硝鹽聯(lián)產(chǎn)技術(shù)在元明粉生產(chǎn)中的應(yīng)用

趙宏旭，劉 磊

（湖南高速鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南衡陽 421002）

元明粉是重要的化工基礎(chǔ)原料，生產(chǎn)過程所消耗的能源較多。經(jīng)過勘探當(dāng)前湖南省衡陽境內(nèi)巖鹽的儲量接近130億t。它的儲量是華南的第一名，質(zhì)量純度是全國的第一名，是我國非常重要的化工原料基地。鹵水經(jīng)過第一次處理后的精鹵成分主要是Na+、Cl-、SO2-，低溫析出鹽NaCl、高溫析出硝Na2SO4（俗稱元明粉），這是硝鹽聯(lián)產(chǎn)。然而在利用巖鹽制硝的過程中，產(chǎn)生的母液由于無法分離，只能外排。這樣的外排不僅造成資源浪費，還對環(huán)境造成了污染，當(dāng)前我國提倡能源可持續(xù)發(fā)展。因此通過硝鹽聯(lián)產(chǎn)技術(shù)徹底解決在傳統(tǒng)制硝中母液污染問題。

1 元明粉的生產(chǎn)工藝概述

1.1 元明粉的生產(chǎn)發(fā)展現(xiàn)狀

元明粉的生產(chǎn)主要原料就是芒硝礦，當(dāng)前我國已探明的芒硝總儲量在200億t左右，生產(chǎn)元明粉所用到的工藝有先進的硝鹽聯(lián)產(chǎn)工藝，五效蒸發(fā)技術(shù)工藝，六效真空蒸發(fā)工藝，鹽硝熱分離技術(shù)等。元明粉是最為基礎(chǔ)的一種化工原料，它被廣泛應(yīng)用在合成洗滌劑、印染、玻璃和造紙等行業(yè)。同時還是醫(yī)藥食品添加劑的生產(chǎn)原料。近年來隨著可持續(xù)發(fā)展綠色環(huán)保意識加強，國家對企業(yè)的綠色生產(chǎn)節(jié)能減排進行重點研究，加強對環(huán)境污染控制。當(dāng)前中國芒硝礦產(chǎn)主要集中在山西、新疆、青海、甘肅、內(nèi)蒙古、四川、湖南和廣西等地區(qū)，中國西北地區(qū)占據(jù)天然的資源優(yōu)勢，但人才和技術(shù)交通等方面存在著明顯不足，和其他地區(qū)相比競爭處于劣勢。占據(jù)地理和市場的中南華南地區(qū)，呈現(xiàn)著高速發(fā)展的特點。當(dāng)前是資源節(jié)約型環(huán)境友好型社會，因此對元明粉的生產(chǎn)提出了更高的要求，要求走可持續(xù)綠色化的生產(chǎn)發(fā)展之路。

1.2 元明粉生產(chǎn)的主要工藝

傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝方式是逆流式外強制循環(huán)多效真空蒸發(fā)，得到的產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，含鹽量較高。生產(chǎn)過程中，含氯化鈉的高鹽母液要往外排放，不僅生產(chǎn)能耗很高，浪費大。噸產(chǎn)品耗200～400kg標(biāo)煤。較先進的生產(chǎn)工藝方式是硝鹽聯(lián)產(chǎn)工藝。工藝原理與制鹽行業(yè)的鹽硝聯(lián)產(chǎn)工藝有較類似的流程，都是利用氯化鈉與硫酸鈉共飽和溶液在不同壓力、溫度下進行真空蒸發(fā)來獲取產(chǎn)品。較之傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝比較，由于不外排含鹽母液，產(chǎn)品的能耗已降低至噸產(chǎn)品耗150～200kg標(biāo)煤。利用機械熱壓縮技術(shù)的硝鹽聯(lián)產(chǎn)工藝，對照制鹽行業(yè)的發(fā)展，研發(fā)出更節(jié)能環(huán)保的生產(chǎn)工藝方法。硝鹽聯(lián)產(chǎn)技術(shù)是當(dāng)前化學(xué)工業(yè)的重大技術(shù)突破，這種技術(shù)和當(dāng)前國內(nèi)所使用的分離技術(shù)有很大的差異，它是專門針對硫酸鈉型食鹽鹵水真空制鹽提出的一種先進技術(shù)，優(yōu)化新型鹽析蒸發(fā)結(jié)晶器的設(shè)計和大顆粒中性元明粉生產(chǎn)方法，這項技術(shù)對制硝工業(yè)而言，能推動制硝工藝的發(fā)展，它的原理是高溫鹽析蒸發(fā)析硝，低溫閃發(fā)制鹽，實現(xiàn)了制硝工業(yè)廢液的零排放，這是一種真正的可持續(xù)發(fā)展的生產(chǎn)方法。

