煤粉還原芒硝法制無水硫化鈉工業化實踐

施建平

（新疆兵團十三師國有資產經營公司，新疆哈密 839000）

煤粉還原芒硝法制無水硫化鈉工業化實踐

施建平

（新疆兵團十三師國有資產經營公司，新疆哈密 839000）

工業硫化鈉是重要的化工原料和還原劑。中國工業化大規模生產工業硫化鈉主要采用煤粉還原芒硝法，所得硫化鈉產品純度僅為60％，產品附加值低。在煤粉還原芒硝法生產低鐵硫化鈉基礎上，將半成品硫化鈉濃堿液蒸發、濃縮、結晶制得結晶硫化鈉，結晶硫化鈉再經干燥制得無水硫化鈉，所得硫化鈉產品純度達到92％以上。制備無水硫化鈉產品延伸了硫化鈉產品的產業鏈。主要介紹了生產無水硫化鈉小型工業化裝置系統、工藝控制條件和產品質量。

無水硫化鈉；生產；煤粉還原芒硝法

工業硫化鈉是重要的化工原料和還原劑，主要應用于制革、造紙、選礦、農藥中間體、染料中間體、印染等行業［1］。在中國工業化大規模生產工業硫化鈉的廠家90％采用煤粉還原芒硝法［2］。中國工業硫化鈉總產量約100萬t/a，產品執行GB/T 10500—2000《工業硫化鈉》，產品中w（Na2S）≥60％，其余多為水分及其他雜質。工業硫化鈉產品不僅附加值低，同時為下游應用企業增加了二次廢水處理的問題，增加了環境治理的負擔。近年來，隨著化學工業及其他相關產業的發展，聚苯硫醚、硫化橡膠、電鍍、醫藥等產品和行業已開始使用無水硫化鈉作為生產原料，尤其無水硫化鈉在聚苯硫醚中的應用，可使產業鏈延伸到特種工程塑料、新型工業濾布（制成PPS纖維）、絕緣材料、涂料、熱塑性復合材料（應用于汽車制造）、塑性復合材料（應用于家電業）、軍事領域（用玻纖、碳纖、硼纖等增強高分子量聚苯硫醚樹脂制造的熱塑性復合材料已在飛機、火箭、人造衛星、航空母艦、武器等方面得到廣泛應用）。

自1881年有文獻記載從結晶硫化鈉脫水試制無水硫化鈉采用二階段脫水方法（一段低溫、二段高溫達800℃）以來，無水硫化鈉的脫水方法又改用一段脫水法，但仍然是程序升溫，并且只是在實驗室條件下；20世紀70年代以來，雖然有報道采用高真空條件下制取無水硫化鈉，但制備條件不符合工業化要求，也沒有工業化生產規模的報道。20世紀80年代，中國文獻報道直接采用Na2S·9H2O（工業硫化鈉）真空干燥脫水制取無水硫化鈉，但由于是間歇操作干燥耗時為17 h，生產能力低、能耗高。筆者以煤粉還原芒硝法生產低鐵硫化鈉為基礎，將半成品硫化鈉濃堿液蒸發、濃縮、結晶制得結晶硫化鈉，結晶硫化鈉再經干燥制得無水硫化鈉，干燥耗時僅為7～10 h，所得硫化鈉產品純度達到92％以上。

1 無水硫化鈉生產工藝

以煤粉還原芒硝法所得半成品硫化鈉濃堿液（Na2S質量濃度為260～280 g/L）為原料，經蒸發、濃縮、結晶制得結晶硫化鈉（Na2S·5.5H2O），結晶硫化鈉再經干燥制得無水硫化鈉。

結晶硫化鈉脫水即結晶硫化鈉干燥，從干燥動力學角度主要研究物料在干燥過程中在動態條件下各物理量之間的關系以及相互間的作用規律和影響因素，從而確定物料在一定條件下去除水分所需要的各種條件，這是硫化鈉干燥（脫水）工藝和設備設計的基礎。

