分析純元明粉生產新工藝

張淑樣（南風集團技術中心，山西運城044000）

分析純元明粉生產新工藝

張淑樣
（南風集團技術中心，山西運城044000）

詳細地闡述了以元明粉生產過程中的半成品（即離心機分離的濕元明粉）90硝為原料，經過溶解、除鈣鎂、調pH、蒸發、分離、干燥等一系列工序，生產出符合《化學試劑無水硫酸鈉》GB/T9853—2008技術指標的分析純元明粉。主要中控參數:溶液pH為3～6，蒸發終點控制在母液中Ca2+質量濃度≤0.55g/L。該工藝生產分析純元明粉，具有工藝過程簡單，產品溶解性好、純度高、質量穩定，輔料廉價易得，生產成本小、利潤空間大等優點，值得在高純元明粉行業推廣應用。

分析純元明粉；控制pH；硫酸鈉

特種元明粉、藥用芒硝、元明粉深加工產品等一系列高附加值的元明粉終端產品的出現徹底改變了元明粉只能作為廉價基礎化工原料的傳統觀念［1-2］。據統計，特種元明粉在飼料、玻璃、醫藥等行業新增用量已達110萬t，預測到2018年，市場需求量會達到元明粉市場總量的20%［3］。分析純元明粉由于其特殊的用途，其應用領域正在不斷開拓，市場前景非常廣闊［4］。近幾年，分析純元明粉市場更是火爆，價格是普通元明粉的8～10倍，產品供不應求。目前國內市場容量約為3萬t/a，抓住市場經濟機遇，開發生產分析純元明粉意義重大。

1　實驗部分

1.1實驗原料

主要原料采用南風集團元明粉分公司生產的半成品90硝和軟化水，其次有工業硫酸、純堿等。

原料90硝質量指標見表1。軟化水指標見表2。

表1　原料90硝質量指標　%

表2　軟化水指標

1.2分析純元明粉執行標準

分析純元明粉質量執行國標《化學試劑無水硫酸鈉》GB/T 9853—2008標準。

1.3設備與儀器

燒杯、量筒、電動攪拌器、電爐、電子秤、真空抽濾裝置、烘箱等。

1.4分析與測試方法

產品所有指標均按GB/T 9853—2008標準執行。其中:主含量根據滴定法測定；水不溶物和灼燒失量按照重量法測定；氯化物、磷酸鹽、總氮量按照比色法測定；鈣、鐵、重金屬等微量元素按照原子吸收法測定。

2　實驗結果與討論

2.1原料全分析檢測結果與標準比較

取90硝原料進行全分析化驗，對比原料與指標的差別，檢測結果見表3。

表3　原料全分析檢測結果與標準對比

由分析對比結果看，原料除了pH、水不溶物、澄清度、氯化物、鈣離子5項指標不合格外（帶*號的），其余各項均達分析純元明粉指標，故實驗過程中產品一般情況下重點分析這幾項。由于分析純各項指標要求比較高，故選用南風集團元明粉分公司生產的半成品90硝為原料，雖已經過一次重結晶，但90硝中鈣離子、氯離子超標比較多，氯離子可采用洗滌達標，水不溶物、澄清度采用過濾也可達標，相對而言鈣離子不好處理，實驗中重點解決產品中鈣離子超標的問題。

2.2工藝路線的確定

分析純元明粉的生產工藝比較簡單，但由于其質量純度要求高，質量指標達12項之多，而且其中雜質離子指標要求全是10-6級，這就要求在生產過程中對雜質離子控制非常嚴格，尤其是鈣離子，它不同于其他一些可溶性的雜質離子，硫酸鈣是微溶物，據資料介紹，當溫度超過100℃，硫酸鈣幾乎不溶［5］，而且隨著溫度的升高，硫酸鈣會全部結晶到產品中，而元明粉的蒸發溫度全部超過100℃，本項目利用硫酸鈣在酸性環境中溶解度增大的特性，通過控制溶液的pH來解決這一難題，從而制備出高純度的分析純元明粉。

本著簡而精的工藝原則，制定了3條工藝路線進行實驗。

路線1:重結晶。工藝流程見圖1。

圖1　路線1工藝流程簡圖

根據路線1進行實驗，重結晶后產品:w（Ca2+）= 0.008%［標準w（Ca2+）≤0.002%］；w（Cl-）=0.014%［標準w（Cl-）≤0.001%］。

采用此工藝路線，由于只是簡單的重結晶過程，產品質量很差，Cl-可以通過洗滌來解決，而Ca2+質量分數是標準的4倍，嚴重超標，此工藝路線不可取。

路線2:先除雜，再重結晶。工藝流程見圖2。

圖2　路線2工藝流程簡圖

根據路線2進行實驗，實驗結果見表4。

表4　工藝路線2的實驗結果

加純堿除鈣，做了許多組實驗，摸索了許多條件，通過表4數據可以看出，Cl-通過用熱水淋洗原料，基本就可以達標；產品pH通過加硫酸，將溶液調為酸性即可達標；而Ca2+似乎無規律可循，即使純堿過量很多，溶液中Ca2+濃度大小似乎與產品中Ca2+含量不成比例。因為溶液中的鈣離子很微量，僅0.3～0.4 g/L，如果要想將鈣離子以沉淀形式除去，反應不但十分緩慢，而且極不完全，按反應最好的計算，除鈣率僅為40%左右，導致產品中的鈣含量很不穩定，產品的重現性也不好。前面加純堿除鈣，后面加酸調pH，勢必消耗過多的酸，而細比較實驗條件，可以看出產品的鈣含量多少好像與溶液的pH大小有關，從表4數據看，pH越低，產品中的鈣越少。受此啟發，筆者又重新制定了工藝路線。

