煤粉还原芒硝法制无水硫化钠工业化实践

施建平

（新疆兵团十三师国有资产经营公司，新疆哈密 839000）

煤粉还原芒硝法制无水硫化钠工业化实践

施建平

（新疆兵团十三师国有资产经营公司，新疆哈密 839000）

工业硫化钠是重要的化工原料和还原剂。中国工业化大规模生产工业硫化钠主要采用煤粉还原芒硝法，所得硫化钠产品纯度仅为60％，产品附加值低。在煤粉还原芒硝法生产低铁硫化钠基础上，将半成品硫化钠浓碱液蒸发、浓缩、结晶制得结晶硫化钠，结晶硫化钠再经干燥制得无水硫化钠，所得硫化钠产品纯度达到92％以上。制备无水硫化钠产品延伸了硫化钠产品的产业链。主要介绍了生产无水硫化钠小型工业化装置系统、工艺控制条件和产品质量。

无水硫化钠；生产；煤粉还原芒硝法

工业硫化钠是重要的化工原料和还原剂，主要应用于制革、造纸、选矿、农药中间体、染料中间体、印染等行业［1］。在中国工业化大规模生产工业硫化钠的厂家90％采用煤粉还原芒硝法［2］。中国工业硫化钠总产量约100万t/a，产品执行GB/T 10500—2000《工业硫化钠》，产品中w（Na2S）≥60％，其余多为水分及其他杂质。工业硫化钠产品不仅附加值低，同时为下游应用企业增加了二次废水处理的问题，增加了环境治理的负担。近年来，随着化学工业及其他相关产业的发展，聚苯硫醚、硫化橡胶、电镀、医药等产品和行业已开始使用无水硫化钠作为生产原料，尤其无水硫化钠在聚苯硫醚中的应用，可使产业链延伸到特种工程塑料、新型工业滤布（制成PPS纤维）、绝缘材料、涂料、热塑性复合材料（应用于汽车制造）、塑性复合材料（应用于家电业）、军事领域（用玻纤、碳纤、硼纤等增强高分子量聚苯硫醚树脂制造的热塑性复合材料已在飞机、火箭、人造卫星、航空母舰、武器等方面得到广泛应用）。

自1881年有文献记载从结晶硫化钠脱水试制无水硫化钠采用二阶段脱水方法（一段低温、二段高温达800℃）以来，无水硫化钠的脱水方法又改用一段脱水法，但仍然是程序升温，并且只是在实验室条件下；20世纪70年代以来，虽然有报道采用高真空条件下制取无水硫化钠，但制备条件不符合工业化要求，也没有工业化生产规模的报道。20世纪80年代，中国文献报道直接采用Na2S·9H2O（工业硫化钠）真空干燥脱水制取无水硫化钠，但由于是间歇操作干燥耗时为17 h，生产能力低、能耗高。笔者以煤粉还原芒硝法生产低铁硫化钠为基础，将半成品硫化钠浓碱液蒸发、浓缩、结晶制得结晶硫化钠，结晶硫化钠再经干燥制得无水硫化钠，干燥耗时仅为7～10 h，所得硫化钠产品纯度达到92％以上。

1 无水硫化钠生产工艺

以煤粉还原芒硝法所得半成品硫化钠浓碱液（Na2S质量浓度为260～280 g/L）为原料，经蒸发、浓缩、结晶制得结晶硫化钠（Na2S·5.5H2O），结晶硫化钠再经干燥制得无水硫化钠。

结晶硫化钠脱水即结晶硫化钠干燥，从干燥动力学角度主要研究物料在干燥过程中在动态条件下各物理量之间的关系以及相互间的作用规律和影响因素，从而确定物料在一定条件下去除水分所需要的各种条件，这是硫化钠干燥（脱水）工艺和设备设计的基础。