無水硫化鈉生產工藝（干燥工序）流程圖見圖1。

圖1 無水硫化鈉生產工藝（干燥工序）流程圖

無水硫化鈉生產裝置系統包括供熱系統、制冷系統、真空系統、電氣系統、硫化鈉堿液精制系統、結晶系統、干燥系統、產品包裝等。

2 硫化鈉結晶工序

硫化鈉結晶工序即制備結晶硫化鈉工序是生產無水硫化鈉重要的中間環節。將處理好的硫化鈉溶液（Na2S質量濃度為260～280 g/L）送入蒸發器蒸發濃縮，當Na2S質量分數達到32％～36％時用泵打入澄清罐自然澄清約1 h。將上部澄清硫化鈉溶液送入結晶器，結晶時間約8 h。用離心機進行固液分離，即得到結晶硫化鈉（Na2S·5.5H2O）成品。結晶硫化鈉產品指標見表1。

表1 結晶硫化鈉產品指標％

3 硫化鈉干燥工序

將合格的結晶硫化鈉（Na2S·5.5H2O）成品置于干燥設備內，依次啟動供熱系統、真空系統、制冷系統等于正常運行狀態，記錄、監控完成無水硫化鈉產品制備的工藝條件。經實踐得出關鍵工藝控制條件：真空度（絕壓）為700～2 000 Pa，供熱溫度為90～250℃，制冷系統溫度為-4～-8℃，運行時間為7～10 h。結晶硫化鈉脫水結束后再由供熱系統降低干燥設備內物料的溫度，當物料溫度降至恒定溫度時依次關閉各系統設備，卸出產品，計量、包裝，得到無水硫化鈉產品。各批次無水硫化鈉產品生產工藝控制條件及產品純度如表2所示。

所得無水硫化鈉產品檢驗結果：w（Na2S）≥92％；w（Na2SO3+Na2S2O3）≤3.5％；w（Na2CO3）≤1.5％；w（Fe）≤2×10-5；w（水不溶物）≤0.02％；產品外觀為白色顆粒。

表2 各批次無水硫化鈉產品生產工藝控制條件及產品純度

4 結論

1）無水硫化鈉生產工藝裝置運行干燥時間為7～10 h，突破了國外手冊與中國文獻報道的干燥時間需17 h的工藝技術指標，實現了小型工業化，無水硫化鈉產品純度為92％～98％。

2）無水硫化鈉產品研制為企業產品系列化即工業硫化鈉、低鐵硫化鈉、結晶硫化鈉、無水硫化鈉創建了基礎，實現了基礎無機化工向無機精細化工的突破，不僅提高了產品的附加值，更重要的是拓展了硫化鈉產品的市場，增強了企業的生命力，提高了產業關聯度，延伸了產品的產業鏈。

3）由于無水硫化鈉產品純度高，從源頭上消除了硫化鈉產品應用過程帶來的廢水治理問題。

［1］M E波任.無機鹽工藝學（上冊）［M］.天津化工研究院譯.北京：化學工業出版社，1982.

［2］寧延生.無機鹽工藝學［M］.北京：化學工業出版社，2013.

聯系方式：bthsncsjp@163.com

Industrialpractice of preparation of anhydrous sodium sulfide by reduction of glauber′s saltw ith coal

Shi Jianping
（State-owned AssetsManagementCompany of The Thirteenth Division of The Xinjiang Production and Construction Corp.，Hami839000，China）

Industrialsodium sulfide isan importantchemical rawmaterialand reducing agent.Chinamainly uses coal reduction glauber′s saltmethod in industrialization andmass production of industrial sodium sulfide.But the purity of sodium sulfide is only 60％，therefore the product′s added value is very low.On the basis of using the coal reduction glauber′s salt method to produce low iron sodium sulfide，the semi-finished product concentrated alkali solution was evaporated，concentrated，and crystallized again to produce sodium sulfide crystal and then itwas desiccated to prepare the anhydrous sodium sulfide.The purity of sodium sulfide reached 92％under this process.The anhydrous sodium sulfide productextended the industry chain ofsodium sulfide production.A small-scale industrialequipment，technical control conditions，and productquality foranhydrous sodium sulfideweremainly introduced.

anhydrous sodium sulfide；production；coal reduction glauber′ssaltmethod

TQ131.12

A

1006-4990（2014）09-0056-02

2014-03-14

施建平（1962—），男，高級工程師。

環境·健康·安全