關(guān)于工業(yè)福美鈉合成及應(yīng)用工藝技術(shù)分析

田學(xué)浩

(寧夏天元錳業(yè)化工有限公司,寧夏 中衛(wèi) 755100)

1 概述

1.1 福美鈉的用途

作為高效重金屬捕集劑主要用于電解生產(chǎn)金屬錳前工段除去化合液中的金屬離子，如鎳、鉻、汞、銀，鉛，銅、鋅；廣泛用于污水處理行業(yè)，作為金屬沉淀劑、絮凝劑使用。在橡膠合成行業(yè)作為終止劑使用；在工業(yè)上還用作殺菌劑、橡膠制品的硫化促進劑及農(nóng)業(yè)殺蟲劑等；也作為殺菌劑福美雙、福美鐵、福美銨、福美鋅、福美鎳的中間體使用。

1.2 福美鈉合成

福美鈉合成機理：

H2O+(CH3)2NH+CS2+NaOH=C3H6NS2NaO2H2O

二甲胺與二硫化碳加成得到二甲基二硫代氨基甲酸，再與氫氧化鈉溶液成鹽而得。

福美鈉生產(chǎn)方法：

在反應(yīng)釜中加入水，在攪拌下投入定量的固堿(純度≥98.5%)，將堿溶液冷卻至一定溫度，然后向堿溶液中加入一定量的二甲胺，接著冷卻到一定溫度開始滴加二硫化碳，控制滴加速度來控制反應(yīng)溫度。當二硫化碳滴加完畢后，繼續(xù)反應(yīng)30min,然后進一步冷卻至一定溫度，加速福美鈉晶體形成和析出，然后經(jīng)離心處理，固液分離得到福美鈉固體。分離后的液體含有一定量的福美鈉，作為母液，循環(huán)加入堿、二甲胺、二硫化碳再合成高濃度的福美鈉溶液。

2 固體福美鈉合成工藝流程

福美鈉合成工藝見流程簡圖1。

圖1 福美鈉合成工藝流程簡圖

3 影響合成福美鈉的關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1 反應(yīng)溫度對合成福美鈉的收率的影響

(1)合成福美鈉的反應(yīng)溫度對收率有直接影響。合成福美鈉的反應(yīng)溫度對收率數(shù)據(jù)對比見表1。

表1 合成福美鈉的反應(yīng)溫度與收率*

注：表內(nèi)為生產(chǎn)上用3m3反應(yīng)釜的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，加料量固定。

(2) 嚴格控制向母液中加二甲胺、二硫化碳的溫度；一般加二甲胺時，將母液的溫度控制在15℃以下，滴加二硫化碳時，溫度控制在20℃以下。滴加二硫化碳時，通過調(diào)整反應(yīng)釜夾套冷量和控制滴加二硫化碳的速度，盡可能將溫度控制在20～30℃。

(3)二硫化碳滴加完畢后，為提高收率，將物料溫度降至8～12℃，有利于福美鈉在液相中結(jié)晶析出，提高轉(zhuǎn)化率。

(4)控制反應(yīng)溫度還有一個重要的原因，就是嚴格控制溶解在液相中的二甲胺、二硫化碳的量，防止揮發(fā)至氣相中。因為二甲胺在氣相，當?shù)渭佣蚧紩r，二甲胺與二硫化碳會發(fā)生激烈反應(yīng)直接生成二甲基二硫代氨基甲酸，該物質(zhì)呈泡沫狀，懸浮在物料表面。在生產(chǎn)上通過加水將該泡沫溶解即可。另一方面，氣相中二甲胺會進入尾氣系統(tǒng)。

3.2 投料比例

片堿、二甲胺、二硫化碳三種物料的加料比例按物質(zhì)的量比1∶1∶1投料。加入堿后母液中堿含量控制在12%～13%為宜，在實際生產(chǎn)中如溫度偏高，二甲胺加入量應(yīng)適當調(diào)高。該比例加入量是否合適，當反應(yīng)結(jié)束后，檢察物料中的胺味較淡、無二硫化碳的臭味，外觀成淡黃綠色，且物料中有明顯的白色結(jié)晶體表明合成反應(yīng)正常，加料比例正常。

3.3 母液中堿度與福美鈉濃度對福美鈉收率的影響

在合成福美鈉時，母液中有溶有一定量的未參與反應(yīng)的堿，通過實際生產(chǎn)經(jīng)驗對比分析，當母液中堿含量控制在3%～3.7%、福美鈉的濃度控制在48%～55%時(常溫下，密度在1.19～1.25g/mL)，循環(huán)加入片堿、二甲胺、二硫化碳，反應(yīng)合成福美鈉的收率相對較高。

3.4 福美鈉的品質(zhì)指標

福美鈉品質(zhì)高低的判斷主要有以幾個指標。

(a)福美鈉熔點；(b)福美鈉純度含量；(c)堿度；(d)水分；(e)殘留的二甲胺；(f)殘留的二硫化碳。

福美鈉在水處理行業(yè)或電解錳行業(yè)，使用福美鈉最主要的用途是用來絮凝沉降分離重金屬。而保證福美鈉穩(wěn)定的熔點120～122℃，是判斷福美鈉產(chǎn)品加入到含金屬離子的水溶液中，對金屬離子絮凝沉降捕捉能力大小的一個重要指標。熔點穩(wěn)定性與工藝水指標、福美鈉中殘留的堿含量高低有直接的關(guān)系。

