氯堿生產(chǎn)化鹽過程淺析

【摘 要】化鹽是氯堿生產(chǎn)的第一道工序，化鹽可以去除相關(guān)離子，為后續(xù)的電解工段提供符合要求的精制鹽水。本文從反應(yīng)機(jī)理等方面介紹了化鹽過程的作用、精制方法等。

【關(guān)鍵詞】氯堿；化鹽；鹽水精制

0.引言

氯堿工業(yè)是基本化學(xué)工業(yè)之一，它的產(chǎn)品燒堿和氯氣在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位，廣泛用于紡織工業(yè)、輕工業(yè)、冶金和有色冶金工業(yè)、化學(xué)工業(yè)和石油化學(xué)工業(yè)等部門。

生產(chǎn)燒堿和氯氣有著悠久的歷史。早在中世紀(jì)就發(fā)現(xiàn)了存在于湖鹽中的純堿，后來就發(fā)明了以純堿和石灰為原料制取NaOH的方法即苛化法：Na2CO3+Ca（OH）2=2NaOH+CaCO3

因為苛化過程需要加熱，因此就將NaOH稱為燒堿，以別于天然堿，直到19世紀(jì)末世界上一直以苛化法生產(chǎn)燒堿。

食鹽電解產(chǎn)生的燒堿、氯氣和氫氣，在國民經(jīng)濟(jì)的所有部門均很需要，除應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)本身外，在輕工、紡織、石油化工、有色金屬冶煉和公用事業(yè)等方面均有很大用途，作為基本的化工原料。而且氯氣和氫氣還可以進(jìn)一步加工成許多化工產(chǎn)品。所以氯堿工業(yè)及相關(guān)產(chǎn)品幾乎涉及到國民經(jīng)濟(jì)及人民生活的各個領(lǐng)域。

1.氯堿生產(chǎn)工藝流程

傳統(tǒng)意義上的氯堿生產(chǎn)工藝流程如下：

2.原鹽及鹽水精制

電解法生產(chǎn)燒堿的主要原料是飽和食鹽水溶液，因此鹽水工序是保證氯堿廠正常生產(chǎn)的重要工序。其任務(wù)是通過固體鹽的溶化、粗制鹽水的化學(xué)精制以及澄清過濾等，供應(yīng)符合電解槽要求的飽和鹽水。

2.1原鹽的性質(zhì)及組成

2.1.1原鹽的性質(zhì)

原鹽的主要成分為氯化鈉，化學(xué)式NaCl，分子量58.5，溶解熱為7.25kJ/mol。

純凈的氯化鈉很少潮解，工業(yè)原鹽中因含有CaCl2、MgCl2及Na2SO4等雜質(zhì)，極易吸收空氣中水分而潮解結(jié)塊。原鹽的潮解對運(yùn)輸、貯存及使用會帶來一定困難。

2.1.2原鹽的品種及組成

原鹽在自然界中蘊(yùn)藏量甚大，分布面亦極廣。根據(jù)來源不同，原鹽主要可以分為海鹽、井鹽、湖鹽、礦（巖）鹽四大類。就NaCl含量而言，湖鹽質(zhì)量最佳，NaCl含量達(dá)96%-99%；井鹽、礦鹽次之，NaCl含量在93%-98%；海鹽的NaCl含量在91%-95%左右，海鹽的鈣、鎂含量最高。

2.1.3選擇原鹽的主要標(biāo)準(zhǔn)

（1）氯化鈉含量要高，一般要求大于90%。

（2）化學(xué)雜質(zhì)要少。Ca2+、Mg2+總量要小于1%，SO42-小于0.5%。

（3）不溶于水的機(jī)械雜質(zhì)要少。

（4）鹽的顆粒要粗，否則容易結(jié)成塊狀，給運(yùn)輸和使用帶來困難。此外，鹽的顆粒太細(xì)時，鹽粒容易從化鹽桶中泛出，使化鹽和澄清操作難以進(jìn)行。

2.2鹽水的精制

原鹽溶解后所得的粗鹽水中，含有鈣、鎂、硫酸根等雜質(zhì)，不能直接用于電槽，需要加以精制。在工業(yè)上一般采用化學(xué)精制方法即加入精制劑，使鹽水中的可溶性雜質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)槿芙舛群苄〉某恋砦锒蛛x除去。

