分析純元明粉生產(chǎn)新工藝

張淑樣（南風(fēng)集團技術(shù)中心，山西運城044000）

分析純元明粉生產(chǎn)新工藝

張淑樣
（南風(fēng)集團技術(shù)中心，山西運城044000）

詳細(xì)地闡述了以元明粉生產(chǎn)過程中的半成品（即離心機分離的濕元明粉）90硝為原料，經(jīng)過溶解、除鈣鎂、調(diào)pH、蒸發(fā)、分離、干燥等一系列工序，生產(chǎn)出符合《化學(xué)試劑無水硫酸鈉》GB/T9853—2008技術(shù)指標(biāo)的分析純元明粉。主要中控參數(shù):溶液pH為3～6，蒸發(fā)終點控制在母液中Ca2+質(zhì)量濃度≤0.55g/L。該工藝生產(chǎn)分析純元明粉，具有工藝過程簡單，產(chǎn)品溶解性好、純度高、質(zhì)量穩(wěn)定，輔料廉價易得，生產(chǎn)成本小、利潤空間大等優(yōu)點，值得在高純元明粉行業(yè)推廣應(yīng)用。

分析純元明粉；控制pH；硫酸鈉

特種元明粉、藥用芒硝、元明粉深加工產(chǎn)品等一系列高附加值的元明粉終端產(chǎn)品的出現(xiàn)徹底改變了元明粉只能作為廉價基礎(chǔ)化工原料的傳統(tǒng)觀念［1-2］。據(jù)統(tǒng)計，特種元明粉在飼料、玻璃、醫(yī)藥等行業(yè)新增用量已達(dá)110萬t，預(yù)測到2018年，市場需求量會達(dá)到元明粉市場總量的20%［3］。分析純元明粉由于其特殊的用途，其應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷開拓，市場前景非常廣闊［4］。近幾年，分析純元明粉市場更是火爆，價格是普通元明粉的8～10倍，產(chǎn)品供不應(yīng)求。目前國內(nèi)市場容量約為3萬t/a，抓住市場經(jīng)濟機遇，開發(fā)生產(chǎn)分析純元明粉意義重大。

1　實驗部分

1.1實驗原料

主要原料采用南風(fēng)集團元明粉分公司生產(chǎn)的半成品90硝和軟化水，其次有工業(yè)硫酸、純堿等。

原料90硝質(zhì)量指標(biāo)見表1。軟化水指標(biāo)見表2。

表1　原料90硝質(zhì)量指標(biāo)　%

表2　軟化水指標(biāo)

1.2分析純元明粉執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

分析純元明粉質(zhì)量執(zhí)行國標(biāo)《化學(xué)試劑無水硫酸鈉》GB/T 9853—2008標(biāo)準(zhǔn)。

1.3設(shè)備與儀器

燒杯、量筒、電動攪拌器、電爐、電子秤、真空抽濾裝置、烘箱等。

1.4分析與測試方法

產(chǎn)品所有指標(biāo)均按GB/T 9853—2008標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。其中:主含量根據(jù)滴定法測定；水不溶物和灼燒失量按照重量法測定；氯化物、磷酸鹽、總氮量按照比色法測定；鈣、鐵、重金屬等微量元素按照原子吸收法測定。

2　實驗結(jié)果與討論

2.1原料全分析檢測結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)比較

取90硝原料進(jìn)行全分析化驗，對比原料與指標(biāo)的差別，檢測結(jié)果見表3。

表3　原料全分析檢測結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)對比

由分析對比結(jié)果看，原料除了pH、水不溶物、澄清度、氯化物、鈣離子5項指標(biāo)不合格外（帶*號的），其余各項均達(dá)分析純元明粉指標(biāo)，故實驗過程中產(chǎn)品一般情況下重點分析這幾項。由于分析純各項指標(biāo)要求比較高，故選用南風(fēng)集團元明粉分公司生產(chǎn)的半成品90硝為原料，雖已經(jīng)過一次重結(jié)晶，但90硝中鈣離子、氯離子超標(biāo)比較多，氯離子可采用洗滌達(dá)標(biāo)，水不溶物、澄清度采用過濾也可達(dá)標(biāo)，相對而言鈣離子不好處理，實驗中重點解決產(chǎn)品中鈣離子超標(biāo)的問題。

