專利名稱：從鈉礦的鹽水生產(chǎn)鈉鹽的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種回收鈉化學(xué)品的改進(jìn)的方法，這包括碳酸鈉和碳酸氫鈉，它們來(lái)自于地下礦層，特別是天然堿，這些化學(xué)品可用于制造蘇打灰、碳酸氫鈉、苛性蘇打、碳酸鈉十水合物、碳酸鈉一水合物和其它含鈉化學(xué)品，本發(fā)明特別涉及了從溶解這類地下礦層所得的鹽水溶液中回收這些含鈉化學(xué)品的方法。
在懷俄明州的西南部的綠河(Green River)附近，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)處于地面下800到3000英尺(244-914m)的粗天然堿礦(Na2CO3·NaHCO3·2H2O)的巨大礦床。在土耳其和中國(guó)也已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了這類天然堿地下礦床。綠河的天然堿主礦床是一個(gè)厚約12英尺(3.6m)的礦層，在約1500英尺(457m)深，經(jīng)分析含天然堿約90％。綠河天然堿礦床覆蓋1000平方英里(2590km2)，并且由幾種不同礦床組成，它們通常相互交疊并由頁(yè)巖層所分隔。在某些地區(qū)，天然堿礦床存在于超過(guò)400英尺(122m)厚的地層中，有十層或更多層，約占總地層的25％。當(dāng)然，隨其在地層中的不同位置，天然堿礦的質(zhì)量相差很大。
在懷俄明州綠河開(kāi)采的粗天然堿的典型分析結(jié)果如下組分 百分比碳酸氫三鈉90.00NaCl 0.1Na2SO40.02有機(jī)物0.3不溶物 9.58
100.00由上述分析可看出，粗天然堿礦的主要成分為碳酸氫三鈉。雜質(zhì)，主要是頁(yè)巖和其它不溶物質(zhì)，的數(shù)量太高以致不能將這種粗天然堿礦直接轉(zhuǎn)變成能用于許多工業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品。因此，通常需將粗天然堿礦純化以除去或降低雜質(zhì)后，才能作為以下有價(jià)值的含鈉物質(zhì)而在市場(chǎng)銷售，如蘇打灰(Na2CO3)、碳酸氫鈉(NaHCO3)、苛性蘇打(NaOH)、碳酸氫三鈉(Na2CO3·NaHCO3·2H2O)、某種磷酸鈉(Na5P3O10)或其它含鈉化學(xué)品。
粗天然堿的一種主要用途是將它轉(zhuǎn)化和精煉成蘇打灰。為了將天然堿中的碳酸氫三鈉成分轉(zhuǎn)變成蘇打灰，工業(yè)上采用兩種不同類型的可行的方法。它們是“倍半碳酸鹽法”和“一水合物法”。
純化粗天然堿并生產(chǎn)純凈蘇打灰的“倍半碳酸鹽法”包括一系列步驟將開(kāi)采的粗天然堿溶解于循環(huán)的熱母液中，該母液含有比碳酸氫鹽過(guò)量的正碳酸鹽以同成分地溶解天然堿，從溶液中澄清分離出不溶性渣漿，將溶液過(guò)濾，濾液通過(guò)一系列真空結(jié)晶器，在結(jié)晶器中水被蒸發(fā)并將溶液冷卻以結(jié)晶出穩(wěn)定晶相的倍半碳酸鈉，將母液再循環(huán)以溶解更多的天然堿，而將倍半碳酸鈉晶體在足夠高的溫度下煅燒以將其轉(zhuǎn)變成蘇打灰。
后來(lái)開(kāi)發(fā)的更直接和簡(jiǎn)化的方法是“一水合物法”，它能通過(guò)一系列步驟得到致密的不含有機(jī)物的蘇打灰將粗天然堿在400℃到800℃溫度下煅燒以將其轉(zhuǎn)化成粗碳酸鈉，并通過(guò)氧化和干餾除去有機(jī)物后，再將粗碳酸鈉溶解在水中，澄清分離所得的粗碳酸鈉溶液以除去其中的漿狀不溶物，然后將溶液過(guò)濾，在蒸發(fā)系統(tǒng)中蒸去經(jīng)澄清分離并經(jīng)過(guò)濾的碳酸鈉溶液的水，從富集的母液中結(jié)晶出一水合碳酸鈉，煅燒該一水合晶體而制得致密的不含有機(jī)物的蘇打灰，將從晶體分離出的母液再循環(huán)送到蒸發(fā)段。
在上述方法的粗天然堿的煅燒具有三重效果。首先，在400℃到800℃溫度下通過(guò)煅燒，除去了存在于粗天然堿中有機(jī)物質(zhì)。其次，煅燒使得存在于天然堿中的碳酸氫鹽轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓徕c。最后，由脫碳酸氣所得的粗碳酸鈉比粗天然堿的溶解率高。溶解率的比較列于表I中。
