關于工業福美鈉合成及應用工藝技術分析

田學浩

(寧夏天元錳業化工有限公司,寧夏 中衛 755100)

1 概述

1.1 福美鈉的用途

作為高效重金屬捕集劑主要用于電解生產金屬錳前工段除去化合液中的金屬離子，如鎳、鉻、汞、銀，鉛，銅、鋅；廣泛用于污水處理行業，作為金屬沉淀劑、絮凝劑使用。在橡膠合成行業作為終止劑使用；在工業上還用作殺菌劑、橡膠制品的硫化促進劑及農業殺蟲劑等；也作為殺菌劑福美雙、福美鐵、福美銨、福美鋅、福美鎳的中間體使用。

1.2 福美鈉合成

福美鈉合成機理：

H2O+(CH3)2NH+CS2+NaOH=C3H6NS2NaO2H2O

二甲胺與二硫化碳加成得到二甲基二硫代氨基甲酸，再與氫氧化鈉溶液成鹽而得。

福美鈉生產方法：

在反應釜中加入水，在攪拌下投入定量的固堿(純度≥98.5%)，將堿溶液冷卻至一定溫度，然后向堿溶液中加入一定量的二甲胺，接著冷卻到一定溫度開始滴加二硫化碳，控制滴加速度來控制反應溫度。當二硫化碳滴加完畢后，繼續反應30min,然后進一步冷卻至一定溫度，加速福美鈉晶體形成和析出，然后經離心處理，固液分離得到福美鈉固體。分離后的液體含有一定量的福美鈉，作為母液，循環加入堿、二甲胺、二硫化碳再合成高濃度的福美鈉溶液。

2 固體福美鈉合成工藝流程

福美鈉合成工藝見流程簡圖1。

圖1 福美鈉合成工藝流程簡圖

3 影響合成福美鈉的關鍵技術分析

3.1 反應溫度對合成福美鈉的收率的影響

(1)合成福美鈉的反應溫度對收率有直接影響。合成福美鈉的反應溫度對收率數據對比見表1。

表1 合成福美鈉的反應溫度與收率*

注：表內為生產上用3m3反應釜的統計數據，加料量固定。

(2) 嚴格控制向母液中加二甲胺、二硫化碳的溫度；一般加二甲胺時，將母液的溫度控制在15℃以下，滴加二硫化碳時，溫度控制在20℃以下。滴加二硫化碳時，通過調整反應釜夾套冷量和控制滴加二硫化碳的速度，盡可能將溫度控制在20～30℃。

(3)二硫化碳滴加完畢后，為提高收率，將物料溫度降至8～12℃，有利于福美鈉在液相中結晶析出，提高轉化率。

(4)控制反應溫度還有一個重要的原因，就是嚴格控制溶解在液相中的二甲胺、二硫化碳的量，防止揮發至氣相中。因為二甲胺在氣相，當滴加二硫化碳時，二甲胺與二硫化碳會發生激烈反應直接生成二甲基二硫代氨基甲酸，該物質呈泡沫狀，懸浮在物料表面。在生產上通過加水將該泡沫溶解即可。另一方面，氣相中二甲胺會進入尾氣系統。

3.2 投料比例

片堿、二甲胺、二硫化碳三種物料的加料比例按物質的量比1∶1∶1投料。加入堿后母液中堿含量控制在12%～13%為宜，在實際生產中如溫度偏高，二甲胺加入量應適當調高。該比例加入量是否合適，當反應結束后，檢察物料中的胺味較淡、無二硫化碳的臭味，外觀成淡黃綠色，且物料中有明顯的白色結晶體表明合成反應正常，加料比例正常。

3.3 母液中堿度與福美鈉濃度對福美鈉收率的影響

在合成福美鈉時，母液中有溶有一定量的未參與反應的堿，通過實際生產經驗對比分析，當母液中堿含量控制在3%～3.7%、福美鈉的濃度控制在48%～55%時(常溫下，密度在1.19～1.25g/mL)，循環加入片堿、二甲胺、二硫化碳，反應合成福美鈉的收率相對較高。

3.4 福美鈉的品質指標

福美鈉品質高低的判斷主要有以幾個指標。

(a)福美鈉熔點；(b)福美鈉純度含量；(c)堿度；(d)水分；(e)殘留的二甲胺；(f)殘留的二硫化碳。

福美鈉在水處理行業或電解錳行業，使用福美鈉最主要的用途是用來絮凝沉降分離重金屬。而保證福美鈉穩定的熔點120～122℃，是判斷福美鈉產品加入到含金屬離子的水溶液中，對金屬離子絮凝沉降捕捉能力大小的一個重要指標。熔點穩定性與工藝水指標、福美鈉中殘留的堿含量高低有直接的關系。

