重质纯碱的生产

重质纯碱的生产

纯碱的范围和摩尔比1、一种生产重质纯碱的方法，包括将准备好的纯碱、纯碱的细末或混合物转移到35.200c。将预算的纯碱或纯度碱性混合物与10.01g/s的混合物机械混合，用甲醇或乙醇或并用混合部分的螺母和10.1g/s的摩尔比小于9:1。上述组成在60.150下反应形成水碳酸钠的粗块。然后在250下氧化一水碳酸钠，并保持其平均松密度至少为0.881。2.在权利要求1所述的方法中,轻质纯碱或纯碱细末或其混合物与十水碳酸钠的摩尔比在4.5∶1和7.5∶1之间。3.在权利要求1所述的方法中,轻质纯碱或纯碱细末或其混合物被预热到60～150℃。4.在权利要求1所述的方法中,包括将上述混合物加热到反应温度的工序。5.在权利要求1所述的方法中,包括在将十水碳酸钠与预热后的轻质纯碱或纯碱细末或其混合物混合之前,将十水碳酸钠与轻质纯碱或纯碱细末或其混合物的一部分在低于32℃时进行混合。6.在权利要求1所述的方法中,上述十水碳酸钠被脱去部分水。7.在权利要求1所述的方法中超过40%(重量)的一水碳酸钠具有一个大于100目的粒度分布。8.在权利要求1所述的方法中,反应在一个低于110℃的温度下进行。9.一种生产重质纯碱的方法,包括将预热到35℃以上的无水纯碱细末与十水碳酸钠晶体按低于9∶1的摩尔比进行机械混合,将上述细末和晶体在约60～150℃反应以产生一水碳酸钠的粗融结块,然后将其在约125～250℃下进行煅烧,从而得到平均松密度至少为0.881的重质纯碱。蒸发结晶、碳酸钠结晶本发明属于一种生产重质纯碱的方法。特别是由十水碳酸钠晶体和纯碱细末生产重质纯碱的方法。天然碱矿是一种含倍半碳酸钠(Na2CO3·NaHCO3·2H2O)多达95%的矿,倍半碳酸钠是一种复盐,溶于水中大约得到5份(重量)碳酸钠(Na2CO3)和4份碳酸氢钠(NaHCO3)。天然碱矿经处理,可制得碳酸盐。普通工业级重质纯碱具有约0.961～1.04的较高的松密度。重质纯碱没有统一的粒度,但大约80%的重质纯碱颗粒在30～100目之间。由天然碱生产重质纯碱的一种常用方法为“一水物工艺”,它需要大量的水(在怀俄明州属稀缺而有用的资源)和能量。在该工艺中,碾碎的天然碱矿在125～250℃的温度下煅烧(即加热),将碳酸氢钠转化为碳酸钠,除去结晶水并产生粗纯碱。随后粗纯碱用水溶解并过滤。碳酸钠滤液送入蒸发式结晶器,在其中一些水被蒸发,一些碳酸钠形成一水碳酸钠晶体(Na2CO3·H2O)。从母液中取出一水物晶体,再经干燥转化为重质纯碱。母液被循环送入结晶器以进一步加工为一水碳酸钠晶体。重质纯碱也可由碳酸氢钠制得。通常碳酸氢钠首先被加工成一种叫做轻质纯碱的中间产品。轻质纯碱的松密度较低,大约0.561,且疏松、细小并呈粉末状。重质纯碱比轻质纯碱更受用户喜爱,因而绝大多数轻质纯碱被转化为重质纯碱。轻质纯碱转化为重质纯碱,通常采用加入足够的水或碳酸钠溶液,使轻质纯碱重结晶为粗一水碳酸钠,然后煅烧重结晶的粗一水碳酸钠颗粒而得到重质纯碱。因此,对重质纯碱的生产而言,一水碳酸钠是一个重要的中间产品。蒸发结晶是生产一水物晶体最常用的方法,但需要相当多的能量和昂贵的大型设备。在蒸发和其它工序中产生轻质纯碱碱尘或“细末”是纯碱厂中常见的问题。