Химия и технология сульфида натрия

А.Г. Прохоров, Л.Г. Гайсин, К.В. Ткачев
ХИМИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ
СУЛЬФИДА НАТРИЯ
Екатеринбург
Издательство Уральского университета
2004
2
УДК 661.833.511
П844
Прохоров А.Г., Гайсин Л.Г., Ткачев К.В.
П 844
Химия и технология сульфида натрия. – Екатеринбург:
Изд-во Урал. ун-та, 2004. – 244 с.
ISBN 5-7525-1291-3
В книге систематизированы сведения о физико-химических свойствах сульфида натрия, исходных и промежуточных соединений, используемых и образующихся в технологическом процессе, водных и безводных систем, содержащих сульфид натрия. Обобщен многолетний отечественный
опыт промышленного производства сульфида натрия с использованием
шахтных печей. Описаны основные стадии технологического процесса, их
физико-химические основы и аппаратурное оформление, материальные и
тепловые балансы. Освещены вопросы контроля производства и охраны окружающей среды. Рассмотрены тенденции развития производства сульфида
натрия как у нас, так и за рубежом. Приведены сведения об областях потребления, объемах производства и качестве продукта. Кратко изложена
технология производства гидросульфида и полисульфидов натрия.
Книга предназначена для инженерно-технических работников промышленных предприятий, связанных с производством и потреблением
сульфида натрия, специалистов научно-исследовательских и проектных организаций, а также может быть полезна студентам, аспирантам и преподавателям вузов, специализирующимся в технологии неорганических веществ.
Ил. 67. Табл. 27. Библиогр.: 312 назв.
© Прохоров А.Г., Гайсин Л.Г.,
Ткачев К.В., 2004
© Издательство Уральского университета, 2004
ISBN 5-7525-1291-3
3
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие ...........................................................................................................6
Введение................................................................................................................. 7
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ
ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ПРОИЗВОДСТВА СУЛЬФИДА НАТРИЯ
ГЛАВА 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОИЗВОДСТВЕ, ПОТРЕБЛЕНИИ И КАЧЕСТВЕ
СУЛЬФИДА НАТРИЯ ................................................................................ 10
ГЛАВА 2. ОБЗОР СПОСОБОВ ПОЛУЧЕНИЯ СУЛЬФИДА НАТРИЯ ............................... 15
2.1. Восстановление сульфата натрия твердыми углеродистыми
материалами......................................................................................................... 15
2.2. Восстановление сульфата натрия газообразными восстановителями.... 20
2.3. Абсорбция сероводорода гидроксидом натрия......................................... 23
2.4. Электролитический (амальгамный) способ .............................................. 24
2.5. Обменное разложение сульфида бария сульфатом, карбонатом и
гидроксидом натрия ............................................................................................ 25
ЧАСТЬ ВТОРАЯ
СВОЙСТВА СУЛЬФИДА НАТРИЯ И ДРУГИХ ВЕЩЕСТВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ И
ОБРАЗУЮЩИХСЯ В ЕГО ТЕХНОЛОГИИ
ГЛАВА 3. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ......................................................... 28
3.1. Сульфид натрия ............................................................................................ 28
3.2. Гидросульфид и полисульфиды натрия..................................................... 31
3.3. Сульфат, сульфит и тиосульфат натрия..................................................... 33
3.4. Карбонат, бикарбонат и гидроксид натрия ............................................... 37
3.5. Соли бария .................................................................................................... 38
3.6. Газообразные соединения ........................................................................... 40
3.7. Твердые углеродистые материалы ............................................................. 42
ГЛАВА 4. ВОДНЫЕ И БЕЗВОДНЫЕ СИСТЕМЫ, СОДЕРЖАЩИЕ СУЛЬФИД НАТРИЯ .... 44
4.1. Водные системы ........................................................................................... 44
4.1.1. Система Na2S-H2O ......................................................................... 44
4.1.2. Система Na2S - Na2SO4 - H2O ....................................................... 45
4.1.3. Система Na2S - Na2СO3 - H2O ....................................................... 47
4.1.4. Система Na2S – BaS - H2O ............................................................ 47
4.2. Безводные системы Na2S – Na2SO4 и Na2S – Na2CO3 ............................... 50
ЧАСТЬ ТРЕТЬЯ
ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРОИЗВОДСТВО СУЛЬФИДА НАТРИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ
ШАХТНЫХ ПЕЧЕЙ
ГЛАВА 5. ИСХОДНОЕ СЫРЬЕ И ГОТОВЫЙ ПРОДУКТ. ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА, РАСХОД СЫРЬЯ И ЭНЕРГОРЕСУРСОВ, МАТЕРИАЛЬНЫЙ
БАЛАНС ПРОИЗВОДСТВА ......................................................................................... 52
ГЛАВА 6. БРИКЕТИРОВАНИЕ СУЛЬФАТА НАТРИЯ И ПРИГОТОВЛЕНИЕ ШИХТЫ ...... 58
6.1. Описание технологической схемы. Оборудование .................................. 59
6.2. Теория процесса. Обзор исследований ...................................................... 60
4
ГЛАВА 7. ВОССТАНОВЛЕНИЕ СУЛЬФАТА НАТРИЯ .................................................. 62
7.1. Описание. Оборудование ............................................................................ 62
7.2. Физико-химические основы процесса ....................................................... 65
7.2.1. Развитие теории восстановления сульфата натрия.................... 65
7.2.2. Термодинамический анализ основных и побочных реакций.
