纯碱生产中的硫化物除铁工艺技术

＊孙 瑞

（江苏苏盐井神股份有限公司第三分公司 江苏 223200）

纯碱也就是指碳酸钠，化学品的纯度通常超过了99.5%。纯碱其实并非属于碱类，而是属于盐类，有时候也将其称之为碱灰或者苏打。纯碱是非常重要的有机化工原料，广泛应用在多个工业领域。此外，纯碱在生活洗涤和食品加工等方面也具有不可替代的应用价值。在纯碱生产的过程中，由于某些生产反应的影响，会产生一定数量的铁物质，随着时间的推移，这些铁就会对产品的质量造成不利的影响，因此，相关企业需要重视对铁的消除处理。

1.纯碱生产方法

现阶段，应用比较广泛的纯碱生产方法主要包括以下三种，即联合制碱法、天然碱加工法以及氨碱法。在三种生产方法中，氨碱法由于其独特的优势，得到了广泛的应用。氨碱法在我国的历史非常悠久，具有成熟的工艺技术，生产效率和质量都非常显著，受到了纯碱生产企业的青睐。氨碱法所使用的原料比较低廉，具有较高的性价比。通过氨碱法来进行纯碱生产，可以避免对石矿和天然盐的过度开采和依赖[1]。同时氨碱法的操作流程比较简单，生产方式方便快捷，能够进行大规模的不间断生产，再通过生产机械设备的有效运用，能够极大地提高纯碱生产的效率。同时，通过氨碱法生产出来的产品品质也非常良好，保障了纯碱生产企业的经济效益和社会效益。在使用氨碱法开展纯碱生产的时候，企业需要结合生产目标，严格按照相关流程逐步进行生产操作。氨、石灰石以及食盐等是氨碱法主要运用的原材料，现阶段，纯碱生产所用的机械设备通常都是碳钢或者铸铁材质的，当含Cl-、CO32-等强电解质溶液进入这些设备之后，就会跟设备某些部件发生特殊的电化学反应，对设备造成腐蚀问题。同时，在该过程中还会产生铁离子，这些铁离子会在空气的影响下形成三氧化二铁，对产品的纯度造成一定程度的损坏，因此在进行纯碱生产的时候，相关企业需要做好除铁处理工作。

2.纯碱生产中出现纯碱铁分偏高的原因

塔器以及管道等是纯碱生产过程中必不可少的组成部分，通常情况下，这些组件都是属于碳钢材料。而在实际生产的时候，氨盐水、氨II以及各种气体都会对钢铁产生一定的腐蚀作用，比较常见的包括电化腐蚀以及化学腐蚀两种。在这种情况下，无可避免地会产生一定数量腐蚀物，这些腐蚀物的成分较为复杂。如果出现了生产系统波动的情况，或者没有对生产过程进行严格的质量把控，没有采取科学合理的措施进行预防，被腐蚀物接触过的液体以及固体介质就会被带入产品，进而形成铁高碱，也通常被称之为“红碱”。形成这种现象的原因是多样的，现进行如下分析：

（1）进入碳化塔中的窑气、炉气含氧高。在纯碱生产过程中，煅烧环节会产生一定数量的炉气，而石灰车间也含有部分窑气，在这样的背景下，就会有部分气体进入到碳化塔系统，而这些气体的含氧量会对产品质量产生非常重要的影响。如果气体中的氧气含量过高，就很容易造成纯碱铁分偏高的问题。

（2）碳化塔清洗过度。在纯碱生产时，如果没有对生产工艺进行严格的管理和把控，或者对碳化塔进行了过度清洗，都会对产品质量产生一定的影响。在实际生产过程中，有时会出现设备故障问题，在对设备进行相应的检修以后，开启碳化塔作业，制碱时间相对较短，碳化塔里面的结疤较少，改为清洗塔，此时中和水的含铁量会高出正常标准，进而使得纯碱铁分偏高。

（3）系统硫化钠消耗大,硫化钠加入量偏少。在纯碱制作环节，会对机械设备产生一定的腐蚀作用，影响设备的性能和使用寿命，因此为了延长机械设备的使用寿命，并且避免产生红碱问题，就需要结合实际情况在工艺系统中添加适量的硫化钠。而在实际生产过程中，部分企业没有对碳化塔工艺进行有效的管理和把控，在纯碱生产时存在一定的波动，碳化塔保护膜受到各种因素的影响而产生脱落问题，对硫化钠造成了较大的损耗，而生产单位没有及时发现并采取有效的措施进行处理，使得产品中的铁分含量超出正常标准。

（4）如果碳化塔停塔时间过长，长时间暴露在空气之中，设备就会受到一定的影响而产生铁锈，或者在其表面存在过多的杂质，如果在开塔之前没有对其进行有效的处理，碳化塔表面保护膜的效果就会大打折扣，使得部分含铁物质进入到生产系统中，对产品质量造成不利影响。