细末来自细小的纯碱结晶,而产生纯碱细晶的原因包括循环泵发生气窝现象导致的蒸发操作条件恶化,丙烯酸盐等能改变结晶习性的助剂的存在,低温蒸发器器体结垢或碳酸钠进料中碳酸氢钠含量高等。细末是小于100目的颗粒,大多数常从工业级重质纯碱产品中除去。收集的细末物料或在上游加工设备中溶解,或重新引入蒸发式结晶工序,在任何一种情况下工艺效率都低。很难见到循环送入生产系统的细末超过产品的5%。通常,碳酸钠晶体的磨损与加工设备的处理有关。例如,在过滤或离心分离过程中剧烈搅动会把晶体分裂开。在一水碳酸钠晶体干燥成重质纯碱的过程中,晶体与设备的直接接触产生了一些细末,它们被回收在一个集尘器中。这些细末被循环送回蒸发式结晶器。在精制碳酸钠溶液的工序中,常要产生中间产品十水碳酸钠(Na2CO3·10H2O)。十水碳酸钠晶体相对较大且扁平。与碳酸钠或一水碳酸钠相比,十水碳酸钠在脱水时非常易碎。十水碳酸钠不稳定,在32℃的中温时在干燥空气中很快脱水为一水碳酸钠。遗憾的是,产生的一水碳酸钠相当疏松且呈粉末状,因而不适合用作重质纯碱。在温度高于32℃时,十水碳酸钠溶结或溶融。通常,十水碳酸钠要重新引入生产系统,一般与进料一起进入蒸发式结晶器以产生粗一水碳酸钠晶体。因此,需要一种工艺直接从细末得到所需产品,而不是白白地将细末循环送回生产系统。也需要有一种节能的生产重质纯碱的简单方法,它在生产一水碳酸钠时不需要价格昂贵的、能耗高的蒸发式结晶器。水碳酸钠结晶本发明提供了一种生产重质纯碱的简单方法,通过将纯碱细末或轻质纯碱与十水碳酸钠反应,产生粗一水碳酸钠结块,经煅烧或干燥转化成重质纯碱产品。在约60～150℃的中等温度下,十水碳酸钠与轻质纯碱或细末按大于1∶9的摩尔比反应。这使反应物胶合或融结成含一水碳酸钠晶体的粗块。这些粗块一部分大于100目。随后这些一水碳酸钠粗块经煅烧或干燥而成重质纯碱。最终产品指的是“重质”纯碱本发明利用轻质纯碱或重质纯碱细末或二者的混合物与十水碳酸钠反应,有效地使两种反应物进行快速重结晶,产生具有所需物理性质的一水碳酸钠粗块,经煅烧或干燥成重质纯碱。通过在中温下干混合反应物而进行反应。在更高的温度下,产生的一水碳酸钠晶粒更大、更粗壮。这个令人惊异的结果按以下的总反应方程式进行:9Na2CO3+Na2CO3·10H2O=10Na2CO3·H2O上述反应的产品接近于由传统蒸发式结晶而获得的粗一水碳酸钠的粒度分布。这样的工业产品至少有85%(重量)的粒度大于100目。即使获得的粗一水碳酸钠颗粒的产量很低,也能得到有利的结果。产生的所有细末都可经分离再循环送回生产系统,与更多的十水碳酸钠反应。令人满意的是,粗一水碳酸钠颗粒不仅有一个相似的粒度分布,而且其磨损率也与从传统的蒸发结晶过程产生的一水碳酸钠晶体相似。本发明获得的粗一水碳酸钠颗粒可以胶合或融结成含有重新形成的一水碳酸钠晶体的粗块。粗块的剩余物是无水碳酸钠。总的说来,可以相信,当粗块含有更多的一水碳酸钠晶体时粗块有一个更理想的较低的磨损率。令人满意的是,粗一水碳酸钠颗粒与传统生产的一水碳酸钠有相似的松密度。这样,本发明所获得的重质纯碱便与普通的工业级重质纯碱有相近似的松密度。然而,最终产品的粒度分布和磨损率是比松密度更重要的产品性质。