煤粉還原芒硝法制無水硫化鈉工業(yè)化實踐

施建平

（新疆兵團(tuán)十三師國有資產(chǎn)經(jīng)營公司，新疆哈密 839000）

煤粉還原芒硝法制無水硫化鈉工業(yè)化實踐

施建平

（新疆兵團(tuán)十三師國有資產(chǎn)經(jīng)營公司，新疆哈密 839000）

工業(yè)硫化鈉是重要的化工原料和還原劑。中國工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)工業(yè)硫化鈉主要采用煤粉還原芒硝法，所得硫化鈉產(chǎn)品純度僅為60％，產(chǎn)品附加值低。在煤粉還原芒硝法生產(chǎn)低鐵硫化鈉基礎(chǔ)上，將半成品硫化鈉濃堿液蒸發(fā)、濃縮、結(jié)晶制得結(jié)晶硫化鈉，結(jié)晶硫化鈉再經(jīng)干燥制得無水硫化鈉，所得硫化鈉產(chǎn)品純度達(dá)到92％以上。制備無水硫化鈉產(chǎn)品延伸了硫化鈉產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)鏈。主要介紹了生產(chǎn)無水硫化鈉小型工業(yè)化裝置系統(tǒng)、工藝控制條件和產(chǎn)品質(zhì)量。

無水硫化鈉；生產(chǎn)；煤粉還原芒硝法

工業(yè)硫化鈉是重要的化工原料和還原劑，主要應(yīng)用于制革、造紙、選礦、農(nóng)藥中間體、染料中間體、印染等行業(yè)［1］。在中國工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)工業(yè)硫化鈉的廠家90％采用煤粉還原芒硝法［2］。中國工業(yè)硫化鈉總產(chǎn)量約100萬t/a，產(chǎn)品執(zhí)行GB/T 10500—2000《工業(yè)硫化鈉》，產(chǎn)品中w（Na2S）≥60％，其余多為水分及其他雜質(zhì)。工業(yè)硫化鈉產(chǎn)品不僅附加值低，同時為下游應(yīng)用企業(yè)增加了二次廢水處理的問題，增加了環(huán)境治理的負(fù)擔(dān)。近年來，隨著化學(xué)工業(yè)及其他相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，聚苯硫醚、硫化橡膠、電鍍、醫(yī)藥等產(chǎn)品和行業(yè)已開始使用無水硫化鈉作為生產(chǎn)原料，尤其無水硫化鈉在聚苯硫醚中的應(yīng)用，可使產(chǎn)業(yè)鏈延伸到特種工程塑料、新型工業(yè)濾布（制成PPS纖維）、絕緣材料、涂料、熱塑性復(fù)合材料（應(yīng)用于汽車制造）、塑性復(fù)合材料（應(yīng)用于家電業(yè)）、軍事領(lǐng)域（用玻纖、碳纖、硼纖等增強(qiáng)高分子量聚苯硫醚樹脂制造的熱塑性復(fù)合材料已在飛機(jī)、火箭、人造衛(wèi)星、航空母艦、武器等方面得到廣泛應(yīng)用）。

自1881年有文獻(xiàn)記載從結(jié)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(dá)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(jì)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(yè)化要求，也沒有工業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模的報道。20世紀(jì)80年代，中國文獻(xiàn)報道直接采用Na2S·9H2O（工業(yè)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(chǎn)能力低、能耗高。筆者以煤粉還原芒硝法生產(chǎn)低鐵硫化鈉為基礎(chǔ)，將半成品硫化鈉濃堿液蒸發(fā)、濃縮、結(jié)晶制得結(jié)晶硫化鈉，結(jié)晶硫化鈉再經(jīng)干燥制得無水硫化鈉，干燥耗時僅為7～10 h，所得硫化鈉產(chǎn)品純度達(dá)到92％以上。

1 無水硫化鈉生產(chǎn)工藝

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

結(jié)晶硫化鈉脫水即結(jié)晶硫化鈉干燥，從干燥動力學(xué)角度主要研究物料在干燥過程中在動態(tài)條件下各物理量之間的關(guān)系以及相互間的作用規(guī)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(shè)備設(shè)計的基礎(chǔ)。

無水硫化鈉生產(chǎn)工藝（干燥工序）流程圖見圖1。

圖1 無水硫化鈉生產(chǎn)工藝（干燥工序）流程圖

無水硫化鈉生產(chǎn)裝置系統(tǒng)包括供熱系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、硫化鈉堿液精制系統(tǒng)、結(jié)晶系統(tǒng)、干燥系統(tǒng)、產(chǎn)品包裝等。

2 硫化鈉結(jié)晶工序

硫化鈉結(jié)晶工序即制備結(jié)晶硫化鈉工序是生產(chǎn)無水硫化鈉重要的中間環(huán)節(jié)。將處理好的硫化鈉溶液（Na2S質(zhì)量濃度為260～280 g/L）送入蒸發(fā)器蒸發(fā)濃縮，當(dāng)Na2S質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)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(jié)晶器，結(jié)晶時間約8 h。用離心機(jī)進(jìn)行固液分離，即得到結(jié)晶硫化鈉（Na2S·5.5H2O）成品。結(jié)晶硫化鈉產(chǎn)品指標(biāo)見表1。

表1 結(jié)晶硫化鈉產(chǎn)品指標(biāo)％

3 硫化鈉干燥工序

將合格的結(jié)晶硫化鈉（Na2S·5.5H2O）成品置于干燥設(shè)備內(nèi)，依次啟動供熱系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)等于正常運行狀態(tài)，記錄、監(jiān)控完成無水硫化鈉產(chǎn)品制備的工藝條件。經(jīng)實踐得出關(guān)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(tǒng)溫度為-4～-8℃，運行時間為7～10 h。結(jié)晶硫化鈉脫水結(jié)束后再由供熱系統(tǒng)降低干燥設(shè)備內(nèi)物料的溫度，當(dāng)物料溫度降至恒定溫度時依次關(guān)閉各系統(tǒng)設(shè)備，卸出產(chǎn)品，計量、包裝，得到無水硫化鈉產(chǎn)品。各批次無水硫化鈉產(chǎn)品生產(chǎn)工藝控制條件及產(chǎn)品純度如表2所示。

所得無水硫化鈉產(chǎn)品檢驗結(jié)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(chǎn)品外觀為白色顆粒。

表2 各批次無水硫化鈉產(chǎn)品生產(chǎn)工藝控制條件及產(chǎn)品純度

4 結(jié)論

1）無水硫化鈉生產(chǎn)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(xiàn)報道的干燥時間需17 h的工藝技術(shù)指標(biāo)，實現(xiàn)了小型工業(yè)化，無水硫化鈉產(chǎn)品純度為92％～98％。

2）無水硫化鈉產(chǎn)品研制為企業(yè)產(chǎn)品系列化即工業(yè)硫化鈉、低鐵硫化鈉、結(jié)晶硫化鈉、無水硫化鈉創(chuàng)建了基礎(chǔ)，實現(xiàn)了基礎(chǔ)無機(jī)化工向無機(jī)精細(xì)化工的突破，不僅提高了產(chǎn)品的附加值，更重要的是拓展了硫化鈉產(chǎn)品的市場，增強(qiáng)了企業(yè)的生命力，提高了產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)度，延伸了產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)鏈。

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

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

［2］寧延生.無機(jī)鹽工藝學(xué)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2013.

聯(lián)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(huán)境·健康·安全