路線3:不除鈣，僅控制溶液pH。工藝流程見圖3。

圖3　路線3工藝流程簡圖

根據路線3進行實驗，實驗結果見表5。

從表5數據可以看出，即使不加純堿除鈣，僅靠控制溶液的pH，產品中的鈣就可以達標，可見溶液的pH是一個很重要的控制參數。

表5　工藝路線3的實驗結果

比較以上3條工藝路線，路線3在不需要加過多的藥劑和工序的前提下，就可以解決產品鈣離子不達標的難題。故確定路線3作為生產分析純元明粉的較佳工藝路線。

2.3溶液pH范圍確定

從路線2和路線3實驗結果看，溶液的pH和產品中的鈣離子含量有一定的關系，即溶液的pH越低，產品中的鈣離子含量越小，但如果溶液的pH很低，勢必會對設備的材質提出過高的要求，故蒸發溶液需要選取一個合適的pH范圍，既能使產品鈣離子達標，又不損害設備。實驗結果見表6。

表6　溶液pH范圍的實驗結果

經過比較溶液的pH和產品中的鈣離子含量，最后確定溶液的pH為3.0～6.0，在此范圍內可生產出符合分析純指標的元明粉。

2.4蒸發終點母液中鈣離子含量確定

分析純元明粉的生產不同于普通元明粉，其產品質量指標要求比較高，尤其是一些微量離子，如果蒸發母液一直在系統中循環，各種雜離子就會富集起來，勢必造成產品不合格，但母液怎么排放，排多少，就需要有一個中控指標來控制。就以最難處理的鈣離子作為中控指標，不斷測取母液中的鈣離子濃度和產品中鈣含量做對比，以控制蒸發母液中鈣離子含量作為確定蒸發終點的指標。實驗結果見表7。

表7　蒸發終點母液中鈣離子濃度實驗結果

由此可見，即使控制了溶液的pH，但母液中的鈣離子達到一定濃度后，也會進入產品中，影響產品質量。通過實驗將蒸發終點母液中鈣離子質量濃度定為≤0.55 g/L。如母液中鈣離子質量濃度高于0.55 g/L，母液就必須排放，不能再在系統中循環。

2.5中控參數

1）90硝溶解后溶液密度為1.25～1.27 g/L，溶解溫度≥60℃；2）90硝水溶液過濾后溶液澄清度試驗≤3號；3）蒸發前90硝水溶液pH為3.0～6.0；4）蒸發母液中Ca2+質量濃度≤0.55 g/L。

2.6分析純元明粉產品全分析結果

表8為分析純元明粉產品全分析結果。

表8　分析純元明粉產品全分析結果

3　結論

以南風集團元明粉分公司生產的半成品90硝為原料，經過溶解、調pH、蒸發、分離、干燥等一系列工序，生產出符合GB/T 9853—2008技術指標的分析純元明粉。該工藝生產分析純元明粉，具有工藝過程簡單，產品溶解性好、純度高、質量穩定，輔料廉價易得，生產成本小、利潤空間大等優點，值得在高純元明粉行業推廣應用。

［1］張國紅.元明粉行業形勢分析［J］.鹽業與化工，2014（12）:1-4.

［2］原淑愛.大顆粒元明粉的制備研究［J］.無機鹽工業，2007，39（11）: 36-38.

［3］胡睿，衛高玠，裴榮雅.中國元明粉行業應該逐步實現錯位發展［J］.無機鹽工業，2015，47（7）:1-4.

［4］趙毅，劉云琴.關于生產精制元明粉的探討［J］.無機鹽工業，2005，37（12）:41-42.

［5］什謝也娃JI B.硫酸鈉的性質和制造［M］.山西:山西運城鹽化局，1988:59.

聯系方式：zhangsy70@126.com

Novel production process of analytical grade sodium sulfate

Zhang Shuyang
（Technique Center，Nafine Chemical Group，Yuncheng 044000，China）

The production of analytical grade sodium sulfate，which matches GB/T 9853—2008，by using 90%sodium sulfate （the semi-finished wet products collected from centrifuge）obtained from the general process as raw material has been presented.The procedures generally include dissolution，pH adjusting，evaporation，separation，and drying etc..The main central parameters are that the solution pH must be between 3～6，and the terminal control point in evaporation requires that the concentration of Ca2+ions within the mother liquor must be no more than 0.55 g/L.It is assumed that the as-prepared analytical grade sodium sulfate products are of high solubility，high purity，and stable quality.Moreover，the process is also of great advantages of simple，low cost，and high profit，which promise it expansive potentials.

analytical grade sodium sulfate；pH controlling；sodium sulfate

TQ420

A

1006-4990（2016）07-0048-03

2016-01-18

張淑樣（1970—），女，高級工程師，碩士，主要從事鹽湖鹵水、鎂鹽及無機化工產品的研究開發，已發表論文多篇。