеется возможность варьировать производительность технологической схемы в зависимости от потребности в соде различных сортов.