純堿生產中的硫化物除鐵工藝技術

＊孫 瑞

（江蘇蘇鹽井神股份有限公司第三分公司 江蘇 223200）

純堿也就是指碳酸鈉，化學品的純度通常超過了99.5%。純堿其實并非屬于堿類，而是屬于鹽類，有時候也將其稱之為堿灰或者蘇打。純堿是非常重要的有機化工原料，廣泛應用在多個工業領域。此外，純堿在生活洗滌和食品加工等方面也具有不可替代的應用價值。在純堿生產的過程中，由于某些生產反應的影響，會產生一定數量的鐵物質，隨著時間的推移，這些鐵就會對產品的質量造成不利的影響，因此，相關企業需要重視對鐵的消除處理。

1.純堿生產方法

現階段，應用比較廣泛的純堿生產方法主要包括以下三種，即聯合制堿法、天然堿加工法以及氨堿法。在三種生產方法中，氨堿法由于其獨特的優勢，得到了廣泛的應用。氨堿法在我國的歷史非常悠久，具有成熟的工藝技術，生產效率和質量都非常顯著，受到了純堿生產企業的青睞。氨堿法所使用的原料比較低廉，具有較高的性價比。通過氨堿法來進行純堿生產，可以避免對石礦和天然鹽的過度開采和依賴[1]。同時氨堿法的操作流程比較簡單，生產方式方便快捷，能夠進行大規模的不間斷生產，再通過生產機械設備的有效運用，能夠極大地提高純堿生產的效率。同時，通過氨堿法生產出來的產品品質也非常良好，保障了純堿生產企業的經濟效益和社會效益。在使用氨堿法開展純堿生產的時候，企業需要結合生產目標，嚴格按照相關流程逐步進行生產操作。氨、石灰石以及食鹽等是氨堿法主要運用的原材料，現階段，純堿生產所用的機械設備通常都是碳鋼或者鑄鐵材質的，當含Cl-、CO32-等強電解質溶液進入這些設備之后，就會跟設備某些部件發生特殊的電化學反應，對設備造成腐蝕問題。同時，在該過程中還會產生鐵離子，這些鐵離子會在空氣的影響下形成三氧化二鐵，對產品的純度造成一定程度的損壞，因此在進行純堿生產的時候，相關企業需要做好除鐵處理工作。

2.純堿生產中出現純堿鐵分偏高的原因

塔器以及管道等是純堿生產過程中必不可少的組成部分，通常情況下，這些組件都是屬于碳鋼材料。而在實際生產的時候，氨鹽水、氨II以及各種氣體都會對鋼鐵產生一定的腐蝕作用，比較常見的包括電化腐蝕以及化學腐蝕兩種。在這種情況下，無可避免地會產生一定數量腐蝕物，這些腐蝕物的成分較為復雜。如果出現了生產系統波動的情況，或者沒有對生產過程進行嚴格的質量把控，沒有采取科學合理的措施進行預防，被腐蝕物接觸過的液體以及固體介質就會被帶入產品，進而形成鐵高堿，也通常被稱之為“紅堿”。形成這種現象的原因是多樣的，現進行如下分析：

（1）進入碳化塔中的窯氣、爐氣含氧高。在純堿生產過程中，煅燒環節會產生一定數量的爐氣，而石灰車間也含有部分窯氣，在這樣的背景下，就會有部分氣體進入到碳化塔系統，而這些氣體的含氧量會對產品質量產生非常重要的影響。如果氣體中的氧氣含量過高，就很容易造成純堿鐵分偏高的問題。

（2）碳化塔清洗過度。在純堿生產時，如果沒有對生產工藝進行嚴格的管理和把控，或者對碳化塔進行了過度清洗，都會對產品質量產生一定的影響。在實際生產過程中，有時會出現設備故障問題，在對設備進行相應的檢修以后，開啟碳化塔作業，制堿時間相對較短，碳化塔里面的結疤較少，改為清洗塔，此時中和水的含鐵量會高出正常標準，進而使得純堿鐵分偏高。

（3）系統硫化鈉消耗大,硫化鈉加入量偏少。在純堿制作環節，會對機械設備產生一定的腐蝕作用，影響設備的性能和使用壽命，因此為了延長機械設備的使用壽命，并且避免產生紅堿問題，就需要結合實際情況在工藝系統中添加適量的硫化鈉。而在實際生產過程中，部分企業沒有對碳化塔工藝進行有效的管理和把控，在純堿生產時存在一定的波動，碳化塔保護膜受到各種因素的影響而產生脫落問題，對硫化鈉造成了較大的損耗，而生產單位沒有及時發現并采取有效的措施進行處理，使得產品中的鐵分含量超出正常標準。

（4）如果碳化塔停塔時間過長，長時間暴露在空氣之中，設備就會受到一定的影響而產生鐵銹，或者在其表面存在過多的雜質，如果在開塔之前沒有對其進行有效的處理，碳化塔表面保護膜的效果就會大打折扣，使得部分含鐵物質進入到生產系統中，對產品質量造成不利影響。