表I溶液中的Na2CO3百分比時(shí)間，分鐘粗天然堿粗碳酸鈉1 13 31.52 17 32.53 18.532.55 19 32.0用于“倍半碳酸鹽法”和“一水合鹽法”中的礦是通過(guò)常規(guī)干式方法開(kāi)采的天然堿，通過(guò)開(kāi)挖1500英尺(457m)左右的豎井并用礦工和機(jī)械挖出礦石。地下開(kāi)采技術(shù)是多樣的，包括房柱式開(kāi)采、連續(xù)開(kāi)采、長(zhǎng)壁開(kāi)采等等，依據(jù)開(kāi)采深度和礦物種類來(lái)采用這些方法以提高開(kāi)采效率。但是由于開(kāi)采的深度和需要使用礦工和機(jī)械在地下操作開(kāi)采礦石并輸送到地面，采礦的費(fèi)用就成了最終產(chǎn)品的生產(chǎn)費(fèi)用的一個(gè)重要部分。
業(yè)已試驗(yàn)并開(kāi)發(fā)的一種開(kāi)采技術(shù)以避免采用高費(fèi)用的用礦工和機(jī)械在地下開(kāi)采的方法就是溶液采礦。在它的最簡(jiǎn)單的形式中，溶液采礦是通過(guò)用溶劑如水與含鈉礦如天然堿接觸，將礦石溶解并形成含有溶解的鈉值的鹽水。然后將鹽水回收并用作原料物質(zhì)以將它加工成一種或多種鈉鹽。對(duì)天然堿用溶液采礦的困難是它是非同成分溶解性復(fù)鹽，它具有相對(duì)低的溶解速度，需要高溫以達(dá)到最大溶解度并產(chǎn)生高濃度的溶液，這是現(xiàn)有加工廠的高效率所要求的。而且，溶液采礦也可能產(chǎn)生時(shí)時(shí)變化的各種不同濃度的鹽水，必須由加工廠來(lái)調(diào)節(jié)。鹽水也可能被氯化物、硫酸鹽等等類似物所污染，在將鹽水加工成含鈉化學(xué)物質(zhì)時(shí)難于將它們除去。
在一個(gè)改進(jìn)溶液采礦的方法中，1945年10月30日授予R.D.Pike等人的美國(guó)專利2,388,009首先提出了在倍半碳酸鈉生產(chǎn)中，在溫度高于85℃的情況下將含有過(guò)量碳酸鈉的熱母液用于地下循環(huán)以形成飽和鹽水溶液。在試驗(yàn)時(shí)，盡管采用了過(guò)高的入口溫度和承受了過(guò)量的熱損失，但這個(gè)系統(tǒng)仍未能產(chǎn)生為工業(yè)應(yīng)用所需要的飽和輸出鹽水。
1953年1月13日授予R.D.Pike等人的另一美國(guó)專利2,625,384號(hào)建議用水作為溶劑基本在周圍環(huán)境溫度下萃取在地下礦層中的天然堿，但是在它加工成蘇打灰之前，必須將此稀溶液通過(guò)加熱并溶解入額外的機(jī)械開(kāi)采的天然堿使其增濃。而進(jìn)入這種開(kāi)采過(guò)的，可能不再有頂棚栓并出現(xiàn)下沉的地區(qū)進(jìn)行普通作業(yè)是太危險(xiǎn)了，進(jìn)而證明了這種方法是不可行的。
其它有關(guān)溶液采礦的專利如1964年1月28日授予W.R.Frint等人的美國(guó)專利3,119,655號(hào)和N.A.Caldwell等人的美國(guó)專利3,050,290號(hào)繼續(xù)提倡使用高溶劑溫度以增加天然堿的溶解性，655號(hào)專利主張用含足夠量的碳酸鈉的母液來(lái)增強(qiáng)所回收的熱鹽水以產(chǎn)生能從中沉淀出倍半碳酸鈉的溶液。
在所有這些溶液采礦的先有技術(shù)中，都企圖或使用熱的水性溶劑或用添加堿值來(lái)增強(qiáng)回收的鹽水，從而經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)出高濃度的溶液以用于前述的常規(guī)的一水合物法或倍半碳酸鹽法。
1965年5月18日授予A.B.Gancy等人的美國(guó)專利3,184,287號(hào)揭示了不用熱水溶液作為溶劑的另一方法。這包括用在水溶劑中的氫氧化鈉(苛性蘇打)來(lái)增加溶解速率，使得在低溫下就可達(dá)到高濃度的天然堿值，并實(shí)現(xiàn)同成分溶解。該方法用濃度大于3％(重量)NaOH的苛性蘇打溶液得到含量高于19％碳酸鈉的鹽水溶液，它叮通過(guò)一水合鹽法加工成蘇打灰，即，蒸發(fā)得到一水合碳酸鈉晶體。1984年已將這種方法用于實(shí)踐，結(jié)果輸出井鹽水溶液中含高達(dá)28％的碳酸鈉，可方便地將其經(jīng)濟(jì)地加工成蘇打灰。但是，這種程度的碳酸鈉濃度要求入口溶劑要含約8％的苛性蘇打。以地下溶液采礦所需的量制備這種苛性蘇打溶劑的花費(fèi)是昂貴的。
