硝盐联产技术在元明粉生产中的应用

赵宏旭，刘 磊

（湖南高速铁路职业技术学院，湖南衡阳 421002）

元明粉是重要的化工基础原料，生产过程所消耗的能源较多。经过勘探当前湖南省衡阳境内岩盐的储量接近130亿t。它的储量是华南的第一名，质量纯度是全国的第一名，是我国非常重要的化工原料基地。卤水经过第一次处理后的精卤成分主要是Na+、Cl-、SO2-，低温析出盐NaCl、高温析出硝Na2SO4（俗称元明粉），这是硝盐联产。然而在利用岩盐制硝的过程中，产生的母液由于无法分离，只能外排。这样的外排不仅造成资源浪费，还对环境造成了污染，当前我国提倡能源可持续发展。因此通过硝盐联产技术彻底解决在传统制硝中母液污染问题。

1 元明粉的生产工艺概述

1.1 元明粉的生产发展现状

元明粉的生产主要原料就是芒硝矿，当前我国已探明的芒硝总储量在200亿t左右，生产元明粉所用到的工艺有先进的硝盐联产工艺，五效蒸发技术工艺，六效真空蒸发工艺，盐硝热分离技术等。元明粉是最为基础的一种化工原料，它被广泛应用在合成洗涤剂、印染、玻璃和造纸等行业。同时还是医药食品添加剂的生产原料。近年来随着可持续发展绿色环保意识加强，国家对企业的绿色生产节能减排进行重点研究，加强对环境污染控制。当前中国芒硝矿产主要集中在山西、新疆、青海、甘肃、内蒙古、四川、湖南和广西等地区，中国西北地区占据天然的资源优势，但人才和技术交通等方面存在着明显不足，和其他地区相比竞争处于劣势。占据地理和市场的中南华南地区，呈现着高速发展的特点。当前是资源节约型环境友好型社会，因此对元明粉的生产提出了更高的要求，要求走可持续绿色化的生产发展之路。

1.2 元明粉生产的主要工艺

传统的生产工艺方式是逆流式外强制循环多效真空蒸发，得到的产品质量不稳定，含盐量较高。生产过程中，含氯化钠的高盐母液要往外排放，不仅生产能耗很高，浪费大。吨产品耗200～400kg标煤。较先进的生产工艺方式是硝盐联产工艺。工艺原理与制盐行业的盐硝联产工艺有较类似的流程，都是利用氯化钠与硫酸钠共饱和溶液在不同压力、温度下进行真空蒸发来获取产品。较之传统的生产工艺比较，由于不外排含盐母液，产品的能耗已降低至吨产品耗150～200kg标煤。利用机械热压缩技术的硝盐联产工艺，对照制盐行业的发展，研发出更节能环保的生产工艺方法。硝盐联产技术是当前化学工业的重大技术突破，这种技术和当前国内所使用的分离技术有很大的差异，它是专门针对硫酸钠型食盐卤水真空制盐提出的一种先进技术，优化新型盐析蒸发结晶器的设计和大颗粒中性元明粉生产方法，这项技术对制硝工业而言，能推动制硝工艺的发展，它的原理是高温盐析蒸发析硝，低温闪发制盐，实现了制硝工业废液的零排放，这是一种真正的可持续发展的生产方法。

1.3 传统的元明粉生产工艺的危害

传统的元明粉生产工艺中会产生对大气严重的污染物硫酸钠粉尘，在元明粉生产过程中产生的废水主要是融化锅、澄清罐里的清洗水和蒸发器的洗水，离心机的清洗水等。这些水源如果直接排放到外界，会造成严重的污染。在元明粉生产过程中，也会产生固体的废弃物，主要是融化锅和澄清罐内沉淀的泥沙石块，这些固体废弃物是随原料芒硝来的，因此在这样的情况下，元明粉生产要在提高资源回收率合理开发的基础上走可持续发展的道路。硝盐联产技术就能够克服传统元明粉生产的污染和危害，实现生产的可持续发展，推动元明粉生产发展。

2 硝盐联产技术的说明

盐硝联产的主要产品是盐（氯化钠），副产品是元明粉（硫酸钠），而硝盐联产的主要产品是元明粉（硫酸钠），副产品是盐（氯化钠），工艺的理论基础是硫酸钠与氯化钠共饱和溶液在压力、温度不同情况下析出晶体。

2.1 盐析法除硝

这种方法是在进行真空制盐生产的过程中，利用硫酸钠石盐卤水工艺，但是当硫酸钠溶液的浓度上升到5%以上时，利用盐析法除硝就会严重地影响产品最终的质量。因此需要在形成的制盐含硝母液中加入粉盐进行搅拌，通过搅拌会让含硝母液的温度升高，从升高的母液中析出硫酸钠，然后再做沉降，沉降之后，脱水分离出硫酸钠，析硝后的盐液再返回制盐。但是这种方法在制作过程中属于间歇性的操作，析出的硝质量极差，需要的劳动强度极大，生产效率低，只能在小规模的生产中应用。

2.2 蒸发法盐硝分离

蒸发法的盐硝分离是化工行业在使用硫酸型石盐卤水真空制盐时所采用的一种技术。这项技术最早是在瑞士的苏尔寿公司研发成功的，技术研发成功之后，在前南斯拉夫的拉兹盐场投入到了生产中。20世纪90年代，我国先后从瑞士荷兰德国等地引入了这项技术。但是由于该方法在使用过程中涉及工艺流程长投资设备大，因此整个方法在控制中非常的困难，元明粉的回收率也仅为80%。

