純堿生產(chǎn)中的硫化物除鐵工藝技術(shù)探討

王賀瑞

(唐山三友氯堿有限責(zé)任公司，河北唐山063305)

0 引言

純堿即碳酸鈉，化學(xué)品純度多在99.5%以上。屬于鹽類，不屬于堿類，也被稱為堿灰或蘇打，屬于重要有機化工原料，在化學(xué)工業(yè)、輕工日化以及建材等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。同時其在酸類中和、生活洗滌以及食品加工等領(lǐng)域也有著不可忽視的作用，應(yīng)用價值較為突出。實施純堿生產(chǎn)時，可能會因為生產(chǎn)反應(yīng)而產(chǎn)生一定量的鐵，如果沒有及時對鐵展開消除處理，會對最終產(chǎn)品品質(zhì)產(chǎn)生直接影響，所以實施除鐵處理是極為重要的。

1 純堿生產(chǎn)方法

目前較為常見純堿生產(chǎn)方式主要有聯(lián)合制堿法、天然堿加工法以及氨堿法三種，其中氨堿法應(yīng)用規(guī)模相對較大，生產(chǎn)工藝有百年之久，不僅工藝技術(shù)較為成熟，且技術(shù)生產(chǎn)可靠性較為理想，深受廣大生產(chǎn)企業(yè)所認可。運用氨堿法實施純堿生產(chǎn)時，會按照生產(chǎn)目標(biāo)逐步展開鹽水精制、鹽水吸氨、碳化以及過濾等化工單元操作。所使用的原材料，以氨、石灰石以及食鹽等材料為主。

由于現(xiàn)代純堿生產(chǎn)所使用設(shè)備主要以碳鋼材質(zhì)以及鑄鐵材質(zhì)為主，在母液進入到設(shè)備之后，會和管道、設(shè)備產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)，形成腐蝕，產(chǎn)生鐵離子。所形成的鐵離子也會進入到母液內(nèi)，會在空氣作用下，形成三氧化二鐵，影響最終產(chǎn)品純度，所以需要在實施生產(chǎn)時，做好除鐵操作。

2 純堿生產(chǎn)中的硫化物除鐵工藝

母液除鐵常見硫化物添加劑，主要以硫化氫氣體、硫化鈉溶液兩種為主。

2.1 硫化氫氣體

(1)該添加劑添加位置主要分為二類：第一，母液吸氨完成后實施添加；第二，在二氧化碳壓縮機入口位置添加。運用硫化氫實施除鐵處理時，需要明確，因為氣體在水中無法實現(xiàn)完全電離狀態(tài)，所以可將硫化氫混合到二氧化碳氣體管線之中，通過將二氧化碳壓縮氣注入到系統(tǒng)中的方式，完成后續(xù)除鐵操作。整體處理過程較為簡單，但卻存在著幾個方面的問題：①二氧化碳的加入會使母液出現(xiàn)碳酸化狀況，鐵會和同時進入的H2S發(fā)生反應(yīng)生成FeS，在反應(yīng)過程中大量FeS會隨著重堿帶出，在經(jīng)過煅燒之后，會出現(xiàn)紅堿，導(dǎo)致純堿產(chǎn)品出現(xiàn)鐵含量過剩問題；②在管道以及設(shè)備中所存在的硫化物結(jié)晶沉淀處理難度較大，可能會造成管道堵塞，會對正常生產(chǎn)形成直接影響，這對于檢修工作開展而言是極為不利的。所以在系統(tǒng)中，需要對母液予以科學(xué)保護，應(yīng)保證金屬表面S2-濃度可以達到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求，并要做好二氧化碳內(nèi)H2S含量控制。

(2)因為硫化氫是弱電解質(zhì)，而水溶液中主要以H+、HS-離子為主，所以其會逐漸呈現(xiàn)出酸性，但其中的S2-離子數(shù)量是非常有限的。將氣體添加到母液中生成硫化氫水溶液，可通過對母液自身堿性特性的運用，實現(xiàn)對電離產(chǎn)生H+離子的中和，可對HS-離子生成S2-離子形成有效促進。

(3)例如通過對合成氨副產(chǎn)品硫化氫混合氣的運用，可將母液中的鐵離子以沉淀方式，經(jīng)由在澄清桶中的沉淀，直接排出到母液之外，可有效規(guī)避硫化物結(jié)晶堵塞管道問題。能夠在減少母液中鐵含量的同時，保證產(chǎn)品純度。

(4)將硫化氫在澄清桶前加入到母液中，可實現(xiàn)對生產(chǎn)成本的有效管控，防止固相硫化鈉中雜質(zhì)進入到系統(tǒng)之內(nèi)，可對產(chǎn)品質(zhì)量形成有效保護。在氣相充滿全部設(shè)備之后，會在設(shè)備內(nèi)部形成保護硫膜，能夠達到有效降低設(shè)備腐蝕問題發(fā)生可能性的目標(biāo)。目前該問題應(yīng)用還存在著一定問題：①硫化氫屬于危險性化學(xué)物品，具有一定毒性，爆炸下限在4.3%左右，可能會在使用時預(yù)埋下安全隱患；②運用合成氨副產(chǎn)品會使硫化氫含量出現(xiàn)變化，會對硫化處理效果形成影響；③因為硫化氫還原特性較為明顯，在與空氣接觸過程中會產(chǎn)生氧化反應(yīng)。此時會出現(xiàn)兩種情況，第一被氧化成單質(zhì)硫物質(zhì)，會使母液濁度出現(xiàn)增高狀況；第二，被氧化成硫酸根，最終生產(chǎn)產(chǎn)品中存在硫酸鹽。