1976年4月27日授予W.H.Kube的美國(guó)專利3,953,073號(hào)指出，如果將鹽水加熱并在升高的溫度下使其飽和，使用低堿度溶劑(1％-3％)，就能對(duì)于每噸所需的苛性蘇打而言，在輸出鹽水中得到更高的蘇打灰值。但是，所產(chǎn)生的鹽水含有比采用較高濃度的苛性蘇打液時(shí)所得鹽水更稀的蘇打灰含量，溶液中的許多蘇打灰值(總堿度)是以碳酸氫鈉的形式存在，從而使加工成蘇打灰的方法復(fù)雜化。尚未有人能闡明如何將這種半稀釋的碳酸氫鈉/碳酸鈉混合物能經(jīng)濟(jì)地轉(zhuǎn)變?yōu)樘K打灰。
1989年9月26日授予Dome等人的美國(guó)專利No.4,869,882揭示了處理來(lái)自蘇打灰廠的含有7％-14％“當(dāng)量蘇打灰”的廢水以回收蘇打灰值的方法，即用石灰中和任何碳酸氫鹽雜質(zhì)，澄清該液體，將該液體冷卻至30℃以下同時(shí)蒸去水分以產(chǎn)生含有17％-24％蘇打灰的溶液，使十水合碳酸鈉結(jié)晶析出，以及回收該十水合碳酸鈉。然而，在該方法中所有的碳酸氫鹽必須用石灰中和。沒(méi)有揭示其它破壞碳酸氫鹽的方法。這與Dome等人的方法幾乎無(wú)關(guān)，因?yàn)閬?lái)自生產(chǎn)一水合物工廠的廢水含有相對(duì)少量的作為雜質(zhì)的碳酸氫鹽，該廢水流與蘇打灰廠處理的主流液體相比是相對(duì)少的。Dome等人的專利中需要用石灰直接處理所有的廢水流，需要足夠大的容器來(lái)用石灰處理所有流體。
按照水性溶劑溫度每變化一度所能得到的最大溶解堿值來(lái)看，發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫度從0℃增加到30℃時(shí)每變化一度的溶解百分率增量最大。超過(guò)30℃，所溶解的總堿值仍隨溫度而增加，但每加熱一度所得的增溶百分比大大降低。
遺憾的是，對(duì)溶解等價(jià)的堿值來(lái)說(shuō)熱能效率最高的溫度范圍，即所說(shuō)的0℃到30℃，所得的飽和溶液濃度仍然相當(dāng)稀。例如，在20℃，與固體天然堿平衡的水溶液含有溶解于其中的約17％的Na2CO3和4％的NaHCO3。在30℃，溶液含約17.3％Na2CO3和約4.7％NaHCO3。這表明溶劑溫度的微小變化并不能顯著地改變平衡組成，因而，與使用昂貴的含氫氧化鈉的溶劑的方法或?qū)⒂糜谌芙馓烊粔A的溶劑加熱升至高溫的能耗不經(jīng)濟(jì)的方法相比，所得到的最終組成要稀得多。
先前尚沒(méi)有任何專利或文獻(xiàn)揭示過(guò)能處理解決異成分溶解、低溶解速率、稀鹽水和不同鹽水濃度這些問(wèn)題，而又能克服高溫法和/或向溶劑加入昂貴的添加劑的經(jīng)濟(jì)上的缺點(diǎn)的方法。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)這些問(wèn)題可用一種從含碳酸鈉和碳酸氫鈉的，最好具有不少于約8％的總堿值的鹽水中生產(chǎn)有價(jià)值的含鈉化學(xué)品的方法所克服，該方法包括，將鹽水在100 ℃至140℃的溫度下加熱以蒸去水，將碳酸氫鈉轉(zhuǎn)變成碳酸鈉并從其中驅(qū)除二氧化碳，將所得到的具有降低的碳酸氫鈉含量的鹽水與氫氧化鈉水溶液反應(yīng)，氫氧化鈉水溶液的量足以基本上將所有在鹽水中殘存的碳酸氫鈉轉(zhuǎn)化成碳酸鈉，氫氧化鈉水溶液較好的是通過(guò)用氧化鈣或氫氧化鈣苛化碳酸鈉值生成，冷卻經(jīng)氫氧化鈉處理過(guò)的鹽水至25℃至5℃的溫度下，沉淀十水合碳酸鈉晶體，從其母液中分離十水合碳酸鈉晶體，熔化所分離的十水合碳酸鈉晶體以生成碳酸鈉溶液，加熱所得到的碳酸鈉溶液至高于60℃至低于110℃的溫度以蒸去水分，沉淀一水合碳酸鈉晶體，從其母液中分離出一水合碳酸鈉晶體，煅燒所分離的一水合碳酸鈉晶體以生產(chǎn)蘇打灰并回收蘇打灰。
在對(duì)附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明中，

圖1是鈉離子-鈣離子-二氧化碳-水系統(tǒng)在各種碳酸鈉濃度和溫度下的相關(guān)系圖。
圖2為本方法較佳實(shí)施方式的示意框圖。
圖3為本方法另一實(shí)施方式的示意框圖，其中將鹽水溶液分成兩部分，一部分進(jìn)入蒸發(fā)，結(jié)晶及生產(chǎn)回收線，而另一部分進(jìn)入分離的但平行的苛化裝置。
在此所用的術(shù)語(yǔ)“TA”或“總堿值”表示碳酸鈉和/或碳酸氫鈉在溶液中的重量百分比(后者通常用與其相當(dāng)?shù)奶妓徕c含量表示)。例如，一溶液含17重量百分比Na2CO3和4重量百分比NaHCO3，其TA為19.5％。