2.3 热法硝盐分离方法

采取热法硝盐分离方法是我国首创的一种制硝方法，在国外没有相关的应用。大部分因素是因为制盐工艺热法盐硝分离对象有差异，制硝原料是以硫酸钠为主，制盐以氯化钠为主要成分，两者的主要成分不同，它们的母液组分也有很大区别，这些复杂的因素决定了化学工业中的硝盐分离技术比国外存在的制盐工艺盐硝分离技术更复杂，它们的主要差异性如表1所示。

表1 制硝（Na2SO4）工业和制盐（NaCl）工业使用技术的差异统计表

如表1所示：盐析蒸发硝盐热分离工艺利用盐析和蒸法同时进行，在专用的蒸发结晶器中，能够实现高效的硝盐分离，它和传统制盐工艺中的硝盐分离技术相比有很大的区别，它的工艺流程较短，操作便捷，产品质量好，回收率高达95%以上。盐析蒸发分离方法的路线主要是利用Na2SO4和NaCl 在三元水盐下，它们两者之间的溶解度是不同的，因此根据这个特点就设置了一个封闭的循环系统，在这个循环系统中能够分离出硝和盐。利用蒸发法，让两者在整个系统的两个工序中分别以结晶的状态分离出来，在盐析蒸发制硝中，对于不断进入的滞销含盐母液或者是高含盐芒硝卤水加入氯化钠盐浆。加入之后，保障整个系统在100℃下，在这个状态中硫酸钠属于过饱和状态，可以进行不断蒸发，蒸发之后硫酸钠的晶体就会分离出来，然后再利用硝浆离心分离成为成品硝。而硝浆分离后的母液继续进入到程序中，利用散发的低温分离出盐，分离出盐的溶液经过两级预热，再次循环到整个工序中实现了无污染零浪费。在这个时候闪发完盐的清液能够对富集的硫酸钠进行继续的盐析工作。而在低温散发制盐中，经过高温分离硝之后的氯化钠饱和溶液，经过低温散发进入了本工序，在这个过程中要让整个设备的温度保持在50℃下，这样才能够对氯化钠饱和溶液进行低温的散发。在50℃下，氯化钠呈现稳定的晶体分离出，这就被称为是低温的分离盐步骤。在分离盐之后的硫酸钠盐析清液会循环到制硝的工序中继续盐析滞销，而分离出来的结晶盐浆经过一部分计算后会进入到盐析蒸发制硝的步骤中作为盐析用盐的来源，另外大部分进行离心脱水干燥作为产品，离心后的盐母液回到本工序，进行不断循环。

这项技术最明显特点就是分离盐和分离硝在同一个工序中完成的，主要用到的关键技术就是找到两者之间的相平衡参数点和蒸发速率控制，保障分离盐蒸发过程中，硝结晶被分离出，而盐结晶不被分离出，在这样的步骤中，硝的回收率可高达95%以上，极大提高了产品的质量。同时利用高温吸收的热能散发实现了低温的分离盐。分离硝的工艺和闪发低温分离盐的工序产生的蒸汽能够运用到循环液的预热中，这样让整个过程中不会出现资源浪费，让热量得到充分的利用。这项技术所使用的盐产品和盐析法相比，更加的便捷，因为它不需要再过度加入粉盐。利用相关设备对各工序反应液中Na2SO4和NaCl 的浓度进行检测，有效保证整体工艺的生产。

该技术主要是根据氯化钠和硫酸钠溶液在不同的温度下溶解度的差异性。在高温的时候分离硝，在低温的时候分离盐，这样有效地实现了资源的利用，还不会对环境造成污染。但是在做好处理的过程中，例如在制硝含盐母液或高含盐原料硝水中要对温度，压力和含量进行精确的把握，这样才能够在最合适的情况下加入一定含量的氯化钠盐浆做好高温分离硝的工作，否则高温分离硝就容易出现一定的误差。而在经过析硝后的母液还需要降温进入到分离盐阶段，这些阶段中都要对含量进行精确把握，尤其是温度和压力两方面，这样才能够最终实现盐和硝的分离，得到最终的优质产品，在这个过程中，分离盐和高温蒸发分离硝都是在特制的制硝罐中完成的，这种制硝罐也有严格的要求。同时在操作过程中，利用蒸汽喷射泵回收产生二次蒸汽，能够降低蒸汽的使用量，符合可持续发展的原则，提高整个系统的使用效率。

3 结束语

总之，元明粉作为一种重要的化工原料，随着近年来在各行业内的广泛应用，化工行业也加大对元明粉的研究发展。为了促进化工行业的发展，对当前硝盐联产技术在元明粉生产过程中的应用进行有效分析。在硝盐联产技术中，使用的是盐析和蒸发共同进行的技术。在专用的蒸发结晶容器内实现了高效的分离，解决了元明粉在生产过程中存在含盐过高的问题，最大限度地提升了芒硝资源的利用效率，符合可持续发展的要求，有效保护环境，对资源实现高效利用，不会产生过度污染。对整个湖南地区的元明粉生产制造企业的发展有积极的促进作用，对全国元明粉生产企业都有良好的带动作用，能让这些企业借鉴相关的生产方法，在元明粉生产过程中实现高效生产，生产出高质量的元明粉。