一種基于磁力研磨表面更新的硫酸鈉制備氫氧化鈉的方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種基于磁力研磨表面更新的硫酸鈉制備氫氧化鈉的方法，屬于化學(xué)工業(yè)領(lǐng)域，用于硫酸鈉副產(chǎn)物的綜合利用。本發(fā)明專利技術(shù)將草酸鈉與苛化劑氧化鈣的反應(yīng)液在苛化釜中進(jìn)行研磨攪拌，通過磁轉(zhuǎn)子對顆粒物的研磨作用，破除苛化制堿過程中包裹在反應(yīng)物上的產(chǎn)物層，使草酸鈉與苛化劑充分反應(yīng)，達(dá)到高效制備高濃度氫氧化鈉的目的。本方法苛化速率快，產(chǎn)物堿度高，運(yùn)行穩(wěn)定，操作簡單，能耗低，無污染。

Method for preparing sodium hydroxide by sodium sulfate based on magnetic abrasive surface renewing

The invention discloses a method for preparing sodium hydroxide based on magnetic abrasive surface renewing sodium sulfate, belonging to the field of chemical industry, and is used for the comprehensive utilization of sodium sulfate by-products. The reaction solution of sodium oxalate and causticizing agent of calcium oxide grinding and mixing in the causticization reactor, through the grinding effect of magnetic rotor on particles, get rid of caustic soda in the process of package product layer in the reactant of the sodium oxalate and causticizing agent full reaction, preparation of high efficient the concentration of sodium hydroxide to. The method has the advantages of fast rate of degradation, high basicity of the product, stable operation, simple operation, low energy consumption and no pollution.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種基于磁力研磨表面更新的硫酸鈉制備氫氧化鈉的方法
本專利技術(shù)涉及一種基于磁力研磨表面更新的硫酸鈉制備氫氧化鈉的方法，屬于化學(xué)工業(yè)領(lǐng)域，適用于硫酸鈉副產(chǎn)物的綜合利用。
技術(shù)介紹
硫酸鈉是世界上八大化工基本產(chǎn)品之一。在工業(yè)上廣泛用于紡織、造紙、合成洗滌劑、醫(yī)藥化工等行業(yè)，在國際上也被列在大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的化工產(chǎn)品系列內(nèi)。2011年硫酸鈉的生產(chǎn)量在全球達(dá)到了70萬噸/年，其中，中國就占了45萬噸/年。隨著產(chǎn)量的增長，對一般顆粒的硫酸鈉的需求卻在下降，近期，大部分企業(yè)就出現(xiàn)了滯銷現(xiàn)象，供遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于求。目前，國際上大多數(shù)硫酸鈉企業(yè)也都面臨該問題，產(chǎn)品滯銷，價(jià)格低迷，利潤薄弱。同時很多化工與環(huán)境保護(hù)過程都有大量的副產(chǎn)物硫酸鈉產(chǎn)生，這些硫酸鈉價(jià)值不高。燒堿是重要的基礎(chǔ)化工原料，廣泛應(yīng)用于輕工、化工、紡織、印染、醫(yī)藥、冶金、石油和軍工等行業(yè)，在國民經(jīng)濟(jì)中占重要地位。隨著國家對環(huán)保的監(jiān)控日益嚴(yán)格，上游大部分地區(qū)廠家停產(chǎn)，尤其是山東地區(qū)，造成燒堿產(chǎn)量減少，形成供不應(yīng)求的狀態(tài)。2016年燒堿(32%)價(jià)格季度上漲了34%,半年上漲了55%。燒堿行業(yè)對能源的依賴性很強(qiáng)，持續(xù)推動技術(shù)進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排是燒堿行業(yè)不變的追求，“十三五”期間，我國燒堿行業(yè)將進(jìn)一步走向集約化，燒堿的生產(chǎn)方向需加速向高效益、節(jié)能化的方向發(fā)展。