无水硫化钠生产工艺（干燥工序）流程图见图1。

图1 无水硫化钠生产工艺（干燥工序）流程图

无水硫化钠生产装置系统包括供热系统、制冷系统、真空系统、电气系统、硫化钠碱液精制系统、结晶系统、干燥系统、产品包装等。

2 硫化钠结晶工序

硫化钠结晶工序即制备结晶硫化钠工序是生产无水硫化钠重要的中间环节。将处理好的硫化钠溶液（Na2S质量浓度为260～280 g/L）送入蒸发器蒸发浓缩，当Na2S质量分数达到32％～36％时用泵打入澄清罐自然澄清约1 h。将上部澄清硫化钠溶液送入结晶器，结晶时间约8 h。用离心机进行固液分离，即得到结晶硫化钠（Na2S·5.5H2O）成品。结晶硫化钠产品指标见表1。

表1 结晶硫化钠产品指标％

3 硫化钠干燥工序

将合格的结晶硫化钠（Na2S·5.5H2O）成品置于干燥设备内，依次启动供热系统、真空系统、制冷系统等于正常运行状态，记录、监控完成无水硫化钠产品制备的工艺条件。经实践得出关键工艺控制条件：真空度（绝压）为700～2 000 Pa，供热温度为90～250℃，制冷系统温度为-4～-8℃，运行时间为7～10 h。结晶硫化钠脱水结束后再由供热系统降低干燥设备内物料的温度，当物料温度降至恒定温度时依次关闭各系统设备，卸出产品，计量、包装，得到无水硫化钠产品。各批次无水硫化钠产品生产工艺控制条件及产品纯度如表2所示。

所得无水硫化钠产品检验结果：w（Na2S）≥92％；w（Na2SO3+Na2S2O3）≤3.5％；w（Na2CO3）≤1.5％；w（Fe）≤2×10-5；w（水不溶物）≤0.02％；产品外观为白色颗粒。

表2 各批次无水硫化钠产品生产工艺控制条件及产品纯度

4 结论

1）无水硫化钠生产工艺装置运行干燥时间为7～10 h，突破了国外手册与中国文献报道的干燥时间需17 h的工艺技术指标，实现了小型工业化，无水硫化钠产品纯度为92％～98％。

2）无水硫化钠产品研制为企业产品系列化即工业硫化钠、低铁硫化钠、结晶硫化钠、无水硫化钠创建了基础，实现了基础无机化工向无机精细化工的突破，不仅提高了产品的附加值，更重要的是拓展了硫化钠产品的市场，增强了企业的生命力，提高了产业关联度，延伸了产品的产业链。

3）由于无水硫化钠产品纯度高，从源头上消除了硫化钠产品应用过程带来的废水治理问题。

［1］M E波任.无机盐工艺学（上册）［M］.天津化工研究院译.北京：化学工业出版社，1982.

［2］宁延生.无机盐工艺学［M］.北京：化学工业出版社，2013.

联系方式：bthsncsjp@163.com

Industrialpractice of preparation of anhydrous sodium sulfide by reduction of glauber′s saltw ith coal

Shi Jianping
（State-owned AssetsManagementCompany of The Thirteenth Division of The Xinjiang Production and Construction Corp.，Hami839000，China）

Industrialsodium sulfide isan importantchemical rawmaterialand reducing agent.Chinamainly uses coal reduction glauber′s saltmethod in industrialization andmass production of industrial sodium sulfide.But the purity of sodium sulfide is only 60％，therefore the product′s added value is very low.On the basis of using the coal reduction glauber′s salt method to produce low iron sodium sulfide，the semi-finished product concentrated alkali solution was evaporated，concentrated，and crystallized again to produce sodium sulfide crystal and then itwas desiccated to prepare the anhydrous sodium sulfide.The purity of sodium sulfide reached 92％under this process.The anhydrous sodium sulfide productextended the industry chain ofsodium sulfide production.A small-scale industrialequipment，technical control conditions，and productquality foranhydrous sodium sulfideweremainly introduced.

anhydrous sodium sulfide；production；coal reduction glauber′ssaltmethod

TQ131.12

A

1006-4990（2014）09-0056-02

2014-03-14

施建平（1962—），男，高级工程师。

环境·健康·安全