硝鹽聯產技術在元明粉生產中的應用

趙宏旭，劉 磊

（湖南高速鐵路職業技術學院，湖南衡陽 421002）

元明粉是重要的化工基礎原料，生產過程所消耗的能源較多。經過勘探當前湖南省衡陽境內巖鹽的儲量接近130億t。它的儲量是華南的第一名，質量純度是全國的第一名，是我國非常重要的化工原料基地。鹵水經過第一次處理后的精鹵成分主要是Na+、Cl-、SO2-，低溫析出鹽NaCl、高溫析出硝Na2SO4（俗稱元明粉），這是硝鹽聯產。然而在利用巖鹽制硝的過程中，產生的母液由于無法分離，只能外排。這樣的外排不僅造成資源浪費，還對環境造成了污染，當前我國提倡能源可持續發展。因此通過硝鹽聯產技術徹底解決在傳統制硝中母液污染問題。

1 元明粉的生產工藝概述

1.1 元明粉的生產發展現狀

元明粉的生產主要原料就是芒硝礦，當前我國已探明的芒硝總儲量在200億t左右，生產元明粉所用到的工藝有先進的硝鹽聯產工藝，五效蒸發技術工藝，六效真空蒸發工藝，鹽硝熱分離技術等。元明粉是最為基礎的一種化工原料，它被廣泛應用在合成洗滌劑、印染、玻璃和造紙等行業。同時還是醫藥食品添加劑的生產原料。近年來隨著可持續發展綠色環保意識加強，國家對企業的綠色生產節能減排進行重點研究，加強對環境污染控制。當前中國芒硝礦產主要集中在山西、新疆、青海、甘肅、內蒙古、四川、湖南和廣西等地區，中國西北地區占據天然的資源優勢，但人才和技術交通等方面存在著明顯不足，和其他地區相比競爭處于劣勢。占據地理和市場的中南華南地區，呈現著高速發展的特點。當前是資源節約型環境友好型社會，因此對元明粉的生產提出了更高的要求，要求走可持續綠色化的生產發展之路。

1.2 元明粉生產的主要工藝

傳統的生產工藝方式是逆流式外強制循環多效真空蒸發，得到的產品質量不穩定，含鹽量較高。生產過程中，含氯化鈉的高鹽母液要往外排放，不僅生產能耗很高，浪費大。噸產品耗200～400kg標煤。較先進的生產工藝方式是硝鹽聯產工藝。工藝原理與制鹽行業的鹽硝聯產工藝有較類似的流程，都是利用氯化鈉與硫酸鈉共飽和溶液在不同壓力、溫度下進行真空蒸發來獲取產品。較之傳統的生產工藝比較，由于不外排含鹽母液，產品的能耗已降低至噸產品耗150～200kg標煤。利用機械熱壓縮技術的硝鹽聯產工藝，對照制鹽行業的發展，研發出更節能環保的生產工藝方法。硝鹽聯產技術是當前化學工業的重大技術突破，這種技術和當前國內所使用的分離技術有很大的差異，它是專門針對硫酸鈉型食鹽鹵水真空制鹽提出的一種先進技術，優化新型鹽析蒸發結晶器的設計和大顆粒中性元明粉生產方法，這項技術對制硝工業而言，能推動制硝工藝的發展，它的原理是高溫鹽析蒸發析硝，低溫閃發制鹽，實現了制硝工業廢液的零排放，這是一種真正的可持續發展的生產方法。

1.3 傳統的元明粉生產工藝的危害

傳統的元明粉生產工藝中會產生對大氣嚴重的污染物硫酸鈉粉塵，在元明粉生產過程中產生的廢水主要是融化鍋、澄清罐里的清洗水和蒸發器的洗水，離心機的清洗水等。這些水源如果直接排放到外界，會造成嚴重的污染。在元明粉生產過程中，也會產生固體的廢棄物，主要是融化鍋和澄清罐內沉淀的泥沙石塊，這些固體廢棄物是隨原料芒硝來的，因此在這樣的情況下，元明粉生產要在提高資源回收率合理開發的基礎上走可持續發展的道路。硝鹽聯產技術就能夠克服傳統元明粉生產的污染和危害，實現生產的可持續發展，推動元明粉生產發展。

2 硝鹽聯產技術的說明

鹽硝聯產的主要產品是鹽（氯化鈉），副產品是元明粉（硫酸鈉），而硝鹽聯產的主要產品是元明粉（硫酸鈉），副產品是鹽（氯化鈉），工藝的理論基礎是硫酸鈉與氯化鈉共飽和溶液在壓力、溫度不同情況下析出晶體。

2.1 鹽析法除硝

這種方法是在進行真空制鹽生產的過程中，利用硫酸鈉石鹽鹵水工藝，但是當硫酸鈉溶液的濃度上升到5%以上時，利用鹽析法除硝就會嚴重地影響產品最終的質量。因此需要在形成的制鹽含硝母液中加入粉鹽進行攪拌，通過攪拌會讓含硝母液的溫度升高，從升高的母液中析出硫酸鈉，然后再做沉降，沉降之后，脫水分離出硫酸鈉，析硝后的鹽液再返回制鹽。但是這種方法在制作過程中屬于間歇性的操作，析出的硝質量極差，需要的勞動強度極大，生產效率低，只能在小規模的生產中應用。

2.2 蒸發法鹽硝分離

蒸發法的鹽硝分離是化工行業在使用硫酸型石鹽鹵水真空制鹽時所采用的一種技術。這項技術最早是在瑞士的蘇爾壽公司研發成功的，技術研發成功之后，在前南斯拉夫的拉茲鹽場投入到了生產中。20世紀90年代，我國先后從瑞士荷蘭德國等地引入了這項技術。但是由于該方法在使用過程中涉及工藝流程長投資設備大，因此整個方法在控制中非常的困難，元明粉的回收率也僅為80%。