本發(fā)明的方法的最大優(yōu)點(diǎn)在于能夠利用以低溫的水作為溶劑進(jìn)行溶液采礦而得到的稀鹽水，因?yàn)檫@些稀鹽水可以方便地用本方法處理。該方法也減少了用于將鹽水中碳酸氫鈉轉(zhuǎn)變成碳酸鈉時(shí)石灰的需要量，與在未處理的鹽水中轉(zhuǎn)變相比該需要量減少了多達(dá)50％。
并且，該方法適合于處理不均一的鹽水，如在采用低溫水進(jìn)行溶液開(kāi)采天然堿時(shí)所得到的鹽水，這時(shí)由于其將在后面解釋的非同成分溶解現(xiàn)象而會(huì)造成碳酸氫鈉對(duì)碳酸鈉的比值的變化。另外，本方法能夠用于含有相當(dāng)大量的可溶的雜質(zhì)如氯化物、硫酸鹽、有機(jī)物和硅酸鹽的用溶液法開(kāi)采的天然堿，這些雜質(zhì)是從就地溶解某些礦床或從用作水性溶劑的由于含有污染物而被當(dāng)作廢流的溶液產(chǎn)生的。用該方法得到的產(chǎn)品包括多種含鈉的鹽，并且它們是以相當(dāng)純的狀態(tài)得到的，大部分的雜質(zhì)留在該方法的廢液中。這與迄今已知的先有技術(shù)的方法不同，先有技術(shù)中采用含碳酸鈉的各種鹽的飽和溶液，或者至少是這些鹽的高濃度的溶液來(lái)作為先有技術(shù)方法的原料，才能使這些方法在經(jīng)濟(jì)上可行。
當(dāng)用水進(jìn)行溶液開(kāi)采天然堿時(shí)，天然堿是非同成分地溶解。因而，當(dāng)粗天然堿溶于水中時(shí)，倍半碳酸鈉(構(gòu)成天然堿礦的90％)不會(huì)由于冷卻而從溶液中結(jié)晶出來(lái)。
用水溶劑在20℃溶液開(kāi)采天然堿的結(jié)果是，天然堿溶解，直到溶液中的碳酸氫鈉在20℃達(dá)到飽和。到這一點(diǎn)，繼續(xù)將溶劑與更多的天然堿接觸，結(jié)果沉淀出碳酸氫鈉，而另外的碳酸鈉繼續(xù)溶解直到在溶液含約17％碳酸鈉和約4％碳酸氫鈉時(shí)與天然堿達(dá)到平衡。如果水溶劑為約30℃，則過(guò)程相同，只是其最終組成略為更濃縮些，含約17.3％碳酸鈉和約4.7％碳酸氫鈉。由此可看出在這些溫度范圍內(nèi)，溶劑溫度的微小增加不會(huì)顯著地改變平衡組成，因此將水溶劑的溫度升高到天然堿礦的通常溫度以上，[堿礦溫度一般約為20℃到22℃(在地面下1500英尺(457m))]，從節(jié)熱的角度來(lái)說(shuō)是沒(méi)有意義的。
由于天然堿在水溶劑中是非同成分地溶解并達(dá)到平衡，被溶解的天然堿表面會(huì)形成一層碳酸氫鈉。碳酸氫鈉層阻礙了天然堿的溶解，但并不終止溶解，因?yàn)樘妓釟溻c在水中也能溶解。當(dāng)采用地溫水作為溶劑時(shí)，使溶液采礦變得復(fù)雜的原因是由于隨著時(shí)間的延續(xù)，碳酸氫鹽的溶解越來(lái)越多，而天然堿的溶解越來(lái)越少，從而使得輸出的鹽水的組成會(huì)隨時(shí)間而改變。最終，鹽水的強(qiáng)度將逐漸減弱，但其程度由天然堿和所用水的相對(duì)量而定。當(dāng)存在大量天然堿而水溶劑數(shù)量有限時(shí)，天然堿-水關(guān)系趨近平衡值，最終平衡時(shí)所得鹽水將保持含有約17％碳酸鈉和約4％碳酸氫鈉。這發(fā)生在用水溶劑進(jìn)行溶液開(kāi)采的地區(qū)含有成百萬(wàn)噸的天然堿，并且有許多裸露表面。隨著時(shí)間推移，可以預(yù)料輸出的鹽水與天然堿將難于達(dá)到平衡。然后輸出鹽水組成就會(huì)變化，碳酸氫鹽濃度增加和碳酸鹽的濃度降低。盡管這種現(xiàn)象在幾年內(nèi)可能不會(huì)發(fā)生，但是任何采用鹽水作為原材料的方法應(yīng)當(dāng)能不對(duì)主要流程或設(shè)備進(jìn)行改動(dòng)的情況下就能處理這種進(jìn)料母液組成的變化。這實(shí)際上就是本發(fā)明的方法所做的。上述碳酸鈉和碳酸氫鈉在平衡時(shí)的濃度是基于純?nèi)芤憾缘?。如果還存在顯著量(大于1％)的氯化鈉和/或硫酸鈉或其它鹽，就會(huì)使平衡時(shí)溶液中碳酸鹽的含量降低。
