CN1095359A - 固相转化复分解法制取硝酸钠的工艺 - Google Patents

Abstract

本发明是一种通过固相转化复分解法制取硝酸 钠和氯化铵的工艺，该方法只需在环境温度(0— 40℃)下，将等摩尔量的硝酸铵和氯化钠加入到预制 的共晶母液中进行固相转化和分离制得产品，该方法 无需加热升温，蒸发浓缩，节能，且共晶母液可循环使 用。

Description

本发明涉及一种复分解法制取硝酸钠的工艺，具体地说是涉及一种通过硝酸铵与氯化钠的固相转化制取硝酸钠和氯化铵的工艺。

目前国内外生产硝酸钠的方法主要有天然钠硝石浸取法、碱液吸收尾气法、中和法、硝铵石灰芒硝法、阳离子交换法和复分解法。由于复分解法的原料硝铵和氯化钠都充足，且由此获得的产品硝酸钠和氯化铵都是有用的化工原料，因而复分解法具有更好的工业实用性。

常用的复分解法工艺是温差复分解法（见《无机盐工业》，1993年第三期，37-39页），该法是利用随温度的变化溶解度随之而改变的原理，将两种物料混合加水，于90-110℃使其固相溶解得到饱和溶液，然后使饱和溶液缓慢降温，析出硝酸钠和氯化铵晶体;CN8103687A公开了一种复分解法制取硝酸钠的工艺，其是使原料与水经过冷却反应（0-25℃），析出部分NH₄Cl，然后将母液蒸发浓缩（110-120℃）至较高温度，再经冷却结晶得到硝酸钠和氯化铵;上面两种复分解法制取硝酸钠的方法都是在较高的温度下获得高浓度的饱和溶液，然后降温结晶析出盐类。从本质上讲，这两法都是温差复分解法，都是在高温下操作，需加热溶解，蒸发浓缩，操作过程工艺复杂，是高能耗的制备方法。

本发明的目的就是对现有的复分解法制取硝酸钠的工艺改进，整个制备工艺只需在环境温度（0-40℃）下进行，通过固相转化法制取硝酸钠和氯化铵晶体，本发明的方法在环境温度下进行，无需加热溶解，蒸发浓缩，工艺简单，且共晶母液可以循环使用。本发明提出的是一种固相化复分解法制取硝酸铵的工艺方法，即在环境温度（0-40℃）下，在预先配制好的共晶母液中加入等摩尔量的硝酸铵和氯化钠，通过固相转化反应获得硝酸钠和氯化铵晶体。

本发明的固相转化复分解法制取硝酸钠的原理是基于相图理论，图1是NH₄·Na/Cl·NO₃-H₂O四元体系的溶液图（20℃）。由图1可见，硝酸钠相区与氯化铵相区共有一条相邻的边界线E1-E2，该单变度线E1-E2线上的任一点溶液都对两固相（NaNO₃+NH₄Cl）饱和，因此可以推断：在E1-E2点之间（E1-E2点本身除外）可配制任意组成的一种溶液（即称之为共晶母液），向该母液中投入等摩尔量的硝酸铵和氯化钠，最终必将全部转化为等摩尔量的硝酸钠和氯化铵。

图1Na.NH₄/Cl.NO₃-H₂O四元体系20℃溶度图

下面以图2所示的工艺流程图来详细说明本发明的固相转化法制取硝酸钠的工艺。

固相转化复分解法生产硝酸钠的工艺流程图

由上述工艺流程图归结本发明的主要工艺步骤如下：

（1）制备固相转化反应的共晶母液;

本发明所述的固相转化是在反应介质，即共晶母液中进行，因而主要工艺之一就是调配好共晶母液。由相图原理可知，共晶母液可以是在E1-E2点之间的任一组成的溶液，且随温度的变化，共晶母液的组成也会在一定范围内变动。通常，在环境温度（0-40℃）下，用NH₄NO₃和NaCl配制共晶母液时，两者的摩尔比例在1.3∶1至2∶1范围内，配制时将两种原料溶解即得到共晶母液。