2.3 熱法硝鹽分離方法

采取熱法硝鹽分離方法是我國首創的一種制硝方法，在國外沒有相關的應用。大部分因素是因為制鹽工藝熱法鹽硝分離對象有差異，制硝原料是以硫酸鈉為主，制鹽以氯化鈉為主要成分，兩者的主要成分不同，它們的母液組分也有很大區別，這些復雜的因素決定了化學工業中的硝鹽分離技術比國外存在的制鹽工藝鹽硝分離技術更復雜，它們的主要差異性如表1所示。

表1 制硝（Na2SO4）工業和制鹽（NaCl）工業使用技術的差異統計表

如表1所示：鹽析蒸發硝鹽熱分離工藝利用鹽析和蒸法同時進行，在專用的蒸發結晶器中，能夠實現高效的硝鹽分離，它和傳統制鹽工藝中的硝鹽分離技術相比有很大的區別，它的工藝流程較短，操作便捷，產品質量好，回收率高達95%以上。鹽析蒸發分離方法的路線主要是利用Na2SO4和NaCl 在三元水鹽下，它們兩者之間的溶解度是不同的，因此根據這個特點就設置了一個封閉的循環系統，在這個循環系統中能夠分離出硝和鹽。利用蒸發法，讓兩者在整個系統的兩個工序中分別以結晶的狀態分離出來，在鹽析蒸發制硝中，對于不斷進入的滯銷含鹽母液或者是高含鹽芒硝鹵水加入氯化鈉鹽漿。加入之后，保障整個系統在100℃下，在這個狀態中硫酸鈉屬于過飽和狀態，可以進行不斷蒸發，蒸發之后硫酸鈉的晶體就會分離出來，然后再利用硝漿離心分離成為成品硝。而硝漿分離后的母液繼續進入到程序中，利用散發的低溫分離出鹽，分離出鹽的溶液經過兩級預熱，再次循環到整個工序中實現了無污染零浪費。在這個時候閃發完鹽的清液能夠對富集的硫酸鈉進行繼續的鹽析工作。而在低溫散發制鹽中，經過高溫分離硝之后的氯化鈉飽和溶液，經過低溫散發進入了本工序，在這個過程中要讓整個設備的溫度保持在50℃下，這樣才能夠對氯化鈉飽和溶液進行低溫的散發。在50℃下，氯化鈉呈現穩定的晶體分離出，這就被稱為是低溫的分離鹽步驟。在分離鹽之后的硫酸鈉鹽析清液會循環到制硝的工序中繼續鹽析滯銷，而分離出來的結晶鹽漿經過一部分計算后會進入到鹽析蒸發制硝的步驟中作為鹽析用鹽的來源，另外大部分進行離心脫水干燥作為產品，離心后的鹽母液回到本工序，進行不斷循環。

這項技術最明顯特點就是分離鹽和分離硝在同一個工序中完成的，主要用到的關鍵技術就是找到兩者之間的相平衡參數點和蒸發速率控制，保障分離鹽蒸發過程中，硝結晶被分離出，而鹽結晶不被分離出，在這樣的步驟中，硝的回收率可高達95%以上，極大提高了產品的質量。同時利用高溫吸收的熱能散發實現了低溫的分離鹽。分離硝的工藝和閃發低溫分離鹽的工序產生的蒸汽能夠運用到循環液的預熱中，這樣讓整個過程中不會出現資源浪費，讓熱量得到充分的利用。這項技術所使用的鹽產品和鹽析法相比，更加的便捷，因為它不需要再過度加入粉鹽。利用相關設備對各工序反應液中Na2SO4和NaCl 的濃度進行檢測，有效保證整體工藝的生產。

該技術主要是根據氯化鈉和硫酸鈉溶液在不同的溫度下溶解度的差異性。在高溫的時候分離硝，在低溫的時候分離鹽，這樣有效地實現了資源的利用，還不會對環境造成污染。但是在做好處理的過程中，例如在制硝含鹽母液或高含鹽原料硝水中要對溫度，壓力和含量進行精確的把握，這樣才能夠在最合適的情況下加入一定含量的氯化鈉鹽漿做好高溫分離硝的工作，否則高溫分離硝就容易出現一定的誤差。而在經過析硝后的母液還需要降溫進入到分離鹽階段，這些階段中都要對含量進行精確把握，尤其是溫度和壓力兩方面，這樣才能夠最終實現鹽和硝的分離，得到最終的優質產品，在這個過程中，分離鹽和高溫蒸發分離硝都是在特制的制硝罐中完成的，這種制硝罐也有嚴格的要求。同時在操作過程中，利用蒸汽噴射泵回收產生二次蒸汽，能夠降低蒸汽的使用量，符合可持續發展的原則，提高整個系統的使用效率。

3 結束語

總之，元明粉作為一種重要的化工原料，隨著近年來在各行業內的廣泛應用，化工行業也加大對元明粉的研究發展。為了促進化工行業的發展，對當前硝鹽聯產技術在元明粉生產過程中的應用進行有效分析。在硝鹽聯產技術中，使用的是鹽析和蒸發共同進行的技術。在專用的蒸發結晶容器內實現了高效的分離，解決了元明粉在生產過程中存在含鹽過高的問題，最大限度地提升了芒硝資源的利用效率，符合可持續發展的要求，有效保護環境，對資源實現高效利用，不會產生過度污染。對整個湖南地區的元明粉生產制造企業的發展有積極的促進作用，對全國元明粉生產企業都有良好的帶動作用，能讓這些企業借鑒相關的生產方法，在元明粉生產過程中實現高效生產，生產出高質量的元明粉。