[发明专利]利用芒硝和白云石制取纯碱联产石膏和碱式碳酸镁的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用硫酸钠作为钠离子来源制取纯碱的方法，特别涉及一种利用硫酸钠和白云石为原料制取纯碱联产石膏和碱式碳酸镁的方法。

背景技术

纯碱是最重要的基础化工原料之一，被称为“化工之母”，其产量和消费量通常被作为衡量一个国家工业发展水平的标志之一。纯碱广泛用于建筑领域、化学工业、冶金工业、印染工业、制革工业、日化领域、食品工业。建筑领域的玻璃工业是纯碱的最大消费部门，每吨玻璃消耗纯碱0.2吨。化学工业用于制水玻璃、重铬酸钠、硝酸钠、氟化钠、小苏打、硼砂、磷酸三钠等。冶金工业用作冶炼助熔剂、选矿用浮选剂，炼钢和炼锑用作脱硫剂。印染工业用作软水剂。制革工业用于原料皮的脱脂、中和铬鞣革和提高铬鞣液碱度。还用于生产合成洗涤剂添加剂三聚磷酸钠和其他磷酸钠盐等。食用级纯碱用于生产味精、面食等。

从2001年以来中国纯碱消费量在逐年大幅度增长，说明中国纯碱需求量也仍有很大的潜力。随着消费量和对外出口量的增长，纯碱生产量也在进一步增长。

自然界中天然碱矿源低于市场需求，且天然碱法中氯化物含量的指标控制问题严重影响其发展，故天然碱法并非长期稳定制碱的工艺。目前，国内外生产纯碱的工业方式主要有天然碱法、索尔维制碱法、侯氏制碱法，而具有140多年历史的索尔维制碱法仍然是当今世界上最重要的化学制碱法。自从索尔维制碱法占据竞争优势至今100多年，尽管人们进行了多种尝试，但至今没有任何其它化学制碱法能与索尔维制碱法竞争，但其固有的原料利用率低、废液排放量大的缺点依然无法克服。其生产纯碱能耗约为9.3GJ/t～13.6GJ/t，这些能量主要通过燃烧煤炭获得，这导致大量的CO₂排放，并且原料利用率低，其原料钠利用率只有75％左右，氯离子利用率为0％，而且每生产1t纯碱就要排放10m³的废液。侯氏制碱法是我国著名化学家在索尔维制碱法基础上的改进，该法将原料钠利用率提高到了96％以上，但该法需要建造合成氨工厂(能耗更大)或从合成氨工厂购买原料，成本高。侯氏制碱法在经济成本上具有很大的劣势。

根据我国“十三五”规划，“十三五”期间(2016年—2021年)纯碱行业将以节能减排为着力点，在全行业重点推广22项节能技术，通过升级改造，提升行业的生态环保水平，推进产业转型升级。行业协会总结出的这22项节能减排技术，主要包括纯碱行业通用节能技术、氨碱法节能技术、联碱法节能技术以及天然碱节能技术四个方面。而在这22项技术中，目前着力推广两项核心技术，分别为水平带式滤碱系列节能技术和粉体流凉碱节能技术。但实际上这22项技术是在原有的索尔维制碱法和侯氏制碱法基础上进行改进，并未能触及根本性的节能及污染问题。

发明内容

针对现有产业所用制碱法存在的不足与现状，本发明的目的旨在提出一种新的制碱技术——利用芒硝和白云石制取纯碱联产石膏和碱式碳酸镁的方法，以克服现有制碱技术存在的能耗高、生产过程废料排放多、生产成本高、原料利用率低等问题，同时高效利用白云石中的钙、镁资源。

本发明的基本思路是通过膜电解促进反应进行的同时实现产物的分离，将多个反应过程融入同一个反应体系，在低电压常温常压下制取纯碱，同时根据钙、镁离子与不同阴离子结合产生沉淀溶解度的巨大差异设计了优化的工艺方案，使制碱过程中的副产物转变为高附加值的产物，在分别制取纯碱、石膏、碱式碳酸镁的过程中不产生任何三废。

针对上述目的，本发明提供的利用芒硝和白云石制取纯碱联产石膏和碱式碳酸镁的方法，主要包括以下步骤：

(1)将阳离子交换膜置于电解槽中，将电解槽分为阳极区和阴极区，在阳极区加入钠盐溶液作为阳极电解液且为反应原料，阴极区加入饱和碳酸氢钠溶液作为阴极电解液，在阳极电极和阴极电极之间施加直流电，阴极电解液中的碳酸氢根电离出的氢离子在阴极电极上还原为氢气并在阴极电解液中生成碳酸根，与此同时阳极电解液中自由流动的钠离子在电流作用下透过阳离子交换膜到达阴极区与阴极液中的碳酸根结合生成碳酸钠，得到碳酸钠溶液，在阳极电极上氢气氧化生成的氢离子与阳极电解液中的钠盐阴离子结合生成的酸性溶液；