从复分解法生产碳酸氢钠的母液中回收氯化铵的新工艺

王迪 刘仲明 沈振雄 王汝 李兴(浙江闰土股份有限公司，浙江 绍兴 312300)

0 引言

碳酸氢钠，又称小苏打，是一种常见的化学品。在化工、农业、食品助剂领域有着应用的广泛。用氯化钠溶液与碳酸氢铵复分解法生产碳酸氢钠是一种较为成熟的工艺，有着原料来源广泛，生产成本低，工艺流程简单等优点，同时生成的氯化铵可作为副产物出售。目前氯化铵的回收通常采用冷冻法，将分离碳酸氢钠之后的母液直接冷却，以便析出氯化铵。该方法不仅氯化铵的回收率不高，且纯度偏低。

本文将改用蒸发法，先盐酸中和除去母液中残留的碳酸氢铵和碳酸氢钠，使母液中的成分变成氯化钠和氯化铵两种盐，然后浓缩蒸馏，分离两种盐来达到回收氯化铵的目的。

1 实验流程

饱和氯化钠溶液与碳酸氢铵复分解法生产小苏打后的母液中，除了含有大量的氯化铵外，还有少量残留的氯化钠、碳酸氢钠和碳酸氢铵，用盐酸将母液pH调至5～5.5，使其中的碳酸氢钠和碳酸氢铵转化成氯化钠和氯化铵，中和后的母液成分如表1。

表1 母液成分

1.1 分离混盐

氯化钠与氯化氨的溶解度曲线如图1。由图1可知，氯化钠的溶解度随温度变化较为稳定，而氯化铵则变化幅度较大，可根据两者在溶解度上的差别，高温分离出氯化钠，低温冷析分离出氯化铵。

取混盐溶液500g，减压蒸馏。分离盐饼时采用80℃热过滤和20℃冷析过滤两种方式，作为对比。分离后的盐饼经干燥粉碎称重后取样检测成分。在多个浓缩比例下进行分离，以便得到最佳浓缩比例。

实验数据如表2、表3所示。

通过实验数据可知，在氯化铵占混盐质量80%的条件下，热分离不能将氯化钠单独分离出来，在分离出来的盐饼中，氯化铵还是占绝大部分。而冷析分离可以得到高纯度的氯化铵，原因是在冷析过程中，随着大量氯化铵低温析出，之前析出的氯化钠重新溶解回溶液中，从而提高了氯化铵的纯度。因此将表3中的条件3视为分离氯化铵的最佳条件。二级蒸馏分离氯化钠一级蒸馏分离氯化铵后，母液中的成分如表4所示。

经过一级蒸馏后，母液中的氯化钠占混盐质量比大幅提升，由原溶液的17.11%升至36.13%。在此比例下，可通过蒸馏分离纯度较高的氯化钠。

取分离氯化铵后的母液500g，进行减压蒸馏，以冷凝水的质量来判断浓缩倍数，用80℃热过滤进行分离，得到的盐饼经干燥、粉碎后，称重，并分析其成分，进行多个浓缩比例条件，以便得到最佳浓缩比例。实验结果如表5所示。

图1 氯化钠与氯化氨的溶解度曲线(g/100g)

表2 热过滤混盐分离数据汇总

表3 冷析过滤混盐分离数据汇总

表4 一级蒸馏后的母液成分

表5 二级浓缩蒸馏实验结果汇总

通过本轮实验可知，在表4所述的混盐成分下，通过热分离可以将溶液中的大部分氯化钠分离出，在冷凝水达到表5中的条件3下，氯化钠的占比达到80%以上，此后继续提高浓缩倍数，氯化钠的纯度基本保持不变。考虑到浓缩成本等因素，因此将条件3视为最佳浓缩条件。

1.2 母液再次冷析分析氯化铵

将上述热过滤后的母液在20℃条件下冷析，可再次得到高纯度的氯化铵。这一步得到的氯化铵可与一级蒸馏冷析后的氯化铵混拼后一起出售。所得氯化铵成分如表6所示。

离心分离氯化铵后剩余的母液水中，混盐成分如表7所示。

这部分盐水可直接套用回制备碳酸氢钠的工艺中，从而保证整个流程无废水外排。

表6 二级浓缩母液冷析氯化铵汇总

表7 一级蒸馏后的母液成分

2 成本核算

根据上述工艺，处理每吨母液水，所需要的原料成本如表8所示，其生成的盐的收益如表9所示。

表8 处理每吨母液水的原料成本核算

表9 处理每吨母液水所得收益表

3 结语

用盐酸中和母液，可除去母液中的其他组分，采用冷析分离可提高氯化铵的纯度，回收得到的氯化钠和最终母液都可以回用于制备碳酸氢钠的工艺中。采用本工艺回收的氯化铵，纯度可控制在98%以上，符合农用氯化铵优等品的标准，处理每吨母液水可获利49.6元，且无三废产生，是一种具有较高的经济可行性的工艺路线。