采用溶液提取法制备纯碱制造技术

溶液提取法从天然碳酸氢钠矿物源中制备纯碱的方法包括：（ａ）用氢氧化钠水溶液作溶剂与含碳酸氢钠地下沉积层接触，生成水溶液；（ｂ）从矿物沉积层至少抽取一部分生成水溶液；（ｃ）选择地用碳酸钠源来增浓上水溶液；（ｄ）选择地过滤该水溶液除去夹带固体和不溶物质；（ｅ）通过蒸发水连续结晶碳酸钠—水合物产生结晶浆料；（ｆ）从结晶器工序用移出一部分结晶浆料并用离心装置从水溶液中分离出结晶的碳酸钠—水合物和干燥这碳酸钠—水合物。（*该技术在2006年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
全世界工业规模制造纯碱一般是采用苏尔维氨-碱法，若在含NaHCO3矿的天然沉积层存在下，一般从这些矿能够回收就比从苏尔维法制备来得便宜。例如美国绝大部分纯碱是从地下沉积层的碳酸钠石矿，即天然存在的二碳酸氢三钠（Na2CO3NaHCO3·2H2O）形式来提供的。碳酸钠石矿一般采用传统的干采提取法从它的地下沉积层中回收的。然后干采的粗天然碱碳酸钠石可采用二碳酸氢三钠法通过二碳酸氢三钠的结晶，或最好采用一水合物法通过碳酸钠一水合物的结晶精制成纯碱。与从天然矿石资源生产纯碱有关的成本效益使得它与苏尔维法生产的纯碱相竞争越来越显示出优越性。含有NaHCO3的天然矿石的地下沉积层采用溶液提取法以纯碱形式进行回收，甚至比使用传统的干采提取法更为有效。本专利技术的溶液提取法优点是特别适合把含NaHCO3地下天然矿如碳酸钠石有效地加工成高级的纯碱产品而且无通常伴随矿石存在的杂质。根据本专利技术，从含NaHCO3的天然矿石资源中来制备纯碱所采用的溶液提取法包括如下步骤：（a）用0.5～15%（重量）的NaOH水溶液溶剂来接触含NaHCO3矿的地下沉积层，使至少一部分矿石，溶解成碳酸钠形式，从而生成含Na2CO3的水溶液;（b）从地下矿沉积物区域至少抽取一部分含Na2CO3的生成物水溶液;-->（c）可选择地加入Na2CO3-源来增浓此溶液以便得到含Na2CO3至少为25%重量的一种更浓的碳酸纳水溶液;（d）可选择地过滤该碳酸钠水溶液来除去夹带固体和不溶物质;（e）把该碳酸钠水溶液加入结晶器工序来连续结晶碳酸钠一水合物，在结晶器工序中水在35℃到109℃的温度下被蒸发产生一种结晶浆料;（f）从结晶器工序中移出一部分结晶浆料，并采用以下几步来分离结晶的碳酸钠一水合物与结晶浆料的水溶液;（ⅰ）在第一级水力旋流器中浓缩移出来的结晶浆料;（ⅱ）使用作为结晶器进料的碳酸钠水溶液来稀释上述浓缩的结晶浆料;（ⅲ）在第二级水力旋流器内浓缩稀释过的结晶浆料;接着（ⅳ）在离心机中把浓缩的结晶浆料进行脱水来分离结晶固体与含水母液;接着（g）在100°到175℃的温度下干燥上述离心过的碳酸钠一水合物产生含Na2CO3至少为95%（重量）的一种基本上干燥的纯碱。在本专利技术的工艺流程中所使用的含NaHCO3矿的地下资源可以是碳酸钠石，碳酸氢钠石（Na2CO3·3NaHCO3），天然小苏打（NaHCO3）或者这些矿物的混合物，这些矿物可以以自然形态存在。含Na2CO3矿的地下资源是就地用氢氧化钠水溶液溶剂处理的。借助一口井或多口井使用常用的溶液提取法把氢氧化钠水溶液溶剂按照要求导入地下矿沉积物区域。一种单个溶液提取井一般具有注入管和抽出管。也可以使用单独的注入和抽出井，它们间隔距离是大约从50到500米。这些井通过矿物层形成的地下断裂缝相互连通，通过这些断-->裂缝氢氧化钠水溶液溶剂可以流过。作溶剂的氢氧化钠溶液含NaOH是从0.5到15%（重量），对于如天然小苏打矿那样的NaHCO3含量高的矿，最好采用8-15%（重量）NaOH含量较高的氢氧化钠溶液。