Способ получения сульфата натрия

Способ получения сульфата натрия

Реферат

Изобретение относится к области получения сульфата натрия, широко используемого в качестве сырья для производства стекла, целлюлозы, бумаги, синтетических моющих средств. Сульфат натрия используют в текстильной, кожевенной промышленности, в цветной металлургии и других отраслях.

Известен способ получения сульфата натрия [Л.В. Шихеева, В.В. Зырянов. Сульфат натрия. Свойства и производство. Л., «Химия», 1978 г., с.222-232] переработкой природного минерального сырья и отходов, образующихся в ряде химических производств (бихромата натрия, борной кислоты, вискозного волокна, капролактама и т.п.). Для получения товарного продукта проводят выделение сульфата натрия методом дробной кристаллизации, который заключается в кристаллизации сульфата натрия из водных пересыщенных растворов, в то время как сопутствующие примеси в частности хлориды, нитриты и нитраты металлов (NaCl, MgCl₂, CaCl₂, KCl, NaNO₃, NaNO₂ и др.) остаются в маточном растворе. Очищенный кристаллический сульфат натрия отфильтровывают, промывают водой от маточников, загрязненных примесями и сушат. Маточник, промывные воды, содержащие примеси и значительное количество растворенного сульфата натрия, концентрируют выпаркой и подвергают повторной кристаллизации сульфата натрия.

Недостатком рассматриваемого способа является сложное аппаратурное оформление технологического процесса для 2-4 ступеней кристаллизации и 1-3 ступеней выпарки (дистилляции), значительный расход энергии - электрической для работы мешалок кристаллизаторов и тепловой для работы выпарных аппаратов. Кроме того, данный способ очистки не исключает образование вторичных трудно утилизируемых отходов, состав которых определяется составом примесей в исходном сыром сульфате натрия.

Общая практика производства ряда органических веществ при нитровании или нитрозировании в среде серной кислоты при избытке азотной или азотистой кислоты после выделения конечных продуктов требует нейтрализации и утилизации сернокислотных сред, в результате которых может образоваться водный раствор сульфата натрия с примесями нитрита и нитрата натрия [Л.В. Шихеева, В.В. Зырянов. Сульфат натрия. Свойства и производство. Л., «Химия», 1978 г., с.232]. Сульфат натрия с примесями этих веществ не может быть использован в производстве стекла, целлюлозы, бумаги, синтетических моющих средств, поэтому для получения товарного продукта требуется его очистка от натриевых солей азотной и азотистых кислот.

Задача предлагаемого изобретения - получение товарного сульфата натрия из вторичного сырья путем очистки от примеси нитрата и нитрита натрия.

Для решения поставленной задачи предлагается способ получения товарного сульфата натрия из его водного раствора, содержащего примеси нитрата и нитрита натрия. К водному раствору сульфата натрия добавляют карбамид и бисульфат натрия при мольном соотношении карбамид:бисульфат натрия:сумма нитрата и нитрита натрия 0,5:1,0:1,0 или серную кислоту при мольном соотношении карбамид:серная кислота:сумма нитрата и нитрита натрия 0,5:0,5:1,0, раствор доводят до кипения, отгоняют воду до температуры реакционной массы 125°С, остаток, содержащий 75-85% сульфата натрия, выдерживают в течение не менее 15 мин при 140-200°C.

Выпарка растворов с последующей сушкой сульфата натрия при температуре 140-200°С приводит к совместному разложению нитрит - нитратных анионных компонентов и карбамида с образованием азота, паров воды, диоксида углерода.

Указанные мольные соотношения эквивалентны следующим массовым соотношениям: на 1 кг нитрата натрия, содержащегося в сульфате натрия, должно быть добавлено 1,4 кг бисульфата натрия и 0,35 кг карбамида. На 1 кг нитрита натрия должно быть добавлено 1,75 кг бисульфата натрия и 0,43 кг карбамида. Вместо 1 кг бисульфата натрия в раствор нейтрального сульфата натрия можно добавить 0,44 кг 92% серной кислоты.

Получение товарного сульфата натрия проводят следующим образом. В 20-30% водный раствор сульфата натрия, содержащий в качестве примесей нитрит, нитрат натрия или их смесь в количестве 10%, при перемешивании добавляют бисульфат натрия и карбамид в количестве, обеспечивающем вышеприведенные соотношения. Вместо бисульфита натрия возможно применение серной кислоты. 1 моль бисульфата натрия эквивалентен 0,5 моль серной кислоты. Смесь доводят до кипения, отгоняют воду до температуры реакционной массы 125°С. Остаток, содержащий 75-85% сульфата натрия, выдерживают в течение не менее 15 мин при 140-200°С. После этого смесь охлаждают и анализируют на остаточное содержание нитрата и нитрита натрия титрометрическим и спектрофотометрическим методами анализа.