2.2工藝路線的確定

分析純元明粉的生產(chǎn)工藝比較簡單，但由于其質(zhì)量純度要求高，質(zhì)量指標(biāo)達(dá)12項之多，而且其中雜質(zhì)離子指標(biāo)要求全是10-6級，這就要求在生產(chǎn)過程中對雜質(zhì)離子控制非常嚴(yán)格，尤其是鈣離子，它不同于其他一些可溶性的雜質(zhì)離子，硫酸鈣是微溶物，據(jù)資料介紹，當(dāng)溫度超過100℃，硫酸鈣幾乎不溶［5］，而且隨著溫度的升高，硫酸鈣會全部結(jié)晶到產(chǎn)品中，而元明粉的蒸發(fā)溫度全部超過100℃，本項目利用硫酸鈣在酸性環(huán)境中溶解度增大的特性，通過控制溶液的pH來解決這一難題，從而制備出高純度的分析純元明粉。

本著簡而精的工藝原則，制定了3條工藝路線進(jìn)行實驗。

路線1:重結(jié)晶。工藝流程見圖1。

圖1　路線1工藝流程簡圖

根據(jù)路線1進(jìn)行實驗，重結(jié)晶后產(chǎn)品:w（Ca2+）= 0.008%［標(biāo)準(zhǔn)w（Ca2+）≤0.002%］；w（Cl-）=0.014%［標(biāo)準(zhǔn)w（Cl-）≤0.001%］。

采用此工藝路線，由于只是簡單的重結(jié)晶過程，產(chǎn)品質(zhì)量很差，Cl-可以通過洗滌來解決，而Ca2+質(zhì)量分?jǐn)?shù)是標(biāo)準(zhǔn)的4倍，嚴(yán)重超標(biāo)，此工藝路線不可取。

路線2:先除雜，再重結(jié)晶。工藝流程見圖2。

圖2　路線2工藝流程簡圖

根據(jù)路線2進(jìn)行實驗，實驗結(jié)果見表4。

表4　工藝路線2的實驗結(jié)果

加純堿除鈣，做了許多組實驗，摸索了許多條件，通過表4數(shù)據(jù)可以看出，Cl-通過用熱水淋洗原料，基本就可以達(dá)標(biāo)；產(chǎn)品pH通過加硫酸，將溶液調(diào)為酸性即可達(dá)標(biāo)；而Ca2+似乎無規(guī)律可循，即使純堿過量很多，溶液中Ca2+濃度大小似乎與產(chǎn)品中Ca2+含量不成比例。因為溶液中的鈣離子很微量，僅0.3～0.4 g/L，如果要想將鈣離子以沉淀形式除去，反應(yīng)不但十分緩慢，而且極不完全，按反應(yīng)最好的計算，除鈣率僅為40%左右，導(dǎo)致產(chǎn)品中的鈣含量很不穩(wěn)定，產(chǎn)品的重現(xiàn)性也不好。前面加純堿除鈣，后面加酸調(diào)pH，勢必消耗過多的酸，而細(xì)比較實驗條件，可以看出產(chǎn)品的鈣含量多少好像與溶液的pH大小有關(guān)，從表4數(shù)據(jù)看，pH越低，產(chǎn)品中的鈣越少。受此啟發(fā)，筆者又重新制定了工藝路線。

路線3:不除鈣，僅控制溶液pH。工藝流程見圖3。

圖3　路線3工藝流程簡圖

根據(jù)路線3進(jìn)行實驗，實驗結(jié)果見表5。

從表5數(shù)據(jù)可以看出，即使不加純堿除鈣，僅靠控制溶液的pH，產(chǎn)品中的鈣就可以達(dá)標(biāo)，可見溶液的pH是一個很重要的控制參數(shù)。

表5　工藝路線3的實驗結(jié)果

比較以上3條工藝路線，路線3在不需要加過多的藥劑和工序的前提下，就可以解決產(chǎn)品鈣離子不達(dá)標(biāo)的難題。故確定路線3作為生產(chǎn)分析純元明粉的較佳工藝路線。

2.3溶液pH范圍確定

從路線2和路線3實驗結(jié)果看，溶液的pH和產(chǎn)品中的鈣離子含量有一定的關(guān)系，即溶液的pH越低，產(chǎn)品中的鈣離子含量越小，但如果溶液的pH很低，勢必會對設(shè)備的材質(zhì)提出過高的要求，故蒸發(fā)溶液需要選取一個合適的pH范圍，既能使產(chǎn)品鈣離子達(dá)標(biāo)，又不損害設(shè)備。實驗結(jié)果見表6。

表6　溶液pH范圍的實驗結(jié)果

經(jīng)過比較溶液的pH和產(chǎn)品中的鈣離子含量，最后確定溶液的pH為3.0～6.0，在此范圍內(nèi)可生產(chǎn)出符合分析純指標(biāo)的元明粉。