為了得到用作本發(fā)明的方法中的原料溶液的鹽水，采用了水或含有少量碳酸鈉和/或碳酸氫鈉的水溶液作為溶液法開(kāi)采天然堿礦的溶劑。對(duì)用于溶液法開(kāi)采天然堿，理想的溶劑是含低于3％碳酸鈉和/或低于3％碳酸氫鈉的水溶液。溶劑的溫度較好是保持在用溶液開(kāi)采的天然堿礦層的溫度，大約為20℃到22℃(在地面下的深度約為1500英尺(457m))，并且可隨天然堿礦層的不同深度在15℃至22℃之間變化。實(shí)際經(jīng)驗(yàn)已表明用水或稀的水溶液在地溫條件下進(jìn)行溶液開(kāi)采，將會(huì)得到鹽水的組成為約4％(重量)的碳酸氫鈉和約16％(重量)的碳酸鈉，確切的組成是依隨可能溶于溶劑中的其它鹽和雜質(zhì)而變化。具有這種濃度范圍的碳酸鈉和碳酸氫鈉的鹽水，會(huì)發(fā)生在當(dāng)有足夠的天然堿溶解，并且即使當(dāng)部分或者可能是全部的天然堿在其表面形成了碳酸氫鈉層的情況下，溶劑仍能與天然堿接觸。一種最簡(jiǎn)單的確保有足夠的天然堿表面以適合于溶液開(kāi)采的方法，是用機(jī)械法開(kāi)采天然堿礦，然后用溶劑接觸剩下的天然堿進(jìn)行溶液開(kāi)采，直到堿礦被碳酸氫鹽層所覆蓋，這時(shí)溶液的組成將開(kāi)始改變。用于本方法的一種理想的鹽水是按1991年8月27日授予W.R.Frint 等人的美國(guó)專利5,043,149所述的方法得到的。在該專利方法中，用水溶液介質(zhì)將蘇打灰工廠的不溶性尾渣制成漿，并將其泵入一個(gè)通到某個(gè)地下采空區(qū)的井中，尾渣在該處被清除，用漿料母液來(lái)溶解開(kāi)采過(guò)的區(qū)域內(nèi)的剩余天然堿，然后將鹽水泵到地面，從而富集了鹽水的碳酸鈉和碳酸氫鈉值。最理想的是，在天然堿礦床的地溫下所溶解的天然堿達(dá)到或接近飽和時(shí)取出鹽水。
以上闡述的是用于本方法的理想的鹽水，應(yīng)當(dāng)明白本方法的原料鹽水可以含有例如較少的碳酸鈉和較多的碳酸氫鈉，例如約9％(重量)的碳酸鈉和約5％(重量)的碳酸氫鈉。事實(shí)上，本方法適于以任何碳酸氫鹽/碳酸鹽的鹽水作為原料，較好的是當(dāng)回收時(shí)鹽水溶液的總堿值至少為8％至20％，因?yàn)樘幚肀冗@更稀的鹽水從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)說(shuō)變得不吸引人。例如，從地下運(yùn)行中回收的，已經(jīng)與天然堿礦層接觸過(guò)并溶解了天然堿的開(kāi)采水，可用作原料鹽水，較好是當(dāng)它含有至少8％TA。如隨后將會(huì)解釋的，鹽水中碳酸鈉和碳酸氫鈉的濃度和碳酸氫鹽對(duì)碳酸鹽的比例不是嚴(yán)格的，因?yàn)楸景l(fā)明的方法能夠在處理步驟或處理?xiàng)l件沒(méi)有任何實(shí)質(zhì)改變的條件下，處理這各種不同的鹽水。
在第一步處理步驟中，原料鹽水在約100℃到約140℃，較好是約105℃到約125℃加熱，以分解一些碳酸氫鹽值至碳酸鹽值，排除得到的二氧化碳，并濃縮鹽水中的鈉含量。這可以一步或多步進(jìn)行，其中的濃縮和分解步驟的一種或兩種操作可以在不同階段進(jìn)行。這種操作步驟可在許多不同類型的設(shè)備中進(jìn)行，但較好的是在機(jī)械蒸氣再壓縮單元(MVR)中進(jìn)行。由于其高效率，MVR特別受歡迎。其操作是通過(guò)用機(jī)械驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)壓縮蒸發(fā)器上部的蒸氣，并將壓縮的蒸氣通過(guò)一個(gè)熱交換器，在那里將熱量傳給穿過(guò)或在熱交換器上方通過(guò)的沸騰的鹽水溶液。
當(dāng)采用多步操作時(shí)，在汽提裝置中碳酸氫鹽值會(huì)被分解(進(jìn)料液體不濃縮)，而蒸發(fā)器進(jìn)行濃縮操作并分解額外的碳酸氫鹽。在這樣的配置中，預(yù)熱的原料鹽水被加入汽提器中，在此處該鹽水被來(lái)自蒸發(fā)器進(jìn)入該汽提器的蒸汽汽提。在汽提器中，在升高的溫度下的鹽水與蒸汽接觸，使鹽水中的碳酸氫鹽值發(fā)生一定程度分解，并汽提放出的二氧化碳。從汽提器排出的被部分汽提的鹽水加入至蒸發(fā)器中，在此處被加熱以濃縮溶液并產(chǎn)生蒸汽，該蒸汽隨后進(jìn)入汽提器。如果需要，來(lái)自蒸發(fā)器的蒸汽可以在導(dǎo)入汽提器之前進(jìn)行壓縮，以向汽提器提供額外的熱值。在汽提器中，與蒸汽接觸以分解碳酸氫鈉值的預(yù)熱的原料鹽水保持幾乎相同的鹽水濃度，因?yàn)閺钠崞鞣懦龅乃旧吓c來(lái)自蒸發(fā)器加入至汽提器的蒸汽平衡。
在蒸發(fā)器中，由汽提器供給的熱鹽水被沸騰，這既濃縮了鹽水，又進(jìn)一步分解了在汽提器中未分解的額外的碳酸氫鹽值。由分解得到的二氧化碳也在蒸發(fā)器中從鹽水中汽提。這種將汽提器和蒸發(fā)器連在一起的安置是最好的，因?yàn)樗试S在苛化步驟中(下面將要討論)使用帶有較低量的碳酸氫鹽值的鹽水，這將更減少操作中石灰的需要量。