福美鈉產(chǎn)品目前暫沒有發(fā)布國標，一般生產(chǎn)企業(yè)都普便采用碘法分析，固體福美鈉質(zhì)量要求為：SDD含量≥90%。

堿度在行業(yè)中沒有統(tǒng)一標準，普便采用福美鈉成品與蒸餾水按1∶10溶解后，用稀鹽酸分析其中堿含量，作為福美鈉的堿度指標。一般控制在0.5%以內(nèi)。

福美鈉水分，在行業(yè)中沒有統(tǒng)一標準，福美鈉產(chǎn)品中的水分有結(jié)晶水和游離水兩部分。結(jié)晶水，是因分子結(jié)構(gòu)。游離水是因其在生產(chǎn)工藝上采用的工藝不同，造成游離水含量不同。游離水含量一般控制在0.5%～3%。

福美鈉產(chǎn)品中殘留的二甲胺、二硫化碳行業(yè)沒用統(tǒng)一標準，不同的企業(yè)采用工藝流程不同，對產(chǎn)品中的二甲胺、二硫化碳殘留量不一樣。

3.5 電解錳裝置應(yīng)用液體福美鈉與固體福美鈉耗量對比分析

經(jīng)電解錳生產(chǎn)裝置實際生產(chǎn)統(tǒng)計數(shù)據(jù)結(jié)果見表4。

表4 實際生產(chǎn)統(tǒng)計數(shù)據(jù)結(jié)果

以上統(tǒng)計結(jié)果說明：

(1)使用同樣的固體福美鈉，現(xiàn)生產(chǎn)的固體福美鈉噸錳耗量較低；工藝水用除鹽水制成的福美鈉比用原水制成的福美鈉噸錳耗量較低。主要是隨存放時間的延長，福美鈉活性會下降；用除鹽水制成的福美鈉比原水制的活性要高一些。

(2)現(xiàn)生產(chǎn)的液體福美鈉比固體福美鈉噸錳耗量低。表明液體福美鈉的活性相對較固體較好。

5 合成福美鈉工藝技術(shù)說明

工業(yè)上生產(chǎn)福美鈉主要采取的工藝技術(shù)有以下幾種。

(1)反應(yīng)器。

(a)合成福美鈉的反應(yīng)器一般選用容積為1～10m3不等的夾套式攪拌反應(yīng)釜。

(b)攪拌電機可采用變頻電機，方便調(diào)整攪拌速度。

(2)凍卻系統(tǒng)。

一般采用成套制冷機組，制冷劑可選用氨水、乙二醇水溶液、乙烯、丙烯、溴化鋰等。工藝上采用閉路循環(huán)。

(3)工藝水的除理。

不同企業(yè)因生產(chǎn)的福美鈉品質(zhì)要求不等，對原料水處理程度要求不同。主要監(jiān)測指標有二氧化硅含量、電導(dǎo)率。

(4)高濃度液體福美鈉脫水處理技術(shù)，可采用的技術(shù)有。

(a)噴霧干燥；(b)離心脫水；(c)熱式高真空負壓閃蒸脫水后離心處理；(d)常壓(減壓)蒸餾脫氣后離心脫水工藝；(f)常壓(減壓)蒸餾脫氣后離心脫水工藝。

(5)溶堿工藝一般有三種方式。

(a)單釜定量溶堿；

(b)在儲槽中加入定量母液,加堿后通過分析母液與堿混合后的溶液中的堿含量，調(diào)整加入堿量；

(c)先溶解堿配制一定濃度的濃堿，然后按單釜定量加入。

(6)二甲胺、二硫化碳加入方式一般有兩種。

(a)采用管道上安裝浮子流量計進行計量加入；

(b)采用計量罐法進行計量加放。

(7)物料輸送一般有兩種。

(a)高濃度福美鈉和母液輸送可采用渣漿泵，二甲胺、二硫化碳輸送采用屏蔽泵；(b)物料輸送一般采用氮氣加壓用氣力輸送較合理。

6 幾點建議

(1)在電解錳行業(yè)，建議使用現(xiàn)生產(chǎn)的液體福美鈉，有利于降低生產(chǎn)成本。

(2)生產(chǎn)高品質(zhì)的福美鈉必須對系統(tǒng)中用的原水進行脫鹽處理，嚴格控制堿度，系統(tǒng)物料密閉循環(huán)。

(3)二甲胺、二硫化碳的加入，應(yīng)盡量采用計量罐。為防止二甲胺氣化，輸送管道和計量罐采取伴冷保冷措施。二硫化碳輸送管道采用伴熱(電伴熱或蒸汽伴熱)措施，防止冬季二硫化碳內(nèi)的水結(jié)冰堵塞管道。

(4)為防止夾套內(nèi)冷凍劑粘附器壁，確保反應(yīng)釜降溫效果良好，每釜在投料前須對反應(yīng)釜內(nèi)壁上粘附的福美鈉進行清洗，應(yīng)該采用0.2～0.3MPa工藝水進行沖洗，不可用蒸汽加熱溶解福美鈉進行反應(yīng)釜清洗。

(5)生產(chǎn)規(guī)模較大時福美鈉中的二甲胺、二硫化碳脫除建議采負壓真空精餾塔工藝技術(shù)。生產(chǎn)規(guī)模較小時，采用負壓蒸餾、結(jié)晶盤冷卻工藝技術(shù)或噴霧干燥技術(shù)。

(6)高濃度福美鈉與母液的輸送優(yōu)先采用氣力輸送方法，可有效防止物料結(jié)晶堵塞管道問題。