分析纯元明粉生产新工艺

张淑样（南风集团技术中心，山西运城044000）

分析纯元明粉生产新工艺

张淑样
（南风集团技术中心，山西运城044000）

详细地阐述了以元明粉生产过程中的半成品（即离心机分离的湿元明粉）90硝为原料，经过溶解、除钙镁、调pH、蒸发、分离、干燥等一系列工序，生产出符合《化学试剂无水硫酸钠》GB/T9853—2008技术指标的分析纯元明粉。主要中控参数:溶液pH为3～6，蒸发终点控制在母液中Ca2+质量浓度≤0.55g/L。该工艺生产分析纯元明粉，具有工艺过程简单，产品溶解性好、纯度高、质量稳定，辅料廉价易得，生产成本小、利润空间大等优点，值得在高纯元明粉行业推广应用。

分析纯元明粉；控制pH；硫酸钠

特种元明粉、药用芒硝、元明粉深加工产品等一系列高附加值的元明粉终端产品的出现彻底改变了元明粉只能作为廉价基础化工原料的传统观念［1-2］。据统计，特种元明粉在饲料、玻璃、医药等行业新增用量已达110万t，预测到2018年，市场需求量会达到元明粉市场总量的20%［3］。分析纯元明粉由于其特殊的用途，其应用领域正在不断开拓，市场前景非常广阔［4］。近几年，分析纯元明粉市场更是火爆，价格是普通元明粉的8～10倍，产品供不应求。目前国内市场容量约为3万t/a，抓住市场经济机遇，开发生产分析纯元明粉意义重大。

1　实验部分

1.1实验原料

主要原料采用南风集团元明粉分公司生产的半成品90硝和软化水，其次有工业硫酸、纯碱等。

原料90硝质量指标见表1。软化水指标见表2。

表1　原料90硝质量指标　%

表2　软化水指标

1.2分析纯元明粉执行标准

分析纯元明粉质量执行国标《化学试剂无水硫酸钠》GB/T 9853—2008标准。

1.3设备与仪器

烧杯、量筒、电动搅拌器、电炉、电子秤、真空抽滤装置、烘箱等。

1.4分析与测试方法

产品所有指标均按GB/T 9853—2008标准执行。其中:主含量根据滴定法测定；水不溶物和灼烧失量按照重量法测定；氯化物、磷酸盐、总氮量按照比色法测定；钙、铁、重金属等微量元素按照原子吸收法测定。

2　实验结果与讨论

2.1原料全分析检测结果与标准比较

取90硝原料进行全分析化验，对比原料与指标的差别，检测结果见表3。

表3　原料全分析检测结果与标准对比

由分析对比结果看，原料除了pH、水不溶物、澄清度、氯化物、钙离子5项指标不合格外（带*号的），其余各项均达分析纯元明粉指标，故实验过程中产品一般情况下重点分析这几项。由于分析纯各项指标要求比较高，故选用南风集团元明粉分公司生产的半成品90硝为原料，虽已经过一次重结晶，但90硝中钙离子、氯离子超标比较多，氯离子可采用洗涤达标，水不溶物、澄清度采用过滤也可达标，相对而言钙离子不好处理，实验中重点解决产品中钙离子超标的问题。

2.2工艺路线的确定

分析纯元明粉的生产工艺比较简单，但由于其质量纯度要求高，质量指标达12项之多，而且其中杂质离子指标要求全是10-6级，这就要求在生产过程中对杂质离子控制非常严格，尤其是钙离子，它不同于其他一些可溶性的杂质离子，硫酸钙是微溶物，据资料介绍，当温度超过100℃，硫酸钙几乎不溶［5］，而且随着温度的升高，硫酸钙会全部结晶到产品中，而元明粉的蒸发温度全部超过100℃，本项目利用硫酸钙在酸性环境中溶解度增大的特性，通过控制溶液的pH来解决这一难题，从而制备出高纯度的分析纯元明粉。

本着简而精的工艺原则，制定了3条工艺路线进行实验。

路线1:重结晶。工艺流程见图1。

图1　路线1工艺流程简图

根据路线1进行实验，重结晶后产品:w（Ca2+）= 0.008%［标准w（Ca2+）≤0.002%］；w（Cl-）=0.014%［标准w（Cl-）≤0.001%］。

采用此工艺路线，由于只是简单的重结晶过程，产品质量很差，Cl-可以通过洗涤来解决，而Ca2+质量分数是标准的4倍，严重超标，此工艺路线不可取。

路线2:先除杂，再重结晶。工艺流程见图2。

图2　路线2工艺流程简图

根据路线2进行实验，实验结果见表4。

表4　工艺路线2的实验结果

加纯碱除钙，做了许多组实验，摸索了许多条件，通过表4数据可以看出，Cl-通过用热水淋洗原料，基本就可以达标；产品pH通过加硫酸，将溶液调为酸性即可达标；而Ca2+似乎无规律可循，即使纯碱过量很多，溶液中Ca2+浓度大小似乎与产品中Ca2+含量不成比例。因为溶液中的钙离子很微量，仅0.3～0.4 g/L，如果要想将钙离子以沉淀形式除去，反应不但十分缓慢，而且极不完全，按反应最好的计算，除钙率仅为40%左右，导致产品中的钙含量很不稳定，产品的重现性也不好。前面加纯碱除钙，后面加酸调pH，势必消耗过多的酸，而细比较实验条件，可以看出产品的钙含量多少好像与溶液的pH大小有关，从表4数据看，pH越低，产品中的钙越少。受此启发，笔者又重新制定了工艺路线。