在下一步中，來(lái)自蒸發(fā)器的濃縮鹽水用足夠量的稀釋的氫氧化鈉水溶液處理以基本中和在鹽水中剩余的所有碳酸氫鹽值。然后將該得到的中和的鹽水(它基本上是濃縮的總堿值大于原料鹽水的碳酸鈉溶液)作為原料加入十水合碳酸鈉結(jié)晶器，以回收十水合碳酸鈉晶體。
稀釋的氫氧化鈉水溶液可由任何來(lái)源供給，但較好的是用石灰，即氧化鈣，氫氧化鈣，或等價(jià)的含鈣鹽苛化碳酸鈉和/或碳酸氫鈉值得到。較好的是，這是與處理原料鹽水的過(guò)程分開(kāi)但平行的操作。這可以通過(guò)將部分原料鹽水，例如15％(重量)±5％(重量)的原料鹽水，與將大多數(shù)原料鹽水加入蒸發(fā)器的步驟同時(shí)加入至苛化操作。這使原料鹽水分成兩路，其主要部分進(jìn)入蒸發(fā)器，而一小部分同時(shí)平行加入在圖3中所示的苛化回路。
當(dāng)如上所述的汽提器和蒸發(fā)器一起使用時(shí)，加入苛化裝置蹬最好來(lái)源是汽提過(guò)的鹽水溶液，其碳酸氫鹽值已有某種程度的分解但保持與加入汽提器的鹽水相同的TA濃度。該汽提的鹽水是較好的加入苛化裝置的原料，因?yàn)樗群休^多碳酸氫鹽值的初始原料鹽水需要較少量的石灰進(jìn)行苛化。
在苛化裝置中發(fā)生的反應(yīng)如下(I)(II)從上面的反應(yīng)(II)可見(jiàn)，一摩爾石灰(CaO)將與加入至苛化裝置的鹽水流中每一摩爾碳酸鈉反應(yīng)以產(chǎn)生二摩爾氫氧化鈉。然而，因?yàn)樵谕ㄟ^(guò)反應(yīng)(II)生成氫氧化鈉之前，碳酸氫鈉也需要用石灰將其轉(zhuǎn)變成碳酸鈉，如上面反應(yīng)(I)所示，所以加入苛化裝置的鹽水中的碳酸氫鹽濃度較低意味著在將所有堿轉(zhuǎn)變成氫氧化鈉時(shí)需要較少的石灰用量。由于來(lái)自汽提器的經(jīng)汽提的鹽水含有比鹽水原料低的碳酸氫鹽值，所以它成為較好的苛化器原料，因?yàn)樗瘸跏荚消}水需要更少量的石灰將其轉(zhuǎn)變成氫氧化鈉。
在該方法中，苛化反應(yīng)較好的是以與蒸發(fā)和汽提鹽水原料同時(shí)但平行的步驟進(jìn)行。在該方法中只使用氫氧化鈉溶液來(lái)中和蒸發(fā)的原料鹽水。任何通過(guò)直接將石灰加入蒸發(fā)的和汽提的原料鹽水中進(jìn)行中和的企圖，都將導(dǎo)致生成鈣水堿沉淀，這將在任何管道的內(nèi)表面形成結(jié)垢，最后堵塞管道。這是因?yàn)樵撜舭l(fā)的鹽水原料的TA濃度通常達(dá)到20％(重量)，如圖1所示，在該濃度下如果存在石灰，這些熱溶液將使鈣水堿沉淀。相反，只使用原料鹽水或汽提后的鹽水，[后者的濃度與原料鹽水相同，不高于20％(重量TA)]作為苛化的原料就避免了這個(gè)問(wèn)題。
苛化回路將汽提的鹽水或鹽水原料導(dǎo)入再漿化裝置，它接收來(lái)自第一級(jí)澄清器的沉降的淀渣漿。在再漿化裝置中，可能含有來(lái)自苛化反應(yīng)的過(guò)量氫氧化鈉值的泥漿與汽提的鹽水或鹽水原料混合，明顯地將其稀釋。在淀渣漿中任何殘余的氫氧化物值將與在這些鹽水中的任何碳酸氫鹽值反應(yīng)，避免損失在淀渣漿中的這些氫氧化物值。然后再漿化的淀渣漿和稀釋的鹽水原料與加入的洗滌水一起加入第二級(jí)澄清器，以從稀釋鹽水溶液中沉降淀渣。分離來(lái)自第二級(jí)澄清器的淀渣，將其清除或煅燒并再循環(huán)成CaO，而稀釋的鹽水溶液進(jìn)入消和器—苛化器并與石灰反應(yīng)。對(duì)于優(yōu)化石灰的使用效率，重要的是這些反應(yīng)(前面反應(yīng)I和II所示)是用TA不高于15％TA的稀釋溶液進(jìn)行。這是為了避免得到涂覆在石灰顆粒周圍的CaCO3，阻止Ca-CO3涂覆顆粒內(nèi)的剩余石灰完全反應(yīng)。如果將未稀釋的鹽水溶液，例如TA為18％，在消和器—苛化器中直接與石灰接觸將會(huì)發(fā)生這種情況。
然后使在消和器-苛化器中所生成的漿料進(jìn)入第一級(jí)澄清器以從氫氧化鈉溶液中分離淀渣。分離澄清的氫氧化鈉溶液，并送入中和器步驟，而沉降的淀渣送入淀渣再漿化步驟用于與另外的鹽水原料混合以重復(fù)該苛化循環(huán)。該四步循環(huán)回路確保石灰在苛化期間的妥善使用，并且避免了在從澄清的氫氧化物溶液中分離的淀渣中的任何氫氧化物值的明顯損失。