3.純堿生產中的硫化物除鐵工藝

現階段運用比較廣泛的硫化物添加劑包括硫化氫氣體以及硫化鈉溶液，在氨堿生產中，將含硫氨水加入氨鹽水中，在聯堿生產中，在氨II加入硫化鈉，不同的添加劑具有不同的優缺點，在運用硫化物添加劑除鐵的時候，要根據實際情況進行選擇，以保證除鐵的實際效果。

(1)硫化氫氣體

①硫化氫氣體添加劑的添加方式包括以下兩種情況：可以在氨鹽水及氨II吸氨結束之后添加硫化氫氣體，也可以將硫化氫氣體添加在二氧化碳壓縮機的入口處。在使用硫化氫進行除鐵操作的時候，相關人員需要注意氣體在水中是不能實現完全電離的，因此通常會選擇將硫化氫混合到二氧化碳氣體管線里，再利用二氧化碳壓縮機注入系統之中，進而實現除鐵的目的。利用硫化氫氣體除鐵的流程比較簡便，但是在實際運用時，要對以下幾個方面給予足夠的重視，采取科學合理的措施，以保證除鐵的效率和質量[2]。A.在注入二氧化碳以后，氨鹽水及氨II可能會產生碳酸化的現象，鐵會和H2S產生一定的化學反應，進而生成FeS，隨著反應的持續進行，FeS數量隨之增加，最后隨著重堿帶出，在經過煅燒處理以后，就會產生紅堿問題，進而使得純堿產品的鐵含量嚴重超出有關標準。B.部分硫化物結晶會沉淀于管道和設備的其它部位，處理起來比較困難，這些結晶沉淀會進一步引發管道堵塞，從而使得純堿生產無法正常有序的開展，也對后期檢修工作的開展造成了嚴重的阻礙。因此，相關人員需要重視對氨鹽水及氨II的科學保護，確保金屬表面S2-濃度始終維持在正常標準，并且對H2S的含量進行嚴格的把控。

②硫化氫屬于弱電解質，H+和HS-是水溶液中主要的離子，因此隨著時間的推移會慢慢呈現出酸性。通過將氣體添加到氨鹽水及氨II之中的方式，能夠生成硫化氫水溶液，具有堿性特征的氨鹽水及氨II能夠有效對電離產生H+離子的中和，進而推動HS-離子生成S2-離子。

③合理利用合成氨副產品硫化氫混合氣，能夠讓鐵離子在澄清桶中發生沉淀，逐漸排除出去，避免硫化物結晶對管道造成堵塞，保證純堿生產的持續開展，同時也能夠降低氨鹽水及氨II中鐵的含量，提高純堿產品的純度[3]。

④將硫化氫在澄清桶前加入到氨鹽水及氨II中，不僅能夠有效減少純堿生產的成本投入，還可以避免某些雜質混入系統，保證了純堿生產產品的質量。當氣相充滿所有設備以后，設備內部就能夠生成保護硫膜，對設備進行有效的保護，避免產生腐蝕現象。在實際運用的時候，可能會存在以下問題：

A.硫化氫本身具有一定的危險性，同時該物品的爆炸下限較低，如果操作不當，就很容易引發嚴重的安全事故。

B.運用合成氨副產品可能會讓硫化氫含量發生改變，進而影響實際運用的效果。

C.硫化氫還原特性比較顯著，在和空氣接觸的時候，非常容易出現氧化現象，進而增大氨鹽水及氨II的濁度，或者導致產品中含有一定數量的硫酸鹽。

⑤在通過硫化氫氣體進行除鐵操作的時候，有關人員需要對以下幾個方面給予足夠的重視：

A.硫化氫氣體具有腐蝕性，會對碳鋼管道造成一定的影響。

B.硫化氫氣體屬于危險物品，在使用硫化氫氣體的時候必須嚴格遵守標準流程和規范，避免產生氣體泄漏的現象，否則對工作人員的生命安全造成嚴重的威脅。同時，純堿生產企業應該在容易發生泄漏問題的地方配備報警裝置，當氣體濃度達到一定程度的時候，報警器能夠第一時間發出警報，以便工作人員及時做出反應，減少泄漏問題帶來的不利影響。

C.工作人員在添加氨副產品的時候，應該對混合氣流量和H2S含量進行全面實時的監督和把控，確保加硫量的持續性和穩定性，避免因為流量不穩定而帶來的不利影響。

D.工作人員需要確保設備和管道的密閉性能，防止硫化氫和空氣進行過度的接觸，對硫酸鹽產生量進行嚴格的把控。

(2)硫化鈉溶液

①如果在添加硫化氫氣體以后產生氨鹽水及氨II加硫運行不合理的問題時，就會用硫化鈉溶液進行代替，以避免產生系統鐵指標波動幅度異常的狀況。在實際運用的時候，工作人員需要根據實際情況和除鐵需求，采購適用性更強的硫化鈉固體，再對固體進行溶解處理，使其轉化為硫化鈉溶液，然后慢慢注入氨鹽水及氨II。硫化鈉溶液和硫化氫加硫技術具有一定的相似點，都是經過反應以后生成諸如FeS的沉淀物，然后通過澄清桶進行排除。工作人員需要對加硫量進行嚴格的把控，以保證除鐵的實際效果。