也就是,即使松密度比普通工业级产品的稍低一些,生产的优质重质纯碱要有接近工业限度的粒度分布和磨损率。因此,为了阐述本发明,最终产品指的是“重质”纯碱,即使其松密度也许低于普通的工业级重质纯碱限度。在实施本发明时,不必严格按照上述反应的化学数量比。纯碱细末或轻质纯碱,即无水碳酸钠,与十水碳酸钠的配比可以高于或低于9∶1。在采用更高的配比,即纯碱过量的情况下,并非所有物料都转化为一水碳酸钠,但反应更充分从而得到一个更好的结果。在采用更低的配比,即十水物过量的情况下,实际转化的反应物料更多。在该反应中也可以通过调节反应物配比至少保证水的化学计量,从而可部分使用脱水的十水碳酸钠。蒸汽、水或其它适合的水溶液也可以喷洒到反应物上,以补充反应物减少的水含量。总之,当反应在更高的温度下进行时本发明似乎获得了更多的重质纯碱。大家知道,一水碳酸钠在3～110℃的温度之间形成。一水物是生产重质纯碱的一种重要的中间产品。因此可以认为实际的反应温度即在此范围内。然而,应该知道,在此提出的反应温度,是通过分析所有反应物刚好混合在一起之后的反应产物组成而粗略估计的。另一方面,反应物的起始温度或许更容易控制,也许可以选用一个更好的参数来说明本发明的特征。在混合之前测定反应物的温度时会发现,当轻质纯碱或纯碱细末的起始温度恰好在60～150℃之间且十水碳酸钠的温度在10℃到室温之间时,本发明确实产生了粗一水物颗粒。在纯碱的起始温度高于110℃的情况下,可以认为,被十水碳酸钠中的水蒸发吸热使反应低于110℃,从而形成一水碳酸钠晶体。当纯碱初始温度更高时,如在210℃时,会发现当十水物加到热的纯碱上时蒸汽大量产生。十水物晶体中的游离水和结晶水立刻蒸发掉。在这种情况下,这种蒸汽的猛烈迸发阻碍了粗一水物颗粒的形成。粗一水碳酸钠颗粒形成后,在高于110℃的温度下干燥。按照标准的工业生产实践,采用的本领域中的公知技术,可以相信颗粒在125～250℃下干燥后,一水物将转化为重质纯碱。本发明是先进的,因为它避开了与绝大多数工业级重质纯碱生产设施密切相关的常用的蒸发结晶工序。本发明的工艺效率在于不需要将纯碱细末或轻质纯碱循环送回生产系统。例如,与早先的工艺技术一样,纯碱细末不需要浸析、加热、冷却和/或泵送。十水碳酸钠也不经蒸发结晶工序而直接转化为粗一水碳酸钠。此外,需要的设备很少,只由合适的进料装置组成,这些装置将配料按比例送入干式混合机。在实施本发明时,通常最适宜的是反应中的十水碳酸钠量要超过理论计算量。在一定程度上可以相信,用过量的十水碳酸钠会得到更好的结果,因为,正如后面的实例所阐述的那样,本发明在开口容器中实施,一些水分也许已经蒸发掉。当在封闭容器中实施本发明时,采用更少的十水碳酸钠即可望得到更好的结果。在一个实例中,70℃的纯碱细末与10℃的十水碳酸钠按4.5∶1的摩尔比(等于十水物过量100%)在一个开口容器中反应。反应生成的一水碳酸钠颗粒约有90%(重量)大于80目。在这些条件下生成的一水碳酸钠产品表现出实实在在的结构坚固性,在一个磨损试验中这样坚固的粗颗粒产生的细粉量为9%(重量)。在另一个操作条件下,155℃的纯碱细末与10℃十水碳酸钠按7.5∶1的摩尔比(等于十水物过量20%)在一个开口容器中反应。反应生成的一水碳酸钠约有82%(重量)的颗粒大于80目。