Производство соды: кальцинированной, каустической

В качестве примера рассмотрим способ спекания. Этот способ включает: 1) производство глинозема с получением в качестве побочных продуктов содопоташного раствора и нефелинового шлама; 2) производство соды и поташа из содопоташного раствора; 3) производство цемента из нефелинового шлама.[5]

 

 

 

 

 

 

На практике применяется также схема переработки содопоташных растворов без выделения сульфата калия и хлористого калия. В этом случае содержащийся в исходном растворе сульфат калия переходит в основном в соду, а тиосульфаты и хлориды в поташ, загрязняя эти продукты.[6]

В нашей стране этот способ успешно применяется также для переработки кияалтырских уртитов без предварительного обогащения, а также может быть применен для переработки других видов нефелинового сырья.[6]

Кальцинированная сода из нефелинового сырья должна удовлетворять требованиям ГОСТ 10689-75. Основные области применения этой соды: производство глинозема и никеля, стекольная и целлюлозно-бумажная промышленности.[6]

При электрохимическом производстве каустической соды выделяют три основных метода:  диафрагменный, мембранный и ртутный. При этом большинство каустической соды производится диафрагменным методом.[6]

Раствор соли в диафрагменном электролизере непрерывно подаётся в анодное пространство и протекает через, как правило, нанесённую на стальную катодную сетку асбестовую диафрагму, в которую, иногда, добавляют небольшое количество полимерных волокон.[6]

Во многих конструкциях электролизеров катод полностью погружен под слой анолита (электролита из анодного пространства), а выделяющийся на катодной сетке водород отводится из под катода при помощи газоотводных труб, не проникая через диафрагму в анодное пространство благодаря противотоку.[6]

Противоток — очень важная особенность устройства диафрагменного электролизера. Именно благодаря противоточному потоку направленному из анодного пространства в катодное через пористую диафрагму становится возможным раздельное получение щёлоков и хлора. Противоточный поток рассчитывается так, чтобы противодействовать диффузии и миграции OH- ионов в анодное пространство.[6]

Процесс описывается следующими уравнениями:

Анод: 2Cl− — 2е− → Cl2↑ 

Катод: 2H2O + 2e− → H2↑ + 2OH−

Суммарно: 2NaCl + 2H2O → H2↑ + Cl2↑ + 2NaOH

В качестве анода в диафрагменных электролизерах может использоваться графитовый или угольный электроды. На сегодня их в основном заменили титановые аноды с окисно-рутениево-титановым покрытием (аноды ОРТА) или другие малорасходуемые.[6]

Полученный гидроксид натрия сливают с осадка не прореагировавших солей и отправляю на сушку и грануляцию.[6]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1— бетонное днище; 2 — стальной катод; 3 — бетонная крышка; 4 — труба для подачи рассола; 5 — труба для отвода хлора; 6 — графитовые аноды; 7 — штуцер для удаления водорода;  8 — трубка для слива электролитического щелока;  9 — медный токоведущий 
стержень.

Основные потребители

Сода кальцинированная находит достаточно широкое применение в современном мире: от пищевых добавок до сырья в крупнотоннажных производствах. В частности на производство стекла расходуется 48% всей получаемой соды, еще 24% потребляет химическая промышленность, в то время как на бытовые нужды приходится настолько незначительный процент что он попадает на диаграмме в категорию «другие».[7]

 Если говорить о соотношении потребления сортов соды в России, то в стекольной промышленности потребляется в основном декагидрат карбоната натрия (тяжелая сода), в металлургии и нефтехимии – нефелиновая.[7]

Таблица 4. Структура потребления соды по маркам (в %)

Марка соды	кристаллическая	кальцинированная	нефелиновая
Стекольная промышленность	68	29	17
Цветная металлургия	10	37	42
Химическая промышленность	12	16	18
Целлюлозно-бумажная промышленность	5	17	16

 

В потреблении каустической соды на первое место выходит химия и нефтехимия (41,9%), что неудивительно. Гидроксид натрия участвует во многих органических реакциях, а так же является сырьем для производства гипохлорита натрия. На втором месте – целлюлозно-бумажная промышленность (19,3%), а на третьем – металлургия (10,2%). [7]

Не менее многообразно и применение хлора. На хлорирование воды расходуется всего 5.1% от общего объема получаемого хлора. а абсолютным лидером по его потреблению является химическая промышленность – 89,1%.  При этом  большая часть промышленно потребляемого хлора расходуется на производство мономеров: хлористый винил и дихлор этан (37,4%), эпихлоргидрин (11,5%).[7]

Факторы размещения и территориальной организации.

Факторы ориентации в содовой и хлорной промышленности различны. Это прослеживается по продуктам: сода – высоко транспортабельное сырье, гидроксид натрия и хлор – нет. Это приводит к тому, что в содовой промышленности решающим фактором размещения будет сырьевой, а в хлорной потребительский.[8]

Территориально это проявляется в том, что предприятия по производству соды расположены в районах добычи и переработки сырья, а предприятия по производству щелочей и хлора – в районах потребления и как правило связаны с другими химическими производствами: синтезом гипохлоритов, хлорсодержащих мономеров, соляной кислоты и так далее.[8]

 

Современное состояние содовой промышленности

В мире по производству кальцинированной соды лидерами являются  Китай (35%), США (31%), Индия (6%)и Россия (5%).  В целом за 2007 год было произведено около 47 млн. тонн соды из которой на природную приходится менее трети.[8]

Более детально можно рассмотреть, в качестве примера, современное состояние содовой промышленности в России.[8]

Как видно их рисунка объемы производства меняются незначительно и в целом неуклонно возрастают.[8]

