從復分解法生產碳酸氫鈉的母液中回收氯化銨的新工藝

王迪 劉仲明 沈振雄 王汝 李興(浙江閏土股份有限公司，浙江 紹興 312300)

0 引言

碳酸氫鈉，又稱小蘇打，是一種常見的化學品。在化工、農業、食品助劑領域有著應用的廣泛。用氯化鈉溶液與碳酸氫銨復分解法生產碳酸氫鈉是一種較為成熟的工藝，有著原料來源廣泛，生產成本低，工藝流程簡單等優點，同時生成的氯化銨可作為副產物出售。目前氯化銨的回收通常采用冷凍法，將分離碳酸氫鈉之后的母液直接冷卻，以便析出氯化銨。該方法不僅氯化銨的回收率不高，且純度偏低。

本文將改用蒸發法，先鹽酸中和除去母液中殘留的碳酸氫銨和碳酸氫鈉，使母液中的成分變成氯化鈉和氯化銨兩種鹽，然后濃縮蒸餾，分離兩種鹽來達到回收氯化銨的目的。

1 實驗流程

飽和氯化鈉溶液與碳酸氫銨復分解法生產小蘇打后的母液中，除了含有大量的氯化銨外，還有少量殘留的氯化鈉、碳酸氫鈉和碳酸氫銨，用鹽酸將母液pH調至5～5.5，使其中的碳酸氫鈉和碳酸氫銨轉化成氯化鈉和氯化銨，中和后的母液成分如表1。

表1 母液成分

1.1 分離混鹽

氯化鈉與氯化氨的溶解度曲線如圖1。由圖1可知，氯化鈉的溶解度隨溫度變化較為穩定，而氯化銨則變化幅度較大，可根據兩者在溶解度上的差別，高溫分離出氯化鈉，低溫冷析分離出氯化銨。

取混鹽溶液500g，減壓蒸餾。分離鹽餅時采用80℃熱過濾和20℃冷析過濾兩種方式，作為對比。分離后的鹽餅經干燥粉碎稱重后取樣檢測成分。在多個濃縮比例下進行分離，以便得到最佳濃縮比例。

實驗數據如表2、表3所示。

通過實驗數據可知，在氯化銨占混鹽質量80%的條件下，熱分離不能將氯化鈉單獨分離出來，在分離出來的鹽餅中，氯化銨還是占絕大部分。而冷析分離可以得到高純度的氯化銨，原因是在冷析過程中，隨著大量氯化銨低溫析出，之前析出的氯化鈉重新溶解回溶液中，從而提高了氯化銨的純度。因此將表3中的條件3視為分離氯化銨的最佳條件。二級蒸餾分離氯化鈉一級蒸餾分離氯化銨后，母液中的成分如表4所示。

經過一級蒸餾后，母液中的氯化鈉占混鹽質量比大幅提升，由原溶液的17.11%升至36.13%。在此比例下，可通過蒸餾分離純度較高的氯化鈉。

取分離氯化銨后的母液500g，進行減壓蒸餾，以冷凝水的質量來判斷濃縮倍數，用80℃熱過濾進行分離，得到的鹽餅經干燥、粉碎后，稱重，并分析其成分，進行多個濃縮比例條件，以便得到最佳濃縮比例。實驗結果如表5所示。

圖1 氯化鈉與氯化氨的溶解度曲線(g/100g)

表2 熱過濾混鹽分離數據匯總

表3 冷析過濾混鹽分離數據匯總

表4 一級蒸餾后的母液成分

表5 二級濃縮蒸餾實驗結果匯總

通過本輪實驗可知，在表4所述的混鹽成分下，通過熱分離可以將溶液中的大部分氯化鈉分離出，在冷凝水達到表5中的條件3下，氯化鈉的占比達到80%以上，此后繼續提高濃縮倍數，氯化鈉的純度基本保持不變。考慮到濃縮成本等因素，因此將條件3視為最佳濃縮條件。

1.2 母液再次冷析分析氯化銨

將上述熱過濾后的母液在20℃條件下冷析，可再次得到高純度的氯化銨。這一步得到的氯化銨可與一級蒸餾冷析后的氯化銨混拼后一起出售。所得氯化銨成分如表6所示。

離心分離氯化銨后剩余的母液水中，混鹽成分如表7所示。

這部分鹽水可直接套用回制備碳酸氫鈉的工藝中，從而保證整個流程無廢水外排。

表6 二級濃縮母液冷析氯化銨匯總

表7 一級蒸餾后的母液成分

2 成本核算

根據上述工藝，處理每噸母液水，所需要的原料成本如表8所示，其生成的鹽的收益如表9所示。

表8 處理每噸母液水的原料成本核算

表9 處理每噸母液水所得收益表

3 結語

用鹽酸中和母液，可除去母液中的其他組分，采用冷析分離可提高氯化銨的純度，回收得到的氯化鈉和最終母液都可以回用于制備碳酸氫鈉的工藝中。采用本工藝回收的氯化銨，純度可控制在98%以上，符合農用氯化銨優等品的標準，處理每噸母液水可獲利49.6元，且無三廢產生，是一種具有較高的經濟可行性的工藝路線。