(5)運用硫化氫氣體實施除鐵處理時，需要注意以下幾點：①氣體會對碳鋼管道形成嚴重腐蝕，對一些不銹鋼材質(zhì)，像鉻18鎳12鉬奧氏體不銹鋼管等腐蝕性較為理想，腐蝕率在0.1～0.4左右；②該氣體屬于高度危險物質(zhì)，所以在使用時需要格外小心，為防止出現(xiàn)氣體泄漏問題，需要在可能泄漏的地點安裝有毒氣體報警器，以便在氣體濃度達到相應(yīng)上限時，及時發(fā)出警報，通知有關(guān)部門展開處理，以防造成重大事故；③添加氨副產(chǎn)品時，需要對混合氣體內(nèi)混合氣流量以及H2S含量展開實時監(jiān)測，應(yīng)保證加硫量穩(wěn)定程度，防止因流量不穩(wěn)問題使得系統(tǒng)鐵指標(biāo)出現(xiàn)浮動；④保證設(shè)備、管道密閉性能，降低硫化氫和空氣之間接觸可能性，科學(xué)對硫酸鹽、單質(zhì)硫產(chǎn)生量展開控制。

2.2 硫化鈉溶液

(1)在加入硫化氫氣體，出現(xiàn)母液加硫運行不理想狀況時，此時會改用硫化鈉溶液，以防出現(xiàn)系統(tǒng)鐵指標(biāo)波動幅度較大的問題。在具體實施加硫處理時，會按照除鐵反應(yīng)需求，在市場中購買硫化鈉固體，并經(jīng)過溶解處理后形成硫化鈉溶液，逐步添加到母液之中。一般溶液添加位置多以母液吸氨后位置為主。硫化鈉溶液在母液中的作用機理和硫化氫加硫工藝路線基本相同，會通過反應(yīng)生成FeS等沉淀物，并經(jīng)由澄清桶將沉淀物質(zhì)排出。由于硫化鈉溶水特性較為明顯，可在水中達到完全電離出S2-離子的效果，所以需要做好加硫量控制，以求達到最佳除鐵目標(biāo)。

(2)添加硫化鈉溶液處理方式相對較為成熟，但在具體實施處理時還是存在著一些不足之處，需要引起足夠重視：①因為硫化鈉是由硫酸鈉處理之后得到的，在生產(chǎn)工藝影響之下，可能會因為溶液內(nèi)雜質(zhì)量過多的狀況，并不利于成品質(zhì)量；②液相硫化鈉的使用會受到液體作用空間的約束，無法完全在母液中得到運用，硫膜化反應(yīng)結(jié)果可能會出現(xiàn)與預(yù)期目標(biāo)存在差距的狀況；③在增加液體用量時，產(chǎn)品可控空間也會隨之縮小，當(dāng)硫化鈉添加到一定數(shù)量時，可能會出現(xiàn)多余硫化鈉進入到后續(xù)系統(tǒng)中的狀況，煅燒爐中的爐氣會包含大量二氧化硫以及硫化氫氣體，在系統(tǒng)中，硫化氫會處于持續(xù)性循環(huán)的狀態(tài)，會對純堿質(zhì)量產(chǎn)生直接影響；④在堿性環(huán)境中，硫化鈉溶液會釋放出一定量的硫化氫，不僅會使硫分受到影響，同時也可能會引發(fā)中毒問題，威脅生產(chǎn)人員生命安全。

(3)實施硫化鈉溶液除鐵處理工藝設(shè)計過程中，需要做好以下幾點：①硫化鈉會對碳鋼管道形成嚴重腐蝕，建議使用鉻18鎳12鉬奧氏體不銹鋼管材；②在對固相硫化鈉實施處理時，需要將固體物質(zhì)放入到大約60℃的蒸汽凝水內(nèi)，完成硫化鈉溶液制備；③硫化鈉含量大約為60%，在進行材料挑選時需要注意材料內(nèi)雜質(zhì)含量，盡量選擇雜質(zhì)含量較少物質(zhì)，以防雜質(zhì)對純堿生產(chǎn)形成阻礙；④在對硫化鈉中雜質(zhì)實施處理時，可通過沉積方式排除部分雜質(zhì)，做好硫化鈉溶液處理，操作人員可通過對帶錐形立式筒的運用，展開溶解處理，確保溶液中的雜質(zhì)可以從錐底順利排出，從而將雜質(zhì)所造成的影響控制在最低；⑤按照多批次依次添加的方式，連續(xù)性展開硫化鈉溶液添加，保證溶液和母液作用空間。

3 結(jié)語

通過本文對硫化物除鐵相關(guān)內(nèi)容的闡述，使我們對純堿生產(chǎn)中的硫化物除鐵方式有了更加清晰的認知。生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)明確，盡管硫化物除鐵工藝具有一定優(yōu)勢，但其在實際應(yīng)用時所存在的問題也是不可忽視的。企業(yè)以及有關(guān)研究機構(gòu)應(yīng)進一步加強對硫化物應(yīng)用方式的研究力度，應(yīng)通過反復(fù)試驗確定保證硫分穩(wěn)定性的方式方法，進而實現(xiàn)對除鐵效率的切實強化，確保硫化物除鐵工藝應(yīng)用可以進入到新的階段，可以為純堿生產(chǎn)做出更多的貢獻。