②在使用硫化鈉溶液進行除鐵處理的時候，工作人員需要注意以下幾個方面：

A.由于硫化鈉是硫酸鈉特殊處理以后的產物，在運用的過程中，會由于某些因素的影響而出現過多的雜質，進而影響成品的質量。

B.液相硫化鈉的運用會遭到液體作用空間的束縛，硫化膜反應效果無法得到有效的保證。

C.隨著硫化鈉溶液的不斷增加，產品的可控空間就會不斷壓縮，在達到一定程度的時候，就非常容易產生多余硫化鈉進入到后續系統中的問題，煅燒爐中的爐氣含有數量眾多的硫化氫氣體，硫化氫氣體會在系統中不斷保持循環，嚴重損壞了純堿產品的質量。

D.硫化鈉溶液會在堿性環境中產生硫化氫，進而影響硫分的穩定性，在嚴重的時候還會導致中毒問題，對工作人員的生命安全造成了嚴重的威脅，不利于純堿生產安全穩定的開展。

③相關企業在運用硫化鈉溶液開展除鐵工作的時候，應該對以下幾點進行嚴格的把控：

A.硫化鈉具有一定的腐蝕性，會對碳鋼管道造成一定的影響，因此最好采用不銹鋼管材。

B.工作人員在處理固相硫化鈉的時候，應該對蒸汽凝水的溫度進行嚴格的把控，通常需要保持在60℃左右。

C.在采購材料的時候，要對材料的雜質含量進行細致的檢測和嚴格的把控，盡量使用雜質含量較少的材料，以保證純堿生產成品的質量。

D.工作人員可以利用沉積的形式來處理硫化鈉中含有的部分雜質，同時利用對帶錐形立式筒來有效處理硫化鈉溶液，盡量消除雜質對純堿生產的不利影響。

E.純堿生產企業需要在容易發生泄漏的位置安裝有毒氣體報警裝置，為工作人員提供更加安全可靠的生產環境。

4.控制產品中鐵含量的其它措施

(1)降低系統的氧含量

生產設備出現腐蝕問題是造成純堿鐵分偏高的重要影響因素，因此相關企業應該對生產系統中的含氧量進行嚴格的把控。中、下段氣都具有一定的氧氣含量，在進入到碳化塔內部以后，會和氣液產生非常強烈的接觸，使得部分氧氣溶解在氨鹽水或者中和水里，這會對管道等造成比較嚴重的腐蝕作用。通常情況下，這些氣體主要來自于煅燒爐和石灰窯，因此相關企業應該對這兩個生產部分給予足夠的重視，降低氣體中的氧氣含量，保證純堿生產的質量。

(2)控制好碳化清洗塔的操作

在純堿生產過程中，清洗塔操作情況對于純堿產品的最終質量有著非常直接的影響。如果沒有對其進行全面細致的清洗，在長時間的制堿過程中，塔內的結疤就會大量堆積，進而對氣液通道進行壓縮，造成冒塔現象。在這種情況下，就會有大量的液體進入尾氣系統，對純堿生產造成嚴重的不利影響，破壞產品的質量。另一方面，清洗過度也會影響產品質量。因為被過度清洗的塔面很容易受到各種介質的影響，到嚴重的腐蝕作用，進而使得一定數量的鐵離子進入到溶液之中，造成紅堿問題。因此，相關單位應該結合實際情況科學合理地制定清洗周期，確保清洗的科學性和合理性，為純堿生產打下堅實的基礎。

(3)采用耐腐蝕材料和防腐技術

近年來，我國科學技術水平正在不斷提高，各種新型材料也在純堿生產中發揮著重要的作用，防腐技術也得到了相應的升級和優化。在純堿生產過程中，生產單位需要積極運用新興技術和設備，增強設備的防腐性能，為純堿生產打下堅實的基礎，保證純堿生產的質量。在實際運用的時候，相關單位可以對塔壁等進行防腐處理，采用具有防腐性能的材料涂抹表面。此外，可以使用鈦材管道，避免管道受到腐蝕作用。部分純堿設備制造企業還會在設備生產過程中適當地添加其它金屬，生產鑄鐵合金材質，這種材質具有非常強大的抗腐蝕性能。

5.結語

綜上所述，硫化物除鐵工藝技術的運用效果非常顯著，可以對設備進行有效的保護，避免其出現腐蝕問題，同時還能夠減少純堿產品中鐵的含有量，保證純堿產品的質量。在實際運用的時候，工作人員需要注意硫化氫氣體添加的科學性和合理性，保證硫分的穩定性，進而收獲更加顯著的除鐵效果。除此之外，國家有關部門和企業還應該加強對硫化物除鐵工藝技術的研究，不斷提高除鐵的效率和質量，為我國純堿生產行業的持續健康發展打下堅實的基礎。