2.2.1鹽水精制原理

鹽水中的可溶性雜質(zhì)，一般采用加入化學(xué)精制劑生成幾乎不溶解的化學(xué)沉淀物，然后通過澄清、過濾等手段達(dá)到精制目的。在澄清過濾的同時也達(dá)到去除泥砂及機(jī)械雜質(zhì)的目的。

A 鈣離子的去除 鈣離子一般以氯化鈣或硫酸鈣的形式存在于原鹽中，精制時向粗鹽水中加入碳酸鈉溶液，其化學(xué)反應(yīng)式為：

CaCl2+Na2CO3=CaCO3↓+2NaCl

CaSO4+Na2CO3=CaCO3↓+Na2SO4

使用理論量的碳酸鈉，需要攪拌數(shù)小時才能使上述反應(yīng)趨于完全，如果加入超過理論用量0.8g/L時，反應(yīng)在15分鐘內(nèi)即可完成90%，在不到一小時內(nèi)就能完成。

B 鎂離子和鐵離子的去除 鎂和鐵一般以氯化物存在于原鹽中，精制時加入燒堿溶液即可生成難溶于水的氫氧化鎂和氫氧化鐵，其化學(xué)反應(yīng)式為：

MgCl2+2NaOH=Mg（OH）2↓+2NaCl

FeCl3+3NaOH=Fe（OH）3↓+3NaCl

C 硫酸根的去除 如果鹽水中的硫酸根含量大于5g/L，則可用化學(xué)方法除去

Na2SO4+BaCl2=BaSO4↓+2NaCl

但BaCl2不能過多，會生成氫氧化鋇沉淀。

2.2.2鹽水精制過程

（1）原鹽的溶化。

原鹽從立式鹽倉皮帶輸送機(jī)和計量稱連續(xù)加入化鹽桶。為確保鹽水濃度，化鹽桶內(nèi)鹽層高度保持3m以上。化鹽用水來自洗泥桶的淡鹽水和蒸發(fā)工段用過的蒸發(fā)水，加以回收利用，并用6個配水塔進(jìn)行儲槽。加熱過的化鹽用水，從化鹽桶底部經(jīng)設(shè)有均勻分布的菌狀折流帽流出，與鹽層呈逆向流動狀態(tài)溶解原鹽并成為飽和的粗鹽水。原鹽中夾帶的草屑等雜質(zhì)由化鹽桶上方的鐵柵除去；沉積于桶底的泥砂則定期從化鹽桶底部用泵抽出。

為加快溶鹽速度，化鹽用水應(yīng)加熱到50-60℃，在化鹽桶內(nèi)除原鹽溶解外，原鹽中的鎂離子其他重金屬離子還與熟鹽水中的氫氧化鈉反應(yīng)，生成不溶性氫氧化物，粗鹽水中氫氧化鈉通過熟鹽水用量來控制。

生產(chǎn)飽和粗鹽水約45-50m3/（m2·h），為確保鹽水的濃度，鹽水在桶內(nèi)停留時間不小于30min。

（2）粗鹽水的精制。

從反應(yīng)桶中出來含有碳酸鈣、氫氧化鎂等懸浮物的混濁溶液，必須分離出沉淀顆粒才能得到合格的精鹽水。

從澄清桶出來的飽和鹽水中，還有少量細(xì)微懸浮物，需要經(jīng)過砂濾進(jìn)一步凈化。從砂濾出來的精鹽水再通過中和檢測站，將多余的Na2CO3、NaOH用HCl中和，使其PH值為7-8左右，經(jīng)檢測達(dá)標(biāo)合格后，就可以儲至精鹽水塔供電解工段使用。若鹽水中硫酸根含量大于5g/L時，還需要加入氯化鋇，制得的混鹽水應(yīng)符合如下質(zhì)量指標(biāo)：

4.鹽泥的洗滌

經(jīng)檢測，鹽泥中含NaCl有多于5%，從鹽水澄清設(shè)備底部定期用泵抽出，為了節(jié)約原鹽的消耗，將其中的NaCl回收。

洗泥時，鹽泥與洗水的比例控制在1：3～5之間，為了洗滌干凈，洗鹽水溫度保持在40℃～50℃。

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