整個(gè)四步循環(huán)回路是在升高的溫度(70℃至100℃)下進(jìn)行的。這能更好地使用石灰，因?yàn)榭粱磻?yīng)在此升高的溫度下更有效地進(jìn)行，且促使濾泥更好地沉降。另外，該反應(yīng)是放熱的，有利于將溶液保持在升高的溫度下。最終的苛化水溶液回收時(shí)也是熱的，且是一種濃度為6至12％(重量NaOH)的氫氧化鈉稀釋溶液(典型的為8％)。
在本方法的下一步操作中，該步驟為中和步驟，濃縮的和部分除去二氧化碳的鹽水(總的堿水平已達(dá)到24％至30％TA)與在苛化回路中產(chǎn)生的足夠量的熱的稀釋的苛性物一起進(jìn)入中和器步驟。進(jìn)入中和步驟的濃縮的鹽水流與來(lái)自苛化回路的足夠量的苛性水溶液接觸，以基本上將所有碳酸氫鹽值轉(zhuǎn)變成碳酸鹽。術(shù)語(yǔ)“中和”或“中和步驟”是指碳酸氫鈉通過(guò)與氫氧化鈉的反應(yīng)轉(zhuǎn)化為碳酸鈉。
理想的是所加入的苛性溶液的量足以基本上中和所有碳酸氫鹽值并將它們轉(zhuǎn)變成碳酸鈉值，因?yàn)樵谠摲椒ǖ南乱徊襟E中不希望存在碳酸氫鹽值。少量的碳酸氫鹽(數(shù)量級(jí)小于0.5％(重量))是允許的。加入至濃縮的鹽水流中的稀釋的苛性物也稀釋了鹽水流，因?yàn)槌思尤肓藲溲趸c之外也加入了相當(dāng)多數(shù)量的水。
所得到的從中和步驟流出的液流，其濃度為20％至30％總堿量，典型的TA為25％。從中和步驟流出的液流(溫度為90℃至100℃)最好進(jìn)行過(guò)濾并與冷鹽水進(jìn)行熱交換，使溫度達(dá)到70℃至90℃，并導(dǎo)入十水合碳酸鈉結(jié)晶器。在該結(jié)晶器中，通過(guò)蒸發(fā)冷卻和在蒸發(fā)步驟中除去水分而生成+水合碳酸鈉晶體并從液體中分離。在實(shí)際操作中，使用兩個(gè)串接的+水合碳酸鈉結(jié)晶器，以平衡從每個(gè)結(jié)晶器回收漿料的量，從而避免增加從任一結(jié)晶器回收的漿料中固體的百分?jǐn)?shù)。第一結(jié)晶器在15℃至25℃的溫度下運(yùn)行以結(jié)晶第一批晶體。然后將從結(jié)晶器排出的漿料送入第一離心機(jī)，在此洗滌該漿料以去除在十水合物晶體表面殘存的雜質(zhì)。然后將來(lái)自第一離心機(jī)的洗滌液和母液送入第二個(gè)十水合碳酸鈉結(jié)晶器(運(yùn)行溫度低于第一個(gè)結(jié)晶器)。同樣，通過(guò)蒸發(fā)冷卻第二結(jié)晶器使溫度達(dá)到5℃至15℃，回收第二批十水合碳酸鈉晶體。來(lái)自該結(jié)晶器的晶體漿料進(jìn)入第二離心機(jī)，在此進(jìn)行洗滌，并排放掉所有或部分母液和洗滌液。
如此回收的十水合碳酸鈉晶體可以通過(guò)加入少量水并加熱至30℃以上熔化，產(chǎn)生一種30％(重量)碳酸鈉的純的溶液。該晶體或溶液可用作生產(chǎn)含鈉化合物(例如磷酸鈉)的原料，或者特別是用于通過(guò)與石灰反應(yīng)制造苛性蘇打。另外，通過(guò)熔化晶體生成的溶液還可碳酸化生成碳酸氫鈉或倍半碳酸鈉晶體，這些晶體可分離并回收作為產(chǎn)品。
如果所需產(chǎn)品是固體蘇打灰，可將30％的碳酸鈉溶液進(jìn)一步蒸發(fā)，溫度在約60℃以上但低于約110℃，以形成一水合碳酸鈉晶體，或者溫度在110℃以上形成無(wú)水碳酸鈉晶體。如果在一水合碳酸鈉蒸發(fā)器的進(jìn)料中有任何有害量的碳酸氫鈉值，那么用少量稀的苛性蘇打就可容易地將它們轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓徕c。通常將一水合晶體干燥得到致密的蘇打灰。十水合碳酸鈉晶體也可通過(guò)在低溫下緩和地干燥晶體，但不使它熔化，而生產(chǎn)特殊規(guī)格的低密度蘇打灰，但它比一水合物路線困難，后者在工業(yè)實(shí)踐中更常見(jiàn)。
典型地，將由熔化十水合碳酸鈉晶體而得到的30％的碳酸鈉溶液送至一水合物蒸發(fā)器/結(jié)晶器中，在那兒溶液被用適當(dāng)?shù)亩嘈д舭l(fā)器或更好是用能使溶液蒸發(fā)并結(jié)晶出一水合碳酸鈉的蒸氣再壓縮蒸發(fā)器加熱至約100℃。將一水合晶體漿料從一水合物蒸發(fā)器結(jié)晶器移出并送入離心機(jī)，在離心機(jī)中將晶體從其母液中分離。將母液返回一水合物蒸發(fā)器結(jié)晶器，而晶體則送入干燥器，例如流化床干燥器，并在115℃至160℃的溫度下加熱直到轉(zhuǎn)變成蘇打灰。一些從離心機(jī)返回一水合物蒸發(fā)器結(jié)晶器的母液可排放掉，以控制雜質(zhì)的含量，或者較好的是將這種一水合物母液與中和的濃縮的鹽水混合并將混合物加入至十水合碳酸鈉結(jié)晶器。這就可以以十水合晶體的形式回收一水合物母液凈化流中的碳酸鈉值，而且由于來(lái)自十水合碳酸鈉結(jié)晶器的母液的凈化流中的雜質(zhì)更濃集，所以損失的碳酸鈉值較少。