綜上所述，開發(fā)以硫酸鈉為原料制備高濃度氫氧化鈉的工藝具有重大經(jīng)濟(jì)意義，如果能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，可以為化工、冶金等行業(yè)產(chǎn)生的大量的硫酸鈉副產(chǎn)物綜合利用提供一條很好的技術(shù)路線。中國專利（CN1085186A）提供了一種芒硝制備燒堿的方法，其過程如下：（一）草酸氫鈉的制備Na2SO4+2H2C2O4→2NaHC2O4+H2SO4將芒硝與草酸以1:2~1:2.5的摩爾比在水溶液中混合，常溫?cái)嚢?5~40分鐘，反應(yīng)液過濾。（二）苛化（1）草酸鈉的制備NaHC2O4+NaOH→Na2C2O4+H2O為了提高苛化反應(yīng)速率，將草酸氫鈉用氫氧化鈉稀溶液中和至中性。此時，中性溶液為草酸鈉。（2）氫氧化鈉的制備Ca(OH)2+Na2C2O4→CaC2O4+2NaOH將Ca(OH)2與Na2C2O4在水溶液中等摩爾混合，反應(yīng)液先加熱回流攪拌1~2h，然后再在室溫下攪拌反應(yīng)3~4h。（3）二次苛化為了提高原料循環(huán)利用，上步反應(yīng)的濾餅加水后，在相同的苛化條件下繼續(xù)反應(yīng)。（三）草酸的再生CaC2O4+H2SO4→H2C2O4+CaSO4將草酸鈣與稀硫酸以1:3~1:6摩爾比混合，回流溫度下攪拌反應(yīng)1h，反應(yīng)液趁熱抽濾，濾餅主要是CaSO4，濾液冷卻后析出H2C2O4晶體。該法能夠制備出2.2~2.4mol/L的燒堿溶液，但存在操作過程復(fù)雜、苛化堿度不高等不足之處。反應(yīng)過程有兩個問題需要重視，一是石灰水Ca(OH)2懸浮液與可溶的Na2C2O4反應(yīng)，生成了固體CaC2O4和可溶的NaOH，生成的CaC2O4將包裹在Ca(OH)2表面，形成產(chǎn)物層，將阻礙Ca(OH)2與Na2C2O4的進(jìn)一步反應(yīng)，要使苛化反應(yīng)進(jìn)行的徹底，必須采取強(qiáng)化措施及時將包裹在Ca(OH)2表面的CaC2O4產(chǎn)物殼層粉碎并及時剝離；二是苛化反應(yīng)需回流加熱，工藝復(fù)雜且能耗較高，必須研發(fā)了一條更加技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)可行的工藝路線。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為了解決苛化反應(yīng)產(chǎn)物層包裹反應(yīng)物、阻礙反應(yīng)進(jìn)行的問題，同時簡化工藝流程，本專利技術(shù)提供了一種基于磁力研磨表面更新的硫酸鈉制備氫氧化鈉的方法。將苛化反應(yīng)液加入同時裝有攪拌與研磨裝置的苛化釜內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，通過上部的攪拌器使反應(yīng)液充分混合均勻，同時，反應(yīng)釜底部的磁力攪拌棒可以通過研磨及時破除包裹在固體表面的草酸鈣顆粒，使苛化反應(yīng)能夠迅速進(jìn)行，提高反應(yīng)的效率。本專利技術(shù)的技術(shù)方案為：一種基于磁力研磨表面更新的硫酸鈉制備氫氧化鈉的方法，包括如下步驟：（一）轉(zhuǎn)化反應(yīng)Na2SO4+2H2C2O4→2NaHC2O4+H2SO4將硫酸鈉和二水草酸以1:1~2.5的物質(zhì)的量比在水溶液中混合溶解，在室溫下攪拌反應(yīng)15~60min，NaHC2O4·H2O結(jié)晶析出，將反應(yīng)液抽濾，再將濾餅烘干、稱重。濾餅主要成分是草酸氫鈉，清液主要成分是反應(yīng)生成的硫酸和少量未反應(yīng)的原料，清液可用于處理苛化副產(chǎn)物，達(dá)成草酸再生的目的。本反應(yīng)Na+的轉(zhuǎn)化率約為80~90%，由于可循環(huán)使用，最終轉(zhuǎn)化率接近100%。（二）苛化反應(yīng)（1）草酸鈉的制備NaHC2O4+NaOH→Na2C2O4+H2O為了提高苛化反應(yīng)速率，將草酸氫鈉用氫氧化鈉稀溶液中和至中性。此時，中性溶液為草酸鈉。（2）苛化CaO+Na2C2O4→CaC2O4+2NaOH將氧化鈣與草酸鈉以1:1~1.6的物質(zhì)的量比在水溶液中混合，反應(yīng)液在同時裝有攪拌與研磨裝置的苛化釜內(nèi)研磨攪拌反應(yīng)40~80min。本反應(yīng)最終反應(yīng)液氫氧化鈉濃度為2.0~3.6mol/L，由于苛化釜內(nèi)裝有研磨裝置，及時破除包裹在固體表面的草酸鈣顆粒，使苛化反應(yīng)能夠迅速進(jìn)行，提高反應(yīng)的效率。（三）草酸的再生CaC2O4+H2SO4→H2C2O4+CaSO4將步驟（二）所得草酸鈣與步驟（一）所得稀硫酸溶液以1:3~6物質(zhì)的量比（草酸鈣與硫酸的物質(zhì)的量比）混合，回流溫度下攪拌反應(yīng)30~90min，反應(yīng)液趁熱抽濾，濾餅主要是CaSO4，濾液冷卻后析出H2C2O4晶體，可循環(huán)利用。