路线3:不除钙，仅控制溶液pH。工艺流程见图3。

图3　路线3工艺流程简图

根据路线3进行实验，实验结果见表5。

从表5数据可以看出，即使不加纯碱除钙，仅靠控制溶液的pH，产品中的钙就可以达标，可见溶液的pH是一个很重要的控制参数。

表5　工艺路线3的实验结果

比较以上3条工艺路线，路线3在不需要加过多的药剂和工序的前提下，就可以解决产品钙离子不达标的难题。故确定路线3作为生产分析纯元明粉的较佳工艺路线。

2.3溶液pH范围确定

从路线2和路线3实验结果看，溶液的pH和产品中的钙离子含量有一定的关系，即溶液的pH越低，产品中的钙离子含量越小，但如果溶液的pH很低，势必会对设备的材质提出过高的要求，故蒸发溶液需要选取一个合适的pH范围，既能使产品钙离子达标，又不损害设备。实验结果见表6。

表6　溶液pH范围的实验结果

经过比较溶液的pH和产品中的钙离子含量，最后确定溶液的pH为3.0～6.0，在此范围内可生产出符合分析纯指标的元明粉。

2.4蒸发终点母液中钙离子含量确定

分析纯元明粉的生产不同于普通元明粉，其产品质量指标要求比较高，尤其是一些微量离子，如果蒸发母液一直在系统中循环，各种杂离子就会富集起来，势必造成产品不合格，但母液怎么排放，排多少，就需要有一个中控指标来控制。就以最难处理的钙离子作为中控指标，不断测取母液中的钙离子浓度和产品中钙含量做对比，以控制蒸发母液中钙离子含量作为确定蒸发终点的指标。实验结果见表7。

表7　蒸发终点母液中钙离子浓度实验结果

由此可见，即使控制了溶液的pH，但母液中的钙离子达到一定浓度后，也会进入产品中，影响产品质量。通过实验将蒸发终点母液中钙离子质量浓度定为≤0.55 g/L。如母液中钙离子质量浓度高于0.55 g/L，母液就必须排放，不能再在系统中循环。

2.5中控参数

1）90硝溶解后溶液密度为1.25～1.27 g/L，溶解温度≥60℃；2）90硝水溶液过滤后溶液澄清度试验≤3号；3）蒸发前90硝水溶液pH为3.0～6.0；4）蒸发母液中Ca2+质量浓度≤0.55 g/L。

2.6分析纯元明粉产品全分析结果

表8为分析纯元明粉产品全分析结果。

表8　分析纯元明粉产品全分析结果

3　结论

以南风集团元明粉分公司生产的半成品90硝为原料，经过溶解、调pH、蒸发、分离、干燥等一系列工序，生产出符合GB/T 9853—2008技术指标的分析纯元明粉。该工艺生产分析纯元明粉，具有工艺过程简单，产品溶解性好、纯度高、质量稳定，辅料廉价易得，生产成本小、利润空间大等优点，值得在高纯元明粉行业推广应用。

［1］张国红.元明粉行业形势分析［J］.盐业与化工，2014（12）:1-4.

［2］原淑爱.大颗粒元明粉的制备研究［J］.无机盐工业，2007，39（11）: 36-38.

［3］胡睿，卫高玠，裴荣雅.中国元明粉行业应该逐步实现错位发展［J］.无机盐工业，2015，47（7）:1-4.

［4］赵毅，刘云琴.关于生产精制元明粉的探讨［J］.无机盐工业，2005，37（12）:41-42.

［5］什谢也娃JI B.硫酸钠的性质和制造［M］.山西:山西运城盐化局，1988:59.

联系方式：zhangsy70@126.com

Novel production process of analytical grade sodium sulfate

Zhang Shuyang
（Technique Center，Nafine Chemical Group，Yuncheng 044000，China）

The production of analytical grade sodium sulfate，which matches GB/T 9853—2008，by using 90%sodium sulfate （the semi-finished wet products collected from centrifuge）obtained from the general process as raw material has been presented.The procedures generally include dissolution，pH adjusting，evaporation，separation，and drying etc..The main central parameters are that the solution pH must be between 3～6，and the terminal control point in evaporation requires that the concentration of Ca2+ions within the mother liquor must be no more than 0.55 g/L.It is assumed that the as-prepared analytical grade sodium sulfate products are of high solubility，high purity，and stable quality.Moreover，the process is also of great advantages of simple，low cost，and high profit，which promise it expansive potentials.

analytical grade sodium sulfate；pH controlling；sodium sulfate

TQ420

A

1006-4990（2016）07-0048-03

2016-01-18

张淑样（1970—），女，高级工程师，硕士，主要从事盐湖卤水、镁盐及无机化工产品的研究开发，已发表论文多篇。