純堿生產中的硫化物除鐵工藝技術探討

王賀瑞

(唐山三友氯堿有限責任公司，河北 唐山 063305)

0 引言

純堿即碳酸鈉，化學品純度多在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，在化學工業、輕工日化以及建材等領域有著廣泛應用。同時其在酸類中和、生活洗滌以及食品加工等領域也有著不可忽視的作用，應用價值較為突出。實施純堿生產時，可能會因為生產反應而產生一定量的鐵，如果沒有及時對鐵展開消除處理，會對最終產品品質產生直接影響，所以實施除鐵處理是極為重要的。

1 純堿生產方法

目前較為常見純堿生產方式主要有聯合制堿法、天然堿加工法以及氨堿法三種，其中氨堿法應用規模相對較大，生產工藝有百年之久，不僅工藝技術較為成熟，且技術生產可靠性較為理想，深受廣大生產企業所認可。運用氨堿法實施純堿生產時，會按照生產目標逐步展開鹽水精制、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。

由于現代純堿生產所使用設備主要以碳鋼材質以及鑄鐵材質為主，在母液進入到設備之后，會和管道、設備產生電化學反應，形成腐蝕，產生鐵離子。所形成的鐵離子也會進入到母液內，會在空氣作用下，形成三氧化二鐵，影響最終產品純度，所以需要在實施生產時，做好除鐵操作。

2 純堿生產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完全電離狀態，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中的方式，完成后續除鐵操作。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碳酸化狀況，鐵會和同時進入的H2S發生反應生成FeS，在反應過程中大量FeS會隨著重堿帶出，在經過煅燒之后，會出現紅堿，導致純堿產品出現鐵含量過剩問題；②在管道以及設備中所存在的硫化物結晶沉淀處理難度較大，可能會造成管道堵塞，會對正常生產形成直接影響，這對于檢修工作開展而言是極為不利的。所以在系統中，需要對母液予以科學保護，應保證金屬表面S2-濃度可以達到相應標準要求，并要做好二氧化碳內H2S含量控制。

(2)因為硫化氫是弱電解質，而水溶液中主要以H+、HS-離子為主，所以其會逐漸呈現出酸性，但其中的S2-離子數量是非常有限的。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，實現對電離產生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，經由在澄清桶中的沉淀，直接排出到母液之外，可有效規避硫化物結晶堵塞管道問題。能夠在減少母液中鐵含量的同時，保證產品純度。

(4)將硫化氫在澄清桶前加入到母液中，可實現對生產成本的有效管控，防止固相硫化鈉中雜質進入到系統之內，可對產品質量形成有效保護。在氣相充滿全部設備之后，會在設備內部形成保護硫膜，能夠達到有效降低設備腐蝕問題發生可能性的目標。目前該問題應用還存在著一定問題：①硫化氫屬于危險性化學物品，具有一定毒性，爆炸下限在4.3%左右，可能會在使用時預埋下安全隱患；②運用合成氨副產品會使硫化氫含量出現變化，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生氧化反應。此時會出現兩種情況，第一被氧化成單質硫物質，會使母液濁度出現增高狀況；第二，被氧化成硫酸根，最終生產產品中存在硫酸鹽。

(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，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，所以在使用時需要格外小心，為防止出現氣體泄漏問題，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上限時，及時發出警報，通知有關部門展開處理，以防造成重大事故；③添加氨副產品時，需要對混合氣體內混合氣流量以及H2S含量展開實時監測，應保證加硫量穩定程度，防止因流量不穩問題使得系統鐵指標出現浮動；④保證設備、管道密閉性能，降低硫化氫和空氣之間接觸可能性，科學對硫酸鹽、單質硫產生量展開控制。

2.2 硫化鈉溶液

(1)在加入硫化氫氣體，出現母液加硫運行不理想狀況時，此時會改用硫化鈉溶液，以防出現系統鐵指標波動幅度較大的問題。在具體實施加硫處理時，會按照除鐵反應需求，在市場中購買硫化鈉固體，并經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，會通過反應生成FeS等沉淀物，并經由澄清桶將沉淀物質排出。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。

(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，在生產工藝影響之下，可能會因為溶液內雜質量過多的狀況，并不利于成品質量；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，硫膜化反應結果可能會出現與預期目標存在差距的狀況；③在增加液體用量時，產品可控空間也會隨之縮小，當硫化鈉添加到一定數量時，可能會出現多余硫化鈉進入到后續系統中的狀況，煅燒爐中的爐氣會包含大量二氧化硫以及硫化氫氣體，在系統中，硫化氫會處于持續性循環的狀態，會對純堿質量產生直接影響；④在堿性環境中，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，同時也可能會引發中毒問題，威脅生產人員生命安全。

(3)實施硫化鈉溶液除鐵處理工藝設計過程中，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，需要將固體物質放入到大約60℃的蒸汽凝水內，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雜質含量，盡量選擇雜質含量較少物質，以防雜質對純堿生產形成阻礙；④在對硫化鈉中雜質實施處理時，可通過沉積方式排除部分雜質，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，確保溶液中的雜質可以從錐底順利排出，從而將雜質所造成的影響控制在最低；⑤按照多批次依次添加的方式，連續性展開硫化鈉溶液添加，保證溶液和母液作用空間。

3 結語

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