На Российском рынке кальцинированной соды не малый сегмент представлен импортной продукцией (около 16% ). Основные поставщики соды – это  Украина (61%) и США (34%).[8]

Экспорт российской соды состовляет примерно 25% от общего объема производства и осуществляется в основном в страны СНГ, в частности, в Казахстан. В общем объеме экспорта в 1 полугодии 2009 г. на долю этой данной страны приходится 83%.[8]

Современное состояние хлорной промышленности

Если говорить о производстве каустической соды, то целесообразно рассмотреть объемы производства как собственно гидроксида натрия, так и хлора.[9]

Таблица 5 показывает, что, несмотря на колебания, производство каустической соды остается достаточно стабильным, колеблясь в пределах 1100-1300 тыс. тонн в год. При этом в том же 2009 году на экспорт ушло 39% производимого объема, в то время как импорт составил менее 3%.  Российский каустик импортируют в основном бывшие республики СССР: Украина (27 %), Узбекистан (24 %), Казахстан (16 %), Азербайджан (10 %), Эстония (4 %), Литва и Латвия (по 2 %). Российский каустик закупают Турция (6 %), Сирия (6 %), Египет (2 %) и некоторые другие страны дальнего зарубежья.[9]

Таблица 5. Объемы производства, экспорта и импорта каустика

	2000 год	2001 год	2002 год	2003 год	2004 год	2005 год	2006 год	2007 год	2008 год	2009 год
Производство (тыс. т)	1238	197,1	147	074,7	176	1232,8	265,5	296,9	1253,4	1112,5
Экспорт (тыс. т)	120	187,8	122,5	116,4	162,5	244,3	202,7	261,4	472,2	431,4
Импорт (тыс. т)	0,2	3,2	0,4	0,3	18,4	13,7	8	1,9	22,7	31,4

Аналогичные выводы прослеживаются и для объемов производства хлора, с той лишь разницей, что хлор в страну не ввозится.[10]

Таблица 6: Объемы производства, экспорта и импорт хлора

	2002	2003	2004	2005
Производство (тыс. т)	1021,9	997,2	1064,0	1105,0
Экспорт (тыс. т)	25,2	24,0	17,1	12,5

 

Экспорт российского хлора осуществляется, так же как и гидроксина натрия, в станы СНГ, при этом 48% поставок приходилось на Украину.  На втором месте Азербайджан (28%).[10]

 

 
Проблемы и перспективы развития

Одна из острых проблем содового производства – это связанное с ним экологическое загрязнение.[11]

В традиционной технологии кальцинированной соды на 1 тонну продукта приходятся следующие отходы: хлоридные стоки(состав: 115–125 г/л СаС12, 55–58 г/л NaCl и 20–25 г/л взвеси Са(ОН)2, СаСО3 и CaSO4)– около 9,1 м3, шлам от очистки рассола, содержащий 250–300 г/л взвеси Са(ОН)2 и Mg(OH)2 – 0,l м3, шлам дистилляции, недопал при обжиге мела или известняка, отделяемый в процессе получения известковой суспензии и содержащий СаСО3, СаО и золу топлива, около 55 кг. И хотя хлорид кальция используется в других отраслях промышленности, так или иначе идет рост площадей золоотвалов.[11]

Эту проблему несколько решает способ Хоу, однако хлорид аммония как удобрение имеет ограниченное сельскохозяйственное применение, а само содовое производство получает привязку к новому сырью – аммиаку.[6]

Экологически вредным является и хлорное производство, так как его продукты – хлор и гидроксид натрия – представляют собой агрессивные вещества. Другой крупный недостаток хлорного производства – это его высокие энерго- и фондоемкость. Энергоемкось выражается в больших затратах энергии на процесс электролиза, а фондоемкость – в быстром износе специфичного оборудования. [6]

Касательно перспектив развития можно отметить, что рост объемов производства синтетической соды будет только возрастать, что опять же связано с ростом населения. Увеличиваться так же будет и производство каустической соды, что в принципе неизбежно поднимет вопрос об утилизации хлора. Последний неизбежно возникнет в виду нарастания общемировых тенденций экологизации производства и перехода к биоразлагаемым материалам. [12]

Одним из примеров подобного перехода уже стал отказ от использования хлорированных пистицидов. Другой пример отказа от использования хлора – это ведущийся в мире поиск альтернативных способов обеззараживания воды.[12]

 

Список литературы:

1. Карапетьянц М.Х., Дракин С.И. Общая и неорганическая химия. М., «Химия», 1992.
2. Зайцев И.Д., ткач Г.А., Стоев Н.Д. Производство соды. – М.: Химия, 1986. – 312 с.
3. Шокин И.Н., Крашенинников С.А., Технология соды: Учебное пособие для вузов. – М.: Химия, 1975. – 287 с.
4. Позина М.Б., Балабанович Я.К. Технология глинозема и щелочей. Л., 1979.
5. Фурмер И.Э., Зайцев В.Н. Общая химическая технология. – М.: Высшая школа, 1978.
6. Шухардин С.В., Ламан Н.К., Федоров А.С. 'Техника в ее историческом развитии' - Москва: 'Наука', 1979 - с.416
7. ГОСТ 5100-85: Сода кальцинированная техническая (натрий углекислый)
8. ГОСТ 2263-79: Натр едкий технический

9. ГОСТ 2156-76: Натрий двууглекислый. Технические условия

10. ГОСТ 84-76: Натрий углекислый 10-водный

11. ГОСТ 10689-75: Сода кальцинированная техническая из нефелинового сырья. Технические условия.

12. ГОСТ 450-77 Кальций хлористый технический. Технические условия.