1.3 傳統(tǒng)的元明粉生產(chǎn)工藝的危害

傳統(tǒng)的元明粉生產(chǎn)工藝中會產(chǎn)生對大氣嚴(yán)重的污染物硫酸鈉粉塵，在元明粉生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水主要是融化鍋、澄清罐里的清洗水和蒸發(fā)器的洗水，離心機的清洗水等。這些水源如果直接排放到外界，會造成嚴(yán)重的污染。在元明粉生產(chǎn)過程中，也會產(chǎn)生固體的廢棄物，主要是融化鍋和澄清罐內(nèi)沉淀的泥沙石塊，這些固體廢棄物是隨原料芒硝來的，因此在這樣的情況下，元明粉生產(chǎn)要在提高資源回收率合理開發(fā)的基礎(chǔ)上走可持續(xù)發(fā)展的道路。硝鹽聯(lián)產(chǎn)技術(shù)就能夠克服傳統(tǒng)元明粉生產(chǎn)的污染和危害，實現(xiàn)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展，推動元明粉生產(chǎn)發(fā)展。

2 硝鹽聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的說明

鹽硝聯(lián)產(chǎn)的主要產(chǎn)品是鹽（氯化鈉），副產(chǎn)品是元明粉（硫酸鈉），而硝鹽聯(lián)產(chǎn)的主要產(chǎn)品是元明粉（硫酸鈉），副產(chǎn)品是鹽（氯化鈉），工藝的理論基礎(chǔ)是硫酸鈉與氯化鈉共飽和溶液在壓力、溫度不同情況下析出晶體。

2.1 鹽析法除硝

這種方法是在進行真空制鹽生產(chǎn)的過程中，利用硫酸鈉石鹽鹵水工藝，但是當(dāng)硫酸鈉溶液的濃度上升到5%以上時，利用鹽析法除硝就會嚴(yán)重地影響產(chǎn)品最終的質(zhì)量。因此需要在形成的制鹽含硝母液中加入粉鹽進行攪拌，通過攪拌會讓含硝母液的溫度升高，從升高的母液中析出硫酸鈉，然后再做沉降，沉降之后，脫水分離出硫酸鈉，析硝后的鹽液再返回制鹽。但是這種方法在制作過程中屬于間歇性的操作，析出的硝質(zhì)量極差，需要的勞動強度極大，生產(chǎn)效率低，只能在小規(guī)模的生產(chǎn)中應(yīng)用。

2.2 蒸發(fā)法鹽硝分離

蒸發(fā)法的鹽硝分離是化工行業(yè)在使用硫酸型石鹽鹵水真空制鹽時所采用的一種技術(shù)。這項技術(shù)最早是在瑞士的蘇爾壽公司研發(fā)成功的，技術(shù)研發(fā)成功之后，在前南斯拉夫的拉茲鹽場投入到了生產(chǎn)中。20世紀(jì)90年代，我國先后從瑞士荷蘭德國等地引入了這項技術(shù)。但是由于該方法在使用過程中涉及工藝流程長投資設(shè)備大，因此整個方法在控制中非常的困難，元明粉的回收率也僅為80%。

2.3 熱法硝鹽分離方法

采取熱法硝鹽分離方法是我國首創(chuàng)的一種制硝方法，在國外沒有相關(guān)的應(yīng)用。大部分因素是因為制鹽工藝熱法鹽硝分離對象有差異，制硝原料是以硫酸鈉為主，制鹽以氯化鈉為主要成分，兩者的主要成分不同，它們的母液組分也有很大區(qū)別，這些復(fù)雜的因素決定了化學(xué)工業(yè)中的硝鹽分離技術(shù)比國外存在的制鹽工藝鹽硝分離技術(shù)更復(fù)雜，它們的主要差異性如表1所示。

表1 制硝（Na2SO4）工業(yè)和制鹽（NaCl）工業(yè)使用技術(shù)的差異統(tǒng)計表

如表1所示：鹽析蒸發(fā)硝鹽熱分離工藝?yán)名}析和蒸法同時進行，在專用的蒸發(fā)結(jié)晶器中，能夠?qū)崿F(xiàn)高效的硝鹽分離，它和傳統(tǒng)制鹽工藝中的硝鹽分離技術(shù)相比有很大的區(qū)別，它的工藝流程較短，操作便捷，產(chǎn)品質(zhì)量好，回收率高達95%以上。鹽析蒸發(fā)分離方法的路線主要是利用Na2SO4和NaCl 在三元水鹽下，它們兩者之間的溶解度是不同的，因此根據(jù)這個特點就設(shè)置了一個封閉的循環(huán)系統(tǒng)，在這個循環(huán)系統(tǒng)中能夠分離出硝和鹽。利用蒸發(fā)法，讓兩者在整個系統(tǒng)的兩個工序中分別以結(jié)晶的狀態(tài)分離出來，在鹽析蒸發(fā)制硝中，對于不斷進入的滯銷含鹽母液或者是高含鹽芒硝鹵水加入氯化鈉鹽漿。加入之后，保障整個系統(tǒng)在100℃下，在這個狀態(tài)中硫酸鈉屬于過飽和狀態(tài)，可以進行不斷蒸發(fā)，蒸發(fā)之后硫酸鈉的晶體就會分離出來，然后再利用硝漿離心分離成為成品硝。而硝漿分離后的母液繼續(xù)進入到程序中，利用散發(fā)的低溫分離出鹽，分離出鹽的溶液經(jīng)過兩級預(yù)熱，再次循環(huán)到整個工序中實現(xiàn)了無污染零浪費。在這個時候閃發(fā)完鹽的清液能夠?qū)Ω患牧蛩徕c進行繼續(xù)的鹽析工作。而在低溫散發(fā)制鹽中，經(jīng)過高溫分離硝之后的氯化鈉飽和溶液，經(jīng)過低溫散發(fā)進入了本工序，在這個過程中要讓整個設(shè)備的溫度保持在50℃下，這樣才能夠?qū)β然c飽和溶液進行低溫的散發(fā)。在50℃下，氯化鈉呈現(xiàn)穩(wěn)定的晶體分離出，這就被稱為是低溫的分離鹽步驟。在分離鹽之后的硫酸鈉鹽析清液會循環(huán)到制硝的工序中繼續(xù)鹽析滯銷，而分離出來的結(jié)晶鹽漿經(jīng)過一部分計算后會進入到鹽析蒸發(fā)制硝的步驟中作為鹽析用鹽的來源，另外大部分進行離心脫水干燥作為產(chǎn)品，離心后的鹽母液回到本工序，進行不斷循環(huán)。