Графическое изображение условий равновесия в системе
Na2S-Na2SO4-C-CO-CO2. Экспериментальное исследование
условий равновесия в системе Na2S-Na2SO4-CO-CO2 ............... 70
7.2.3. Кинетика восстановления сульфата натрия металлургическим
и нефтяным коксом. Аналитическая зависимость для скорости
процесса. Развитие вторичных процессов. Влияние
пористости восстановителя .......................................................... 91
7.3. Развитие тепловых и химических процессов по высоте шахтной печи.
Материальный и тепловой балансы шахтной печи ....................................... 104
ГЛАВА 8. ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ ПЕЧНОГО ПЛАВА .................................................... 114
8.1. Описание стадии. Оборудование.............................................................. 114
8.2. Влияние различных факторов на процесс выщелачивания................... 115
ГЛАВА 9. ОЧИСТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ГАЗОВЫХ ВЫБРОСОВ ШАХТНОЙ ПЕЧИ . 116
9.1. Описание стадии. Оборудование.............................................................. 116
9.2. Обзор исследований по очистке газов от H2S и SO2 и выбор
рационального способа применительно к газам шахтных
печей ........... 117
ГЛАВА 10. ФИЛЬТРАЦИЯ ШЛАМОВЫХ ПУЛЬП ...................................................... 122
10.1. Описание стадии. Оборудование............................................................ 122
10.2. Влияние различных факторов на процесс фильтрации ....................... 123
ГЛАВА 11. УПАРКА ПРОДУКЦИОННЫХ РАСТВОРОВ. ГРАНУЛЯЦИЯ ПРОДУКТА 124
11.1. Описание стадии. Оборудование............................................................ 124
11.2. Варианты аппаратурного оформления процессов грануляции растворов
и водного плава сульфида натрия.................................................................... 126
ГЛАВА 12. КОНТРОЛЬ И АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА ................................ 132
ГЛАВА 13. ОТХОДЫ ПРОИЗВОДСТВА, СТОЧНЫЕ ВОДЫ И ВЫБРОСЫ В
АТМОСФЕРУ. ПУТИ СНИЖЕНИЯ ВРЕДНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА
ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ ....................................................................... 134
ГЛАВА 14. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ В ПРОИЗВОДСТВЕ СУЛЬФИДА НАТРИЯ ...... 136
ЧАСТЬ ЧЕТВЕРТАЯ
АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ СУЛЬФИДА НАТРИЯ
ГЛАВА 15. КОНВЕРСИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ СУЛЬФИДА НАТРИЯ ......................... 138
15.1. Общие сведения........................................................................................ 138
15.2. Экспериментальные и опытные работы ................................................ 143
15.3. Промышленный процесс производства сульфида натрия
конверсионным способом ................................................................................ 154
ГЛАВА 16. ВАРИАНТЫ АППАРАТУРНОГО ОФОРМЛЕНИЯ ПРОЦЕССА
КАРБОТЕРМИЧЕСКОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ СУЛЬФАТА
НАТРИЯ .............................................................................................. 161
16.1. Вращающиеся барабанные печи............................................................. 162
5
16.2. Циклонные печи ....................................................................................... 163
16.3. Электропечи.............................................................................................. 166
16.4. Циклонно-электротермический способ ................................................. 167
ГЛАВА 17. ВОССТАНОВЛЕНИЕ СУЛЬФАТА НАТРИЯ ГАЗООБРАЗНЫМИ
ВОССТАНОВИТЕЛЯМИ ........................................................................ 169
17.1. Низкотемпературный метод.................................................................... 169
17.2. Высокотемпературный метод ................................................................. 170
ГЛАВА 18. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОИЗВОДСТВЕ ГИДРОСУЛЬФИДА И
ПОЛИСУЛЬФИДОВ НАТРИЯ ................................................................. 177
ПРИЛОЖЕНИЯ .................................................................................................183
ПРИЛОЖЕНИЕ I. Сводка термодинамических характеристик веществ ....184
ПРИЛОЖЕНИЕ II. Температурная зависимость изменения изобарноизотермичесокго потенциала реакций образования
соединений из элементов .............................................186
ПРИЛОЖЕНИЕ III. Значения коэффициентов в уравнениях
температурных измерений изобарно-изотремических
потенциалов реакций образования сульфида натрия,
побочных соединений в процессе восстановления
сульфата натрия (упрощенные уравнения) ..................190
Литература..........................................................................................................194