Пример 1.

В круглодонную колбу объемом 0,5 литра помещают 20-30% водный раствор сульфата натрия, содержащий до 10% нитрита или нитрата натрия, или их смеси. В раствор добавляют карбамид и бисульфат натрия в мольном соотношении сумма нитрата и нитрита натрия:бисульфит натрия:карбамид 1:1:0,5.

Раствор нагревают до кипения, отгоняют воду до температуры реакционной массы 125°С. Горячую суспензию переносят в фарфоровую чашку и греют в сушильном шкафу при температуре 140-200°С не менее 15 мин. Затем содержимое чашки охлаждают, измельчают и анализируют на остаточное содержание нитрита (нитрата) натрия титрометрическим и спектрофотометрическим методом.

Пример 2.

В круглодонную колбу объемом 0,5 л помещают 20-30% водный раствор сульфата натрия, содержащий до 10% нитрита или нитрата натрия, или их смеси. В раствор добавляют карбамид и серную кислоту в мольном соотношении сумма нитрата и нитрита натрия:серная кислота:карбамид 1:0,5:0,5.

Раствор нагревают до кипения, отгоняют воду до температуры реакционной массы 125°С. Горячую суспензию переносят в фарфоровую чашку и греют в сушильном шкафу при температуре 140-200°С не менее 15 минут. Затем содержимое чашки охлаждают, измельчают и анализируют на остаточное содержание нитрита (нитрата) натрия титрометрическим и спектрофотометрическим методом.

Результаты опытов по получению сульфата натрия приведены в таблице 1.

Предлагаемый способ обеспечивает получение товарного сульфата натрия, в котором суммарное содержание нитрита и нитрата натрия менее 0,5%.

Таблица.
Способ получения товарного сульфата натрия.
№ опыта	Состав водного раствора сульфата натрия, г (моль)	Реагенты, вводимые в раствор водного раствора сульфата натрия, г (моль)	Условия опыта	Содержание примесей в очищенном сухом сульфате натрия, масс.%
Сульфат натрия	Нитрат натрия	Нитрит натрия	карбамид	бисульфат натрия	Серная кислота (92%)	Тем-pa,°С	Время, мин	Нитрат натрия	Нитрит натрия	Карбамид
1	250	15,3	0	5,4	21,6	0	160	15	0,2	отс.	отс.
(1,76)	(0,18)	(0,09)	(0,18)
2	250	15,3	0	5,4	0	9,6	160	15	0,19	отс.	отс.
(1,76)	(0,18)	(0,09)	(0,09)
3	280	12,8	5.5	6,9	27,6	0	140	20	0,22	≤0,1	отс.
(1,97)	(0,15)	(0,08)	(0,115)	(0,23)
4	280	12,8	5.5	6,9	0	12,25	140	20	0,22	≤0,1	отс.
(1,97)	(0,15)	(0,08)	(0,115)	(0,115)
5	220	12	5.0	6,6	25,6	0	200	15	≤0,1	отс.	отс.
(1,55)	(0,14)	(0,073)	(0,11)	(0,213)
6	220	12	5.0	6,6	0	11,7	200	15	≤0,1	отс.	отс.
(1,55)	(0,14)	(0,073)	(0,11)	(0,11)
7	235	0	5,0	2,22	8,76	0	170	18	отс.	отс.	отс.
(1,65)	(0,073)	(0,037)	(0,073)
8	235	0	5,0	2,22	0	3,94	170	18	отс.	отс.	отс.
(1,65)	(0,073)	(0,037)	(0,037)

Способ получения сульфата натрия, отличающийся тем, что в водный раствор сульфата натрия, содержащий примеси нитрата и нитрита натрия, добавляют карбамид и бисульфат натрия при мольном соотношении карбамид:бисульфат натрия:сумма нитрата и нитрита натрия 0,5:1,0:1,0 или серную кислоту при мольном соотношении карбамид:серная кислота:сумма нитрата и нитрита натрия 0,5:0,5:1,0, раствор доводят до кипения, воду выпаривают до температуры реакционной массы 125°С, остаток сушат при температуре 140-200°С в течение не менее 15 мин.