对主要是碳酸钠石的矿物资源，氢氧化钠浓度最好是大约从2到8%NaOH。对于也含碳酸钠的含NaHCO3的矿石资源如碳酸钠石，作溶剂的氢氧化钠水溶液应该有足够的浓度，以便在矿物中即对NaHCO3又对Na2CO3提供相同的溶解，要避免不相同的溶解。因为碳酸钠为溶剂率先溶解时，未被溶解的碳酸氢钠留下来对可溶解矿物部分的进一步溶解可能起着直接的阻挡层作用。对于碳酸钠石矿，最好使用2到8%（重量）NaOH浓度，一般可以获得相同的溶解。氢氧化钠水溶液的温度不是严格的，其温度范围可以从环境温度到溶剂的沸点。溶剂温度最佳是从30°到60℃。作溶剂的氢氧化钠水溶液与含NaHCO的地下矿保持接触需要足够的时间，以便使至少部分矿物溶解成碳酸钠形式从而生成碳酸钠溶液。当含NaHCO3矿是碳酸钠石矿时，可认为作溶剂的氢氧化钠水溶液是按照下列反应使矿物中可溶部分溶解的（例如二碳酸氢三钠）：在提取矿物的溶液中，至少部分生成的提取溶液即碳酸钠水溶液通过抽取井抽出。很显然，回收的提取溶液的量和速率等于注入溶剂的量和速率需维持连续操作是不可能的。可以估计注入的溶剂大约有1/10的在溶解的矿石留下的矿穴中留下，因为这些溶液要替代为抽出的提取溶液所溶解的矿物。抽出的提取液的碳酸钠浓度取决于许多因素。滞留时间即氢氧化-->钠水溶液溶剂浸渍到溶解矿物的表面的周期是特别重要的。当矿石沉积物区域的孔洞大小增大时，溶剂的滞留时间也会增加（假若溶剂注入的速度保持不变）。溶剂中的氢氧化钠的浓度和溶剂的温度对溶解速度有影响，因而对抽出的提取溶液的Na2CO3浓度有影响。从地下矿物沉积区抽出的含Na2CO3水溶液要求含Na2CO3至少20%（重量），而以至少含25%（重量）为最好。抽出的碳酸钠水溶液可选择地用Na2CO3-源根据需要来增浓以便得到一种较浓的碳酸钠水溶液直到达到饱和浓度。Na2CO3-源可以是浓的或饱和的碳酸钠溶液，也可以是含Na2CO3矿物，如煅烧的碳酸钠石。要求高的碳酸钠含量是为了在下一结晶工序中必须蒸发的水量减到最小。抽出的碳酸钠水溶液有选择地进行过滤，在进入结晶工序之前如在精滤操作中除去任何夹带固体和其他不溶物质。在结晶器工序中以连续操作方式从抽出的碳酸钠溶液进行碳酸钠一水合物的结晶，在35℃到大约109℃下蒸发水份。结晶温度最好保持在50-109℃之间。在碳酸钠一水合物结晶期间结晶浆料中的固体浓度最好是保持在20-50%（重量）固体，而在30-40%（重量）固体之间则更好。碳酸钠一水合物的连续结晶是希望在一种多效结晶器内，在以上规定的温度范围内进行，另外，也可以用单效结晶器代替，例如使用机械或热蒸汽再次压缩的方式，在大约85℃到109℃下操作。通过某一工序在结晶浆料中来分离结晶的碳酸钠一水合物与含水母液结果就得到一种比较纯的固体的结晶产品，无来自矿源的污染，该来自矿物源杂质通常会在结晶浆料的水溶液中浓集。本专利技术晶体回收工序所具有的优点是使洗涤水减到最小，该洗涤水会溶解希望得到固体产物和减少结晶产品得率。该工序也使加入系统的稀释洗涤水趋向最小，避免蒸发这些洗涤水，也节省了纯水的供-->应，特别当纯水缺少来源时，这是很重要的。在此过程中，从结晶器工序移去一部分结晶浆料，该结晶浆料一般含30-40%（重量）的固体，并引入到第一级水力旋流器作进一步浓缩。该旋流器产生一种浓的浆料流例如含固体50%（重量），和一种不含固体的液流。这种液流是从结晶器来的单纯水溶液，一般含有有机和无机杂质（如NaCl，Na2SO4），其中杂质浓度比在输入结晶器工序的碳酸钠水溶液中存在的杂质浓度高得多。