這項技術(shù)最明顯特點就是分離鹽和分離硝在同一個工序中完成的，主要用到的關(guān)鍵技術(shù)就是找到兩者之間的相平衡參數(shù)點和蒸發(fā)速率控制，保障分離鹽蒸發(fā)過程中，硝結(jié)晶被分離出，而鹽結(jié)晶不被分離出，在這樣的步驟中，硝的回收率可高達95%以上，極大提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。同時利用高溫吸收的熱能散發(fā)實現(xiàn)了低溫的分離鹽。分離硝的工藝和閃發(fā)低溫分離鹽的工序產(chǎn)生的蒸汽能夠運用到循環(huán)液的預(yù)熱中，這樣讓整個過程中不會出現(xiàn)資源浪費，讓熱量得到充分的利用。這項技術(shù)所使用的鹽產(chǎn)品和鹽析法相比，更加的便捷，因為它不需要再過度加入粉鹽。利用相關(guān)設(shè)備對各工序反應(yīng)液中Na2SO4和NaCl 的濃度進行檢測，有效保證整體工藝的生產(chǎn)。

該技術(shù)主要是根據(jù)氯化鈉和硫酸鈉溶液在不同的溫度下溶解度的差異性。在高溫的時候分離硝，在低溫的時候分離鹽，這樣有效地實現(xiàn)了資源的利用，還不會對環(huán)境造成污染。但是在做好處理的過程中，例如在制硝含鹽母液或高含鹽原料硝水中要對溫度，壓力和含量進行精確的把握，這樣才能夠在最合適的情況下加入一定含量的氯化鈉鹽漿做好高溫分離硝的工作，否則高溫分離硝就容易出現(xiàn)一定的誤差。而在經(jīng)過析硝后的母液還需要降溫進入到分離鹽階段，這些階段中都要對含量進行精確把握，尤其是溫度和壓力兩方面，這樣才能夠最終實現(xiàn)鹽和硝的分離，得到最終的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，在這個過程中，分離鹽和高溫蒸發(fā)分離硝都是在特制的制硝罐中完成的，這種制硝罐也有嚴(yán)格的要求。同時在操作過程中，利用蒸汽噴射泵回收產(chǎn)生二次蒸汽，能夠降低蒸汽的使用量，符合可持續(xù)發(fā)展的原則，提高整個系統(tǒng)的使用效率。

3 結(jié)束語

總之，元明粉作為一種重要的化工原料，隨著近年來在各行業(yè)內(nèi)的廣泛應(yīng)用，化工行業(yè)也加大對元明粉的研究發(fā)展。為了促進化工行業(yè)的發(fā)展，對當(dāng)前硝鹽聯(lián)產(chǎn)技術(shù)在元明粉生產(chǎn)過程中的應(yīng)用進行有效分析。在硝鹽聯(lián)產(chǎn)技術(shù)中，使用的是鹽析和蒸發(fā)共同進行的技術(shù)。在專用的蒸發(fā)結(jié)晶容器內(nèi)實現(xiàn)了高效的分離，解決了元明粉在生產(chǎn)過程中存在含鹽過高的問題，最大限度地提升了芒硝資源的利用效率，符合可持續(xù)發(fā)展的要求，有效保護環(huán)境，對資源實現(xiàn)高效利用，不會產(chǎn)生過度污染。對整個湖南地區(qū)的元明粉生產(chǎn)制造企業(yè)的發(fā)展有積極的促進作用，對全國元明粉生產(chǎn)企業(yè)都有良好的帶動作用，能讓這些企業(yè)借鑒相關(guān)的生產(chǎn)方法，在元明粉生產(chǎn)過程中實現(xiàn)高效生產(chǎn)，生產(chǎn)出高質(zhì)量的元明粉。