（2）固相转化反应步骤：

由实验证明，在已制好的共晶母液中加入等摩尔量的NH₄NO₃和NaCl，在几分钟到几十分钟（与加入量的多少以及环境温度有关）就能全部转化为硝酸铵和氯化铵晶体，加入NH₄NO₃的量按每公斤母液中最终容有0.3-0.5公斤固相（NaNO₃+NH₄Cl）计算。

在上述固相转化反应中，由于反应速度快，以及体系中固相物质过多时，反应生成的两种晶体会出现交叉镶嵌现象，给浮选分离造成困难，为了防止两种晶体的交叉生成，并控制晶体的粒度，本发明采取了如下措施：

a.在母液中预先加入0.1-0.2mm的硝酸钠晶种，其加入量与母液的比例为1升中加入60-100克硝酸钠晶种，搅拌均匀;

b.在上述制备的共晶母液中，先加入硝酸铵（粒度小于5mm），待搅拌溶解后，再缓慢分批搅拌地加入等摩尔量的细粒（小于60目）的氯化钠。

c.此固相转化反应一般在24小时内可完成，待反应完毕后，可进行一次小温差升降温过程，即可物料升温10-15℃，再缓慢地降至自然温度，此升降温工艺可根据需要而选择。

（3）两种晶体分离过程：

在完成上述转化反应之后，将两种晶体与母液的分离方法与复分解法的一般工艺相同，如用浮选法或淘洗法。如此制得两种晶体的纯度为85%-90%，分批经过一次重结晶，获合格产品。

实施例：

本实施例制备硝酸钠的环境温度为10-20℃室温，具体操作步骤如下：

1、制备共晶母液：

制备该母液NH₄NO₃与NaCl的摩尔比为1.5∶1;

在1公斤水中先溶入345克NaCl，再投入704克NH₄NO₃，搅拌溶解，分离析出NH₄Cl晶体，即制得供固相转化反应所用的共晶母液。

2、固相转化反应步骤：

在上述母液中（体积约为1.5升）加入100克粒径为0.1-0.2毫米的硝酸钠晶种，搅拌均匀;然后搅拌加入400克硝酸铵（＜5mm），再分批缓慢地加入通过60目筛的细晶氯化钠292克（与400克硝酸铵为等摩尔量），使其反应24小时。

3、两种晶体与母液分离：

在固相转化反应完毕后，使原母液经3-4次浮选分离，将氯化铵、硝酸钠母液分开，得到粗氯化钠的纯度＞85%，粗硝酸钠纯度＞90%。

本发明的固相转化法制取硝酸钠的方法与现有工艺相比有以下优点：整个反应在自然温度下进行，节省能耗;反应的共晶母液可以反复使用，提纯的两种粗晶尾液也可进入物料的循环之中，工艺简单，操作方便。

Claims (9)

1、一种在环境温度下通过固相转化复分解法制取硝酸钠和氯化铵的方法，其特征在于该方法主要由以下步骤组成：

(a)制备固相转化反应用的共晶母液；

(b)进行固相转化反应；

(c)将硝酸钠和氯化铵晶体与共晶母液分离。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的环境温度为0-40℃。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于其中步骤（a）中的共晶母液是所在温度下NH₄·Na/Cl·SO₄-H₂O体系溶度图中硝酸钠和氯化钠两相区界线（共晶线E1-E2）上任一组成的溶液。

4、根据权利要求2所述的方法，其特征在于制备其中步骤（a）中的共晶母液NH₄NO₃和NaCl的摩尔比为1.3∶1至2∶1范围。

5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于其中步骤（b）的步骤，是在共晶母液中加入等摩尔量的硝酸钠和氯化钠。

6、根据权利要求1所述的方法，其特征在于在进行步骤（b）之前，可在母液中预先加入0.1-0.2mm的硝酸钠晶种，其加入量与母液比例为1升中加入60-100克硝酸钠。

7、根据权利要求5所述的方法，其特征在于步骤（b）中先加入粒度小于5mm的硝酸铵，然后再分批搅拌加入粒度小于60目的氯化钠。

8、根据权利要求5所述的方法，其特征在于步骤（b）中加入NH₄NO₃的量按每公斤母液最终容有0.3-0.5公斤固相计算。

9、根据权利要求1所述的方法，其特征在于在步骤（b）之后，可将物料先升温10-15℃，再缓慢降至室温。