第一级水力旋流器来的液流可以返回到结晶器工序中以便回收它的残留的碱量。为了控制结晶浆料中有机和无机杂质的积累，使它低于对碳酸钠一水合物结晶固体起不利影响的水平，应该从结晶器的结晶浆料中清除一部份溶液，采用分引一部水溶液（母液）方法来比较方便地实现这种情况，该水溶液是从第一级水力旋流器中获得的（而其他的水溶液返回到结晶器工序中）并单纯地作为一种清除液排放掉，或在氢氧化钠提取溶剂再生中使用它作为一种水溶液。这种清除有效地保持了在含NaHCO3矿资源中原来存在的可接受的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过溶液提取含ＮａＨＣＯ↓〔３〕自然矿物资源来制备纯碱的工艺方法，该方法包括：（ａ）用０．５～１５％（重量）ＮａＯＨ水溶液作溶剂与含ＮａＨＣＯ↓〔３〕矿的地下沉积层相接触使至少一部分矿石溶解成碳酸钠从而生成含Ｎａ↓〔２〕ＣＯ↓〔３〕 的水溶液；（ｂ）从地下矿沉积物区域至少抽取一部分含Ｎａ↓〔２〕ＣＯ↓〔３〕的水溶液；（ｃ）可选择地添加Ｎａ↓〔２〕ＣＯ↓〔３〕来增浓这水溶液以便得到含Ｎａ↓〔２〕ＣＯ↓〔３〕至少为２５重量％的一种更浓的碳酸钠水溶液；（ｄ）可选择 地过滤该碳酸钠水溶液来除去夹带的固体和不溶物质；（ｅ）把该碳酸钠水溶液加入结晶器工序，在３５°到１０９℃的温度下蒸发水份，得到一种结晶浆料的方法来连续结晶碳酸钠一水合物；（ｆ）从结晶器工序中移出一部分结晶浆料，并采用以下几步从结晶浆 料的水溶液中分离出结晶的碳酸钠一水合物；（ｉ）在第一级水力旋流器中，浓缩移出来的结晶浆料；（ｉｉ）使用作为结晶器进料的碳酸钠水溶液来稀释上述浓缩的结晶浆料；（ｉｉｉ）在第二级水力旋流器内浓缩稀释过的结晶浆料；接着（ｉｖ）在离 心机中把浓缩的结晶浆进行脱水使结晶固体与含水母液分离；接着（ｇ）在１００°到１７５℃的温度下干燥上述离心所得的碳酸钠一水合物，得到含Ｎａ↓〔２〕ＣＯ↓〔３〕至少为９５％（重量）的一种基本干燥的纯碱。...

【技术特征摘要】
1、一种通过溶液提取含NaHCO3自然矿物资源来制备纯碱的工艺方法，该方法包括：(a)用0.5～15%(重量)NaOH水溶液作溶剂与含NaHCO3矿的地下沉积层相接触使至少一部分矿石溶解成碳酸钠从而生成含Na2CO3的水溶液；(b)从地下矿沉积物区域至少抽取一部分含Na2CO3的水溶液；(c)可选择地添加Na2CO3来增浓这水溶液以便得到含Na2CO3至少为25重量%的一种更浓的碳酸钠水溶液；(d)可选择地过滤该碳酸钠水溶液来除去夹带的固体和不溶物质；(e)把该碳酸钠水溶液加入结晶器工序，在35°到109℃的温度下蒸发水份，得到一种结晶浆料的方法来连续结晶碳酸钠一水合物；(f)从结晶器工序中移出一部分结晶浆料，并采用以下几步从结晶浆料的水溶液中分离出结晶的碳酸钠一水合物；(i)在第一级水力旋流器中，浓缩移出来的结晶浆料；(ii)使用作为结晶器进料的碳酸钠水溶液来稀释上述浓缩的结晶浆料；(iii)在第二级水力旋流器内浓缩稀释过的结晶浆料；接着(iv)在离心机中把浓缩的结晶浆进行脱水使结晶固体与含水母液分离；接着(g)在100°到175℃的温度下干燥上述离心所得的碳酸钠一水合物，得到含Na2CO3至少为95%(重量)的一种基本干燥的纯碱。2、根据权利要求1所述的方法，其中含Na2HCO3矿是碳酸钠石、碳酸氢钠石、天然小苏打或它们的...

【专利技术属性】
技术研发人员：亨利A普费夫，弗朗西斯劳赫，威廉克拉克科普哈夫，
申请(专利权)人：FMC公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]