王迪 劉仲明 沈振雄 王汝 李興(浙江閏土股份有限公司，浙江 紹興 312300)

0 引言

碳酸氫鈉，又稱小蘇打，是一種常見的化學(xué)品。在化工、農(nóng)業(yè)、食品助劑領(lǐng)域有著應(yīng)用的廣泛。用氯化鈉溶液與碳酸氫銨復(fù)分解法生產(chǎn)碳酸氫鈉是一種較為成熟的工藝，有著原料來源廣泛，生產(chǎn)成本低，工藝流程簡單等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)生成的氯化銨可作為副產(chǎn)物出售。目前氯化銨的回收通常采用冷凍法，將分離碳酸氫鈉之后的母液直接冷卻，以便析出氯化銨。該方法不僅氯化銨的回收率不高，且純度偏低。

本文將改用蒸發(fā)法，先鹽酸中和除去母液中殘留的碳酸氫銨和碳酸氫鈉，使母液中的成分變成氯化鈉和氯化銨兩種鹽，然后濃縮蒸餾，分離兩種鹽來達(dá)到回收氯化銨的目的。

1 實(shí)驗(yàn)流程

飽和氯化鈉溶液與碳酸氫銨復(fù)分解法生產(chǎn)小蘇打后的母液中，除了含有大量的氯化銨外，還有少量殘留的氯化鈉、碳酸氫鈉和碳酸氫銨，用鹽酸將母液pH調(diào)至5～5.5，使其中的碳酸氫鈉和碳酸氫銨轉(zhuǎn)化成氯化鈉和氯化銨，中和后的母液成分如表1。

表1 母液成分

1.1 分離混鹽

氯化鈉與氯化氨的溶解度曲線如圖1。由圖1可知，氯化鈉的溶解度隨溫度變化較為穩(wěn)定，而氯化銨則變化幅度較大，可根據(jù)兩者在溶解度上的差別，高溫分離出氯化鈉，低溫冷析分離出氯化銨。

取混鹽溶液500g，減壓蒸餾。分離鹽餅時(shí)采用80℃熱過濾和20℃冷析過濾兩種方式，作為對比。分離后的鹽餅經(jīng)干燥粉碎稱重后取樣檢測成分。在多個(gè)濃縮比例下進(jìn)行分離，以便得到最佳濃縮比例。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2、表3所示。

通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，在氯化銨占混鹽質(zhì)量80%的條件下，熱分離不能將氯化鈉單獨(dú)分離出來，在分離出來的鹽餅中，氯化銨還是占絕大部分。而冷析分離可以得到高純度的氯化銨，原因是在冷析過程中，隨著大量氯化銨低溫析出，之前析出的氯化鈉重新溶解回溶液中，從而提高了氯化銨的純度。因此將表3中的條件3視為分離氯化銨的最佳條件。二級蒸餾分離氯化鈉一級蒸餾分離氯化銨后，母液中的成分如表4所示。

經(jīng)過一級蒸餾后，母液中的氯化鈉占混鹽質(zhì)量比大幅提升，由原溶液的17.11%升至36.13%。在此比例下，可通過蒸餾分離純度較高的氯化鈉。

取分離氯化銨后的母液500g，進(jìn)行減壓蒸餾，以冷凝水的質(zhì)量來判斷濃縮倍數(shù)，用80℃熱過濾進(jìn)行分離，得到的鹽餅經(jīng)干燥、粉碎后，稱重，并分析其成分，進(jìn)行多個(gè)濃縮比例條件，以便得到最佳濃縮比例。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

圖1 氯化鈉與氯化氨的溶解度曲線(g/100g)

表2 熱過濾混鹽分離數(shù)據(jù)匯總

表3 冷析過濾混鹽分離數(shù)據(jù)匯總

表4 一級蒸餾后的母液成分

表5 二級濃縮蒸餾實(shí)驗(yàn)結(jié)果匯總

通過本輪實(shí)驗(yàn)可知，在表4所述的混鹽成分下，通過熱分離可以將溶液中的大部分氯化鈉分離出，在冷凝水達(dá)到表5中的條件3下，氯化鈉的占比達(dá)到80%以上，此后繼續(xù)提高濃縮倍數(shù)，氯化鈉的純度基本保持不變?？紤]到濃縮成本等因素，因此將條件3視為最佳濃縮條件。

1.2 母液再次冷析分析氯化銨

將上述熱過濾后的母液在20℃條件下冷析，可再次得到高純度的氯化銨。這一步得到的氯化銨可與一級蒸餾冷析后的氯化銨混拼后一起出售。所得氯化銨成分如表6所示。

離心分離氯化銨后剩余的母液水中，混鹽成分如表7所示。

這部分鹽水可直接套用回制備碳酸氫鈉的工藝中，從而保證整個(gè)流程無廢水外排。

表6 二級濃縮母液冷析氯化銨匯總

表7 一級蒸餾后的母液成分

2 成本核算

根據(jù)上述工藝，處理每噸母液水，所需要的原料成本如表8所示，其生成的鹽的收益如表9所示。

表8 處理每噸母液水的原料成本核算

表9 處理每噸母液水所得收益表

3 結(jié)語

用鹽酸中和母液，可除去母液中的其他組分，采用冷析分離可提高氯化銨的純度，回收得到的氯化鈉和最終母液都可以回用于制備碳酸氫鈉的工藝中。采用本工藝回收的氯化銨，純度可控制在98%以上，符合農(nóng)用氯化銨優(yōu)等品的標(biāo)準(zhǔn)，處理每噸母液水可獲利49.6元，且無三廢產(chǎn)生，是一種具有較高的經(jīng)濟(jì)可行性的工藝路線。