2.4蒸發(fā)終點母液中鈣離子含量確定

分析純元明粉的生產(chǎn)不同于普通元明粉，其產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)要求比較高，尤其是一些微量離子，如果蒸發(fā)母液一直在系統(tǒng)中循環(huán)，各種雜離子就會富集起來，勢必造成產(chǎn)品不合格，但母液怎么排放，排多少，就需要有一個中控指標(biāo)來控制。就以最難處理的鈣離子作為中控指標(biāo)，不斷測取母液中的鈣離子濃度和產(chǎn)品中鈣含量做對比，以控制蒸發(fā)母液中鈣離子含量作為確定蒸發(fā)終點的指標(biāo)。實驗結(jié)果見表7。

表7　蒸發(fā)終點母液中鈣離子濃度實驗結(jié)果

由此可見，即使控制了溶液的pH，但母液中的鈣離子達(dá)到一定濃度后，也會進(jìn)入產(chǎn)品中，影響產(chǎn)品質(zhì)量。通過實驗將蒸發(fā)終點母液中鈣離子質(zhì)量濃度定為≤0.55 g/L。如母液中鈣離子質(zhì)量濃度高于0.55 g/L，母液就必須排放，不能再在系統(tǒng)中循環(huán)。

2.5中控參數(shù)

1）90硝溶解后溶液密度為1.25～1.27 g/L，溶解溫度≥60℃；2）90硝水溶液過濾后溶液澄清度試驗≤3號；3）蒸發(fā)前90硝水溶液pH為3.0～6.0；4）蒸發(fā)母液中Ca2+質(zhì)量濃度≤0.55 g/L。

2.6分析純元明粉產(chǎn)品全分析結(jié)果

表8為分析純元明粉產(chǎn)品全分析結(jié)果。

表8　分析純元明粉產(chǎn)品全分析結(jié)果

3　結(jié)論

以南風(fēng)集團元明粉分公司生產(chǎn)的半成品90硝為原料，經(jīng)過溶解、調(diào)pH、蒸發(fā)、分離、干燥等一系列工序，生產(chǎn)出符合GB/T 9853—2008技術(shù)指標(biāo)的分析純元明粉。該工藝生產(chǎn)分析純元明粉，具有工藝過程簡單，產(chǎn)品溶解性好、純度高、質(zhì)量穩(wěn)定，輔料廉價易得，生產(chǎn)成本小、利潤空間大等優(yōu)點，值得在高純元明粉行業(yè)推廣應(yīng)用。

［1］張國紅.元明粉行業(yè)形勢分析［J］.鹽業(yè)與化工，2014（12）:1-4.

［2］原淑愛.大顆粒元明粉的制備研究［J］.無機鹽工業(yè)，2007，39（11）: 36-38.

［3］胡睿，衛(wèi)高玠，裴榮雅.中國元明粉行業(yè)應(yīng)該逐步實現(xiàn)錯位發(fā)展［J］.無機鹽工業(yè)，2015，47（7）:1-4.

［4］趙毅，劉云琴.關(guān)于生產(chǎn)精制元明粉的探討［J］.無機鹽工業(yè)，2005，37（12）:41-42.

［5］什謝也娃JI B.硫酸鈉的性質(zhì)和制造［M］.山西:山西運城鹽化局，1988:59.

聯(lián)系方式：zhangsy70@126.com

Novel production process of analytical grade sodium sulfate

Zhang Shuyang
（Technique Center，Nafine Chemical Group，Yuncheng 044000，China）

The production of analytical grade sodium sulfate，which matches GB/T 9853—2008，by using 90%sodium sulfate （the semi-finished wet products collected from centrifuge）obtained from the general process as raw material has been presented.The procedures generally include dissolution，pH adjusting，evaporation，separation，and drying etc..The main central parameters are that the solution pH must be between 3～6，and the terminal control point in evaporation requires that the concentration of Ca2+ions within the mother liquor must be no more than 0.55 g/L.It is assumed that the as-prepared analytical grade sodium sulfate products are of high solubility，high purity，and stable quality.Moreover，the process is also of great advantages of simple，low cost，and high profit，which promise it expansive potentials.

analytical grade sodium sulfate；pH controlling；sodium sulfate

TQ420

A

1006-4990（2016）07-0048-03

2016-01-18

張淑樣（1970—），女，高級工程師，碩士，主要從事鹽湖鹵水、鎂鹽及無機化工產(chǎn)品的研究開發(fā)，已發(fā)表論文多篇。