在这种条件下生成的一水碳酸钠表现出实实在在的结构坚固性,在磨损试验中这样坚固的粗颗粒产生的细粉量为15%(重量)。与一个重质纯碱厂用蒸发结晶产生的一水碳酸钠相比,该厂的一水物晶体约94%(重量)的颗粒大于80目。这样的一水物具有实实在在的结构坚固性,在磨损试验中这样坚固的晶体产生的细粉量大约6%(重量)。可以相信,按本发明的反应,十水碳酸钠晶体的水分与热量共同作用,使十水碳酸钠与纯碱颗粒胶合或融结在一起。将反应物混合在一起便形成了粗粒。十水物晶体的水分重新分布穿过粗粒并与纯碱颗粒反应,从而转化为一水碳酸钠。因此,可以认为新生的一水物晶体在融结块基体上生长。相信这也可解释当反应中使用的十水碳酸钠更多时晶体的快速重新生长和融结块的晶体结构。本发明也可按几种不同的方法实施。但所有方法中最通用的是,十水碳酸钠晶体应该保持冷却到10℃,而不是低于32℃。在一种方法中,冷的十水碳酸钠与轻质纯碱或纯碱细末或其混合物混合,它们已被预热到一个预期的温度。随后这些反应物应在保持的反应温度下混合在一起。同样地,在另一种方法中,冷的十水碳酸钠与被预热到中温的轻质纯碱或纯碱细末或其混合物混合。在反应物混合在一起后,混合物的热量可以升高到预期的反应温度。在另一种方法中,冷的十水碳酸钠晶体可以与冷的轻质纯碱或纯碱细末或其混合物混合。随后该混合物被加热到预期的反应温度。但在另一种方法中,冷的十水碳酸钠晶体可以与冷的轻质纯碱或纯碱细末或其混合物混合。随后该混合物被加热到预期的反应温度。从上述可知,本文所述的这些方法已经举例说明。熟练的工艺人员可以容易地采用或改进这些方法,或者从这里讲述的技术中开发出其它方法,这些都在本发明的研究范围内。当然,最好是十水碳酸钠晶体在与其它反应物混合之前保持低温。十水碳酸钠不太稳定,在中等温度的空气中很快脱水。保持低温即可减小脱水量。同样地,保持低于32℃的低温也可阻止十水碳酸钠融化。这可使它更容易处理并与其它反应物混合。通常考虑在反应过程中将反应物进行干混合。平缓的混合是最好的,因为要使十水碳酸钠晶体与结块生长到足够大。如果处理过于剧烈,新生成的融结块及十水碳酸钠晶体相对较弱而容易碎裂开来。然而,在更高的温度和十水碳酸钠过量更多的操作条件下,则反应物可以承受剧烈的混合且还可以得到具有更好粒度分布的大量的粗一水碳酸钠融结块。熟练的工艺人员可以容易地将本发明放大到工业规模实施。例如,旋转式滚筒或旋转混合器这类设备也许更适用于本发明,它们的破坏性小且通常不使融结块破碎。这些设备最好带蒸汽夹套并有内部蒸汽盘管来提供反应所需的热量。根据反应物的温度和进料比,应把反应物混合一段时间,从几分钟到一小时或更长。可以预期随着温度和十水碳酸钠数量的增加,可以缩短混合时间和反应时间。通过在125～250℃下干燥,产生的一水碳酸钠可以加工成重质纯碱。可以预期按本发明生产的重质纯碱与目前已知的工业生产方法生产的重质纯碱具有很相似的性质。在干燥工序产生并由干燥器集尘系统收集的所有细末,可以按本发明所述方法加工并重新转化为一水碳酸钠。从以下实例可以更好地理解上述内容,这些实例用于阐述发明而非限制本发明的范围。水碳酸钠颗粒的制备称取200g纯碱细末放入600ml烧杯中。烧杯被夹放在一个较低的火焰上。