3.纯碱生产中的硫化物除铁工艺

现阶段运用比较广泛的硫化物添加剂包括硫化氢气体以及硫化钠溶液，在氨碱生产中，将含硫氨水加入氨盐水中，在联碱生产中，在氨II加入硫化钠，不同的添加剂具有不同的优缺点，在运用硫化物添加剂除铁的时候，要根据实际情况进行选择，以保证除铁的实际效果。

(1)硫化氢气体

①硫化氢气体添加剂的添加方式包括以下两种情况：可以在氨盐水及氨II吸氨结束之后添加硫化氢气体，也可以将硫化氢气体添加在二氧化碳压缩机的入口处。在使用硫化氢进行除铁操作的时候，相关人员需要注意气体在水中是不能实现完全电离的，因此通常会选择将硫化氢混合到二氧化碳气体管线里，再利用二氧化碳压缩机注入系统之中，进而实现除铁的目的。利用硫化氢气体除铁的流程比较简便，但是在实际运用时，要对以下几个方面给予足够的重视，采取科学合理的措施，以保证除铁的效率和质量[2]。A.在注入二氧化碳以后，氨盐水及氨II可能会产生碳酸化的现象，铁会和H2S产生一定的化学反应，进而生成FeS，随着反应的持续进行，FeS数量随之增加，最后随着重碱带出，在经过煅烧处理以后，就会产生红碱问题，进而使得纯碱产品的铁含量严重超出有关标准。B.部分硫化物结晶会沉淀于管道和设备的其它部位，处理起来比较困难，这些结晶沉淀会进一步引发管道堵塞，从而使得纯碱生产无法正常有序的开展，也对后期检修工作的开展造成了严重的阻碍。因此，相关人员需要重视对氨盐水及氨II的科学保护，确保金属表面S2-浓度始终维持在正常标准，并且对H2S的含量进行严格的把控。

②硫化氢属于弱电解质，H+和HS-是水溶液中主要的离子，因此随着时间的推移会慢慢呈现出酸性。通过将气体添加到氨盐水及氨II之中的方式，能够生成硫化氢水溶液，具有碱性特征的氨盐水及氨II能够有效对电离产生H+离子的中和，进而推动HS-离子生成S2-离子。

③合理利用合成氨副产品硫化氢混合气，能够让铁离子在澄清桶中发生沉淀，逐渐排除出去，避免硫化物结晶对管道造成堵塞，保证纯碱生产的持续开展，同时也能够降低氨盐水及氨II中铁的含量，提高纯碱产品的纯度[3]。

④将硫化氢在澄清桶前加入到氨盐水及氨II中，不仅能够有效减少纯碱生产的成本投入，还可以避免某些杂质混入系统，保证了纯碱生产产品的质量。当气相充满所有设备以后，设备内部就能够生成保护硫膜，对设备进行有效的保护，避免产生腐蚀现象。在实际运用的时候，可能会存在以下问题：

A.硫化氢本身具有一定的危险性，同时该物品的爆炸下限较低，如果操作不当，就很容易引发严重的安全事故。

B.运用合成氨副产品可能会让硫化氢含量发生改变，进而影响实际运用的效果。

C.硫化氢还原特性比较显著，在和空气接触的时候，非常容易出现氧化现象，进而增大氨盐水及氨II的浊度，或者导致产品中含有一定数量的硫酸盐。

⑤在通过硫化氢气体进行除铁操作的时候，有关人员需要对以下几个方面给予足够的重视：

A.硫化氢气体具有腐蚀性，会对碳钢管道造成一定的影响。

B.硫化氢气体属于危险物品，在使用硫化氢气体的时候必须严格遵守标准流程和规范，避免产生气体泄漏的现象，否则对工作人员的生命安全造成严重的威胁。同时，纯碱生产企业应该在容易发生泄漏问题的地方配备报警装置，当气体浓度达到一定程度的时候，报警器能够第一时间发出警报，以便工作人员及时做出反应，减少泄漏问题带来的不利影响。

C.工作人员在添加氨副产品的时候，应该对混合气流量和H2S含量进行全面实时的监督和把控，确保加硫量的持续性和稳定性，避免因为流量不稳定而带来的不利影响。

D.工作人员需要确保设备和管道的密闭性能，防止硫化氢和空气进行过度的接触，对硫酸盐产生量进行严格的把控。

(2)硫化钠溶液

①如果在添加硫化氢气体以后产生氨盐水及氨II加硫运行不合理的问题时，就会用硫化钠溶液进行代替，以避免产生系统铁指标波动幅度异常的状况。在实际运用的时候，工作人员需要根据实际情况和除铁需求，采购适用性更强的硫化钠固体，再对固体进行溶解处理，使其转化为硫化钠溶液，然后慢慢注入氨盐水及氨II。硫化钠溶液和硫化氢加硫技术具有一定的相似点，都是经过反应以后生成诸如FeS的沉淀物，然后通过澄清桶进行排除。工作人员需要对加硫量进行严格的把控，以保证除铁的实际效果。

