Л. С. Получение концентрированного раствора каустической соды и буркеита из слабых растворов каустификации реферат

Ранее нами была показано [13-15], что при каустификации кальцинированной соды в присутствии природного мирабилита при различных соотношениях Na₂CO₃:Na₂SO₄ образуются слабые растворы, содержащие NaOH, Na₂CO₃, Na₂SO₄.

Для определения способа переработки данного раствора проведен теоретический графоаналитический анализ однокатионной четырехкомпонентной системы Na⁺//OH^-,1/2CO₃^2-,1/2SO₄^2--H₂O и его составных частей Na⁺//OH^-,1/2CO₃^2--H₂O;Na⁺//OH^-,1/2SO₄^2-- H₂O; 2Na⁺//SO₄^2- -H₂O (рис.1,табл.1)[4-5].При этом установлены два варианта переработки данного раствора:

-при соотношенииNa₂CO₃:Na₂SO₄=1:0-0,5:0,5 с получением в стадии каустификации слабого раствора состава (масс.%):NaOH-9.5;NaSO₄-6.10; Na₂CO₃-6.0. Послеупаркитакого раствора можно получить буркеит и каустическую соду концентрацией не ниже 30% с соотношениемNa₂CO₃:Na₂SO₄=1:2.

-при соотношении Na₂CO₃:Na₂SO₄=0.2:0.8-0:1 с получением в стадии каустификации слабого раствора состава, (масс.%): NaSO₄-8.2;NaCO₃-6.0. После упарки этого раствора можно получить очищенный сульфат натрия и значительное количество концентрированного NaOH. Однако данный процесс энергоёмкий и нетехнологичный и поэтому упарку целесообразно проводить с добавками расчетного количества бикарбоната натрия. При степени упарки не более 60% выпадает буркеит, после отделения которого маточный раствор снова возвращается в голову процесса.

Таблица 1. Изучение состава фигуративных точек системы при упарке слабых растворов каустической соды

В дальнейшем нами изучался процесс упарки слабых растворов, образующихся при каустификации сульфат-карбонатно-натриевых растворов при соотношениях Na₂CO₃:Na₂SO₄=1:0;0.8:0.2;0.5:0.5. Для проведения процесса упарки были приготовлены слабые растворы с указанными соотношениями компонентов, полученных каустификацией кальцинированной соды при температуре 95⁰С, норме 18%-ного известкового молока - 100%, продолжительности процесса - 2 часа и атмосферном давлении. После достижения заданной степени упарки суспензию отфильтровывали с отделением выпавших кристаллов.

Экспериментальные данные (табл.2) показали, что с уменьшением соотношения Na₂CO₃:Na₂SO₄ от 1:0 до 0.5:0.5 и увеличением степени упарки от 60 до 80% образуется твердая фаза. Количество твердой фазы при соотношениях Na₂CO₃:Na₂SO₄=1:0; 0.8:0.2; 0.5:0.5 возрастает от 1.97-4.68 до 3.66-5.78 и 8.05-12.67кг, соответственно. При соотношении Na₂CO₃:Na₂SO₄=0.5: 0.5 твердая фаза образуется и при более низкой степени упарки - 40%. Максимальное количество твердой фазы 8.05-12.67 кг образуется при соотношении исходных компонентов 0.5:0.5 и степени упарки 60-80%.

Соотношение жидкой и твердой фаз в упаренных системах колеблется в пределах 0.6:1-38:1,скорость фильтрации 65-415кг/м²ч, влажность отфильтрованных осадков 4.80-27.40%. Необходимо отметить, что при более низких степенях упарки (40%) содержание сульфата натрия, соотношение Ж:Т и влажность осадков оказались больше, чем при более высоких степенях упарки(80%).

а) б) в)

Рис.1. Боковые тройные водные части четырёхкомпонентный системыNaOH-Na₂SO₄- Na₂CO₃- H₂O; а)NaOH-Na₂SO₄- H₂O; б)Na₂SO₄-Na₂CO₃- H₂O; в)Na₂CO₃- NaOH-H₂O;

Скорость осветления суспензий была высокой и через 15-30 минут составляла 70%. В результате осветления образовывался плотный осадок с Ж:Т=2:4, что обеспечивало лучшую фильтрацию и промывку осадка.

Результаты химических анализов показали, что с увеличением степени упарки до 80% содержание ионов OH^- в жидкой фазе (табл.2,3) постепенно повышается до 28.29; 19.07 и 28.67%. Содержание ионов SO₄^2- и CO₃^2- сначала повышается до достижения степени упарки 40% и затем при степени упарки 80% снижается до 1.01;0.92 и 0.45 при соотношениях Na₂CO₃:Na₂SO₄=1:0; 0.8:0.2; 0.5:0.5 соответственно.

Таблица 2. Влияние степени упарки на агрегатное состояние системы и фильтруемость образующихся осадков

Таблица 3. Влияние технологических параметров на аналитические показатели процесса каустификации смеси карбоната и сульфата натрия известковым молоком

Таблица 4. Химический состав осадков

Микроскопический анализ осадков (рис.2.) показал наличие в них кристаллов Na₂SO₄, Na₂CO₃·H₂O и Na₂CO₃·Na₂SO₄ различных размеров в зависимости от технологических параметров процесса[8-10].

Рис.2.Микроскопический анализ осадков при различных степенях упарки и соотношениях Na₂CO₃:Na₂SO₄.Номера проб соответствуют номерам табл.2

Рис.3.Рентгенограммы образцов. Номера образцов соотвествуют номерам табл.5

Для расчета и подбора оборудования, а также определения последовательности стадий предлагаемого производства необходимо знать реологические свойства жидкостей и суспензии, образующихся в технологических стадиях [11-12].

В изученных пределах варьирования технологических параметров вязкость и плотность изменяются в интервалах 4.1-156.3 сПз и 1.170-1.415 г/см³ соответственно (табл.6). Необходимо отметить, что при 30⁰С с увеличением степени упарки более 60% наблюдается резкое повышение вязкости при всех трех соотношениях Na₂CO₃:Na₂SO₄, однако с повышением температуры более 60⁰С влияние степени упарки (концентрации раствора) нивелируется. Разница вязкости при степени упарки 20 и 80% снижается от 8.9 (при 30⁰С) до 2.1сПз (при 90⁰С) и более чемв 4 раза при 90⁰С.

Полученные результаты подсказывают, что перекачку прозрачных фильтратов желательно проводить при температуре не ниже 60⁰С.

Таблица 6. Реологические свойства упаренных растворов каустической соды.