加热纯碱细末到55℃。称取60g十水碳酸钠晶体。十水物晶体的温度稍低于10℃。少量的十水物晶体倒入烧杯中,同时搅拌3～5分钟。将混合物的温度降低至约45℃。继续混合约30～40分钟。在这段时间里将温度保持在中等到低于40℃的范围内。随后将混合物转入碾压罐,将罐口敞开并在室温下碾压。肉眼观察可以看到为数众多的一水碳酸钠颗粒直径约0.1mm。这些颗粒或是呈大块状(未碾碎)的融结块,或是新生成的晶体。加入碳酸钠晶体称取200g纯碱细末放入600ml烧杯中。将纯碱细末加热到约98℃。称取72g十水碳酸钠晶体并在5分钟内缓慢加入到热的纯碱细末中,混合物降温到约75℃。在敞开的烧杯中,将混合物继续混合6分钟。然后保持烧杯敞开约12小时使之自然冷却。肉眼观察产品非常相似于实例1。水碳酸钠结晶超细颗粒的制备称取200g纯碱细末放入600ml烧杯中,然后加热到约155℃。在3分钟内将72g冷的十水碳酸钠晶体缓慢加入到热的纯碱细末中。将混合物降温至约100℃。用一个单桨搅拌器将细末和十水物多混合10分钟。肉眼观察产品与前面两个实例没有明显的差别。但可以看到大到8mm的粗颗粒。还发现有明显形状不规则的烧结块。水碳酸钠晶体混合称取200g纯碱细末并放入600ml烧杯中。取出23.5g纯碱细末并与72g十水碳酸钠晶体混合。这部分预混物保持在室温并偶尔摇动直到使用。烧杯中剩余的纯碱细末被加热到约155℃。随后将十水物与纯碱细末的预混物加入到热的纯碱细末中。接着将混合物放入一个碾压罐中并碾压一段时间直至冷却到室温。试验结果分析不同数量的十水碳酸钠晶体与少量的纯碱细末在室温下预先混和。按相当于所需化学数量比的重量,十水物晶体的量在过量20%到过量100%之间改变。其余的纯碱细末经计量后放入一个敞口烧杯中并加热到60～140℃之间的所需温度。接着将预混合的十水物晶体和纯碱细末经计量后加入到热的纯碱细末中。按照纯碱细末最初加热的60～150℃的温度,相应的将混合物降温到约55～100℃。按两种方法之一继续加热和混合该混合物直到产品烘干。或者用一个单桨混合器进行连续剧烈(CV)地混合,或者用搅拌棒采用人工搅拌的办法进行偶尔而平缓(OG)地混合。最后冷却并测量产生的产品。在制备反应物时对十水物原料量过量20%而言,预混物由72g十水物晶体和20g纯碱细末组成,其余的180g纯碱细末被加热;对十水物原料量过量50%而25g纯碱细末与90g十水物晶体进行预混合,其余的175g纯碱细末被加热;对十水物原料量过量100%而言,120g十水物晶体与33g纯碱细末进行混合;而其余的167g纯碱细末被加热。在预混物加入到热的纯碱细末中之后,在一个敞口容器中继续混合大约1小时。肉眼观察产生的产品,可以发现获得了大量的一水碳酸钠融结块。每个产品取出约50g,机械过筛约3分钟以测定粒度分布,见表1。总的看来,除最细的外全部都是融结块。最大的部分大多呈小球状或可滚动,而更小的部分+80和+170都是晶族。粒度+42目的部分通常是小球和晶族的混合物。随着温度的提高,十水碳酸钠用量的增加,产品的结晶粒度明显地增加了。此外,进行磨损试验以测定产品的结构强度。磨损试验如下进行。一份产品用80目网进行筛分。更大的部分或+80目的部分被放入一个盘中并放在一个115℃