②在使用硫化钠溶液进行除铁处理的时候，工作人员需要注意以下几个方面：

A.由于硫化钠是硫酸钠特殊处理以后的产物，在运用的过程中，会由于某些因素的影响而出现过多的杂质，进而影响成品的质量。

B.液相硫化钠的运用会遭到液体作用空间的束缚，硫化膜反应效果无法得到有效的保证。

C.随着硫化钠溶液的不断增加，产品的可控空间就会不断压缩，在达到一定程度的时候，就非常容易产生多余硫化钠进入到后续系统中的问题，煅烧炉中的炉气含有数量众多的硫化氢气体，硫化氢气体会在系统中不断保持循环，严重损坏了纯碱产品的质量。

D.硫化钠溶液会在碱性环境中产生硫化氢，进而影响硫分的稳定性，在严重的时候还会导致中毒问题，对工作人员的生命安全造成了严重的威胁，不利于纯碱生产安全稳定的开展。

③相关企业在运用硫化钠溶液开展除铁工作的时候，应该对以下几点进行严格的把控：

A.硫化钠具有一定的腐蚀性，会对碳钢管道造成一定的影响，因此最好采用不锈钢管材。

B.工作人员在处理固相硫化钠的时候，应该对蒸汽凝水的温度进行严格的把控，通常需要保持在60℃左右。

C.在采购材料的时候，要对材料的杂质含量进行细致的检测和严格的把控，尽量使用杂质含量较少的材料，以保证纯碱生产成品的质量。

D.工作人员可以利用沉积的形式来处理硫化钠中含有的部分杂质，同时利用对带锥形立式筒来有效处理硫化钠溶液，尽量消除杂质对纯碱生产的不利影响。

E.纯碱生产企业需要在容易发生泄漏的位置安装有毒气体报警装置，为工作人员提供更加安全可靠的生产环境。

4.控制产品中铁含量的其它措施

(1)降低系统的氧含量

生产设备出现腐蚀问题是造成纯碱铁分偏高的重要影响因素，因此相关企业应该对生产系统中的含氧量进行严格的把控。中、下段气都具有一定的氧气含量，在进入到碳化塔内部以后，会和气液产生非常强烈的接触，使得部分氧气溶解在氨盐水或者中和水里，这会对管道等造成比较严重的腐蚀作用。通常情况下，这些气体主要来自于煅烧炉和石灰窑，因此相关企业应该对这两个生产部分给予足够的重视，降低气体中的氧气含量，保证纯碱生产的质量。

(2)控制好碳化清洗塔的操作

在纯碱生产过程中，清洗塔操作情况对于纯碱产品的最终质量有着非常直接的影响。如果没有对其进行全面细致的清洗，在长时间的制碱过程中，塔内的结疤就会大量堆积，进而对气液通道进行压缩，造成冒塔现象。在这种情况下，就会有大量的液体进入尾气系统，对纯碱生产造成严重的不利影响，破坏产品的质量。另一方面，清洗过度也会影响产品质量。因为被过度清洗的塔面很容易受到各种介质的影响，到严重的腐蚀作用，进而使得一定数量的铁离子进入到溶液之中，造成红碱问题。因此，相关单位应该结合实际情况科学合理地制定清洗周期，确保清洗的科学性和合理性，为纯碱生产打下坚实的基础。

(3)采用耐腐蚀材料和防腐技术

近年来，我国科学技术水平正在不断提高，各种新型材料也在纯碱生产中发挥着重要的作用，防腐技术也得到了相应的升级和优化。在纯碱生产过程中，生产单位需要积极运用新兴技术和设备，增强设备的防腐性能，为纯碱生产打下坚实的基础，保证纯碱生产的质量。在实际运用的时候，相关单位可以对塔壁等进行防腐处理，采用具有防腐性能的材料涂抹表面。此外，可以使用钛材管道，避免管道受到腐蚀作用。部分纯碱设备制造企业还会在设备生产过程中适当地添加其它金属，生产铸铁合金材质，这种材质具有非常强大的抗腐蚀性能。

5.结语

综上所述，硫化物除铁工艺技术的运用效果非常显著，可以对设备进行有效的保护，避免其出现腐蚀问题，同时还能够减少纯碱产品中铁的含有量，保证纯碱产品的质量。在实际运用的时候，工作人员需要注意硫化氢气体添加的科学性和合理性，保证硫分的稳定性，进而收获更加显著的除铁效果。除此之外，国家有关部门和企业还应该加强对硫化物除铁工艺技术的研究，不断提高除铁的效率和质量，为我国纯碱生产行业的持续健康发展打下坚实的基础。