該步反應(yīng)轉(zhuǎn)化率可達(dá)100％。進(jìn)一步地，裝有攪拌與研磨裝置的苛化釜為中部設(shè)置攪拌裝置，底部設(shè)置研磨裝置的反應(yīng)釜；攪拌裝置優(yōu)選攪拌器，研磨裝置優(yōu)選磁力攪拌棒。進(jìn)一步地，攪拌的轉(zhuǎn)速為500~700r/min。進(jìn)一步地，稀硫酸溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15~40％。本專利技術(shù)的有益效果在于：（1）本專利技術(shù)采用帶有研磨功能的苛化釜，利用研磨作用對苛化反應(yīng)進(jìn)行表面更新，一方面強(qiáng)化了苛化反應(yīng)過程中反應(yīng)物料的表面更新，即盡量避免了產(chǎn)物層對反應(yīng)物的包裹提高了反應(yīng)效率，另一方面在不進(jìn)行二次苛化（工藝流程得到簡化）的前提下大幅提高了堿度。（2）本專利技術(shù)的方法工藝新穎，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行能耗低，工業(yè)應(yīng)用性強(qiáng)。反應(yīng)物綠色可循環(huán)，無三廢污染，是經(jīng)濟(jì)效益高的清潔生產(chǎn)工藝。附圖說明圖1是本專利技術(shù)苛化釜的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中，1-反應(yīng)罐，2-磁轉(zhuǎn)子，3-磁力攪拌棒，4-攪拌器，5-排槳泵。具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對本專利技術(shù)作進(jìn)一步說明，但本專利技術(shù)并不限于此。實(shí)施例1將7.1gNa2SO4溶于裝有100ml水的燒杯中攪拌至完全溶解，加入13.23gH2C2O4,在室溫下，攪拌30min（轉(zhuǎn)速為650r/min）后抽濾，將所得濾餅放置在100℃烘箱中烘干。稱取10.8g濾餅溶于裝有100mL水的苛化釜中，加入適量氫氧化鈉，反應(yīng)5min,再加入8.4g的氧化鈣，開啟攪拌器和磁力攪拌器（機(jī)械攪拌轉(zhuǎn)速為530r/min,磁力攪拌轉(zhuǎn)速為550r/min），反應(yīng)1h，抽濾，用2mol/L的鹽酸進(jìn)行滴定，算出氫氧化鈉濃度為2.9215mol/L。對比例1將7.1gNa2SO4溶于裝有100ml水的燒杯中攪拌至完全溶解，加入13.23gH2C2O4,在室溫下，攪拌30min（轉(zhuǎn)速為650r/min）后抽濾，將所得濾餅放置在100℃烘箱中烘干。稱取10.8g濾餅溶于100mL水中，加入適量氫氧化鈉，攪拌反應(yīng)5min,再加入8.4g的氧化鈣，機(jī)械攪拌（轉(zhuǎn)速為530r/min）反應(yīng)1h，抽濾本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于磁力研磨表面更新的硫酸鈉制備氫氧化鈉的方法，其特征在于包括如下步驟：（1）轉(zhuǎn)化反應(yīng)，將硫酸鈉與二水草酸以1:1~2.5的物質(zhì)的量比混合，室溫?cái)嚢璺磻?yīng)15~60min，過濾得到草酸氫鈉；（2）苛化，先將步驟（1）所得草酸氫鈉與氫氧化鈉稀溶液混合反應(yīng)至中性，得到草酸鈉溶液，再將氧化鈣與草酸鈉按1:1~1.6的物質(zhì)的量比在水溶液中混合，所得混合液在同時裝有攪拌與研磨裝置的苛化釜內(nèi)研磨攪拌反應(yīng)40~80min，得到濃度為2.0~3.6mol/L的氫氧化鈉溶液；（3）草酸再生，將步驟（2）所得草酸鈣與步驟（1）得到的稀硫酸溶液按1:3~6物質(zhì)的量比混合，回流溫度下攪拌反應(yīng)30~90min，反應(yīng)液趁熱抽濾，濾液冷卻后析出H

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于磁力研磨表面更新的硫酸鈉制備氫氧化鈉的方法，其特征在于包括如下步驟：（1）轉(zhuǎn)化反應(yīng)，將硫酸鈉與二水草酸以1:1~2.5的物質(zhì)的量比混合，室溫?cái)嚢璺磻?yīng)15~60min，過濾得到草酸氫鈉；（2）苛化，先將步驟（1）所得草酸氫鈉與氫氧化鈉稀溶液混合反應(yīng)至中性，得到草酸鈉溶液，再將氧化鈣與草酸鈉按1:1~1.6的物質(zhì)的量比在水溶液中混合，所得混合液在同時裝有攪拌與研磨裝置的苛化釜內(nèi)研磨攪拌反應(yīng)40~80min，得到濃度為2.0~3.6mol/L的氫氧化鈉溶液；（3）草酸再生，將步驟（2）所得草酸鈣與步驟（1）得到的稀硫酸溶液按1:3~6物質(zhì)的量比混合，回流溫度下攪拌反應(yīng)30~90...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張俊豐，麻洋，曹靖，黃妍，
申請(專利權(quán))人：湘潭大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：湖南,43