福美鈉產品目前暫沒有發布國標，一般生產企業都普便采用碘法分析，固體福美鈉質量要求為：SDD含量≥90%。

堿度在行業中沒有統一標準，普便采用福美鈉成品與蒸餾水按1∶10溶解后，用稀鹽酸分析其中堿含量，作為福美鈉的堿度指標。一般控制在0.5%以內。

福美鈉水分，在行業中沒有統一標準，福美鈉產品中的水分有結晶水和游離水兩部分。結晶水，是因分子結構。游離水是因其在生產工藝上采用的工藝不同，造成游離水含量不同。游離水含量一般控制在0.5%～3%。

福美鈉產品中殘留的二甲胺、二硫化碳行業沒用統一標準，不同的企業采用工藝流程不同，對產品中的二甲胺、二硫化碳殘留量不一樣。

3.5 電解錳裝置應用液體福美鈉與固體福美鈉耗量對比分析

經電解錳生產裝置實際生產統計數據結果見表4。

表4 實際生產統計數據結果

以上統計結果說明：

(1)使用同樣的固體福美鈉，現生產的固體福美鈉噸錳耗量較低；工藝水用除鹽水制成的福美鈉比用原水制成的福美鈉噸錳耗量較低。主要是隨存放時間的延長，福美鈉活性會下降；用除鹽水制成的福美鈉比原水制的活性要高一些。

(2)現生產的液體福美鈉比固體福美鈉噸錳耗量低。表明液體福美鈉的活性相對較固體較好。

5 合成福美鈉工藝技術說明

工業上生產福美鈉主要采取的工藝技術有以下幾種。

(1)反應器。

(a)合成福美鈉的反應器一般選用容積為1～10m3不等的夾套式攪拌反應釜。

(b)攪拌電機可采用變頻電機，方便調整攪拌速度。

(2)凍卻系統。

一般采用成套制冷機組，制冷劑可選用氨水、乙二醇水溶液、乙烯、丙烯、溴化鋰等。工藝上采用閉路循環。

(3)工藝水的除理。

不同企業因生產的福美鈉品質要求不等，對原料水處理程度要求不同。主要監測指標有二氧化硅含量、電導率。

(4)高濃度液體福美鈉脫水處理技術，可采用的技術有。

(a)噴霧干燥；(b)離心脫水；(c)熱式高真空負壓閃蒸脫水后離心處理；(d)常壓(減壓)蒸餾脫氣后離心脫水工藝；(f)常壓(減壓)蒸餾脫氣后離心脫水工藝。

(5)溶堿工藝一般有三種方式。

(a)單釜定量溶堿；

(b)在儲槽中加入定量母液,加堿后通過分析母液與堿混合后的溶液中的堿含量，調整加入堿量；

(c)先溶解堿配制一定濃度的濃堿，然后按單釜定量加入。

(6)二甲胺、二硫化碳加入方式一般有兩種。

(a)采用管道上安裝浮子流量計進行計量加入；

(b)采用計量罐法進行計量加放。

(7)物料輸送一般有兩種。

(a)高濃度福美鈉和母液輸送可采用渣漿泵，二甲胺、二硫化碳輸送采用屏蔽泵；(b)物料輸送一般采用氮氣加壓用氣力輸送較合理。

6 幾點建議

(1)在電解錳行業，建議使用現生產的液體福美鈉，有利于降低生產成本。

(2)生產高品質的福美鈉必須對系統中用的原水進行脫鹽處理，嚴格控制堿度，系統物料密閉循環。

(3)二甲胺、二硫化碳的加入，應盡量采用計量罐。為防止二甲胺氣化，輸送管道和計量罐采取伴冷保冷措施。二硫化碳輸送管道采用伴熱(電伴熱或蒸汽伴熱)措施，防止冬季二硫化碳內的水結冰堵塞管道。

(4)為防止夾套內冷凍劑粘附器壁，確保反應釜降溫效果良好，每釜在投料前須對反應釜內壁上粘附的福美鈉進行清洗，應該采用0.2～0.3MPa工藝水進行沖洗，不可用蒸汽加熱溶解福美鈉進行反應釜清洗。

(5)生產規模較大時福美鈉中的二甲胺、二硫化碳脫除建議采負壓真空精餾塔工藝技術。生產規模較小時，采用負壓蒸餾、結晶盤冷卻工藝技術或噴霧干燥技術。

(6)高濃度福美鈉與母液的輸送優先采用氣力輸送方法，可有效防止物料結晶堵塞管道問題。