熔化十水合物晶體得到的30％碳酸鈉溶液相當(dāng)純凈沒(méi)有雜質(zhì)，當(dāng)使用它通過(guò)一水合碳酸鈉路線生產(chǎn)蘇打灰時(shí)，得到最終的蘇打灰質(zhì)量與現(xiàn)有的通過(guò)常規(guī)一水合物方法生產(chǎn)的蘇打灰質(zhì)量可相比。但是，如果需要特別高純度的蘇打灰，可以將從離心機(jī)返回到蒸發(fā)器的液流以較高比率排放掉一水合結(jié)晶器的母液。這就使母液中的雜質(zhì)含量保持在非常低的水平，并且這種清洗液可送到十水合物結(jié)晶步驟以使系統(tǒng)不會(huì)有額外的堿損失。
現(xiàn)在參閱附圖。圖1是鈉離子—鈣離子—二氧化碳—水體系的相關(guān)系圖。其中，圖的橫軸是碳酸鈉的百分?jǐn)?shù)而縱軸是系統(tǒng)的溫度。
正如很容易被觀察到的那樣，一旦碳酸鈉濃度超過(guò)20％，溫度達(dá)到40℃及40℃以上，鈣水堿(Na2CO3·CaCO3·2H2O)將從溶液中沉淀出來(lái)。因?yàn)檫@才是在此溫度及碳酸鈉濃度下的穩(wěn)定相。鈣水堿是一種可在設(shè)備的任何管道及其相連反應(yīng)器的內(nèi)表面以垢層或是粘稠附著物的形式沉淀的固體。如果不防止鈣水堿沉淀，它的垢層將不斷積聚直至將管道封閉而堵塞該物料的傳送。澄清操作也將變得困難得多。此外，由于鈣水堿是含碳酸鈉的二鹽，它的沉淀表示了TA的嚴(yán)重?fù)p失和工作效率的降低。相對(duì)于每噸碳酸鈣損失一噸以上的碳酸鈉。而且，鈣水堿的形成阻止了通過(guò)在石灰窯窯中煅燒碳酸鈣淀渣而進(jìn)行的石灰再循環(huán)。高濃度的鈉可以起助熔劑的作用而在石灰窯內(nèi)形成環(huán)，以及對(duì)爐襯造成堿蝕。這將導(dǎo)致明顯較高的維修時(shí)間和較少的流通時(shí)間，由此提高操作費(fèi)用。由于以上原因，不能向濃度超過(guò)20％TA的濃縮鹽水進(jìn)料中加石灰來(lái)將其中的碳酸氫鈉轉(zhuǎn)化為碳酸鈉。與此不同，在本申請(qǐng)者的方法中，部分原料鹽水流，最好是去除了其中一些二氧化碳的，被用石灰苛化以形成氫氧化鈉，并且只使用這些氫氧化鈉來(lái)中和濃縮過(guò)的而且部分分解了的鹽水，從而防止鈣水堿形成。
圖2是代表了實(shí)施本方法的優(yōu)選形式的方框圖。下文將對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)論述。
圖3也是實(shí)施本方法的方框圖，其與圖2所示過(guò)程的區(qū)別僅在于鹽水原料的處理方法不同。圖3中，從鹽水料中分出85％(重量百分比)為主要部分裝入蒸發(fā)器中，剩余的15％進(jìn)入分開(kāi)的但是平行的苛化回路。在這種實(shí)施方法中，只使用一個(gè)蒸發(fā)器來(lái)分解鹽水中的部分碳酸氫鹽并將其濃縮。其余的鹽水料進(jìn)入苛化回路的淀渣再漿化部分，在其中將鹽水中的碳酸鈉苛化為氫氧化鈉，并用所得的氫氧化鈉溶液來(lái)中和來(lái)自蒸發(fā)器的濃縮鹽水。
這與圖2所示的方法形成對(duì)照，圖2中使用了蒸發(fā)器和汽提器，而且其中進(jìn)入苛化回路的是來(lái)自汽提器的部分汽提后溶液。優(yōu)選的是圖2所示的加料方式，因?yàn)槠岷筮M(jìn)入苛化回的鹽水中的碳酸氫鹽濃度比圖3中的普通鹽水進(jìn)料中的低，所以使用的石灰比圖3所示的方法少。
參見(jiàn)圖2，鹽水料1通過(guò)管2進(jìn)入CO2汽提器2A。該鹽水最好是在天然堿礦層溫度下(一般為20℃-22℃)由溶液開(kāi)采法取自天然堿礦層(約在地面以下1500英尺(457m))。當(dāng)然，經(jīng)過(guò)較高溫度溶液開(kāi)采的鹽水也是可用的，但它不利于熱的高利用率。在天然堿礦層溫度下將天然堿溶解而成的鹽水組合通常含4％-5％(重量百分比)的碳酸氫鈉和13％-16％的碳酸鈉，典型的料中含有約4.5％的碳酸氫鈉和14％的碳酸鈉。優(yōu)選含堿量約為8％-20％的鹽水。一種極好的鹽水是與足量天然堿接觸后具有至少8％的TA值的礦井水，它是由地下回收而且通常在天然堿礦層溫度含有飽和的天然堿。
由管2進(jìn)入汽提器2A的鹽水原料通常在進(jìn)入汽提器前已經(jīng)過(guò)一個(gè)換熱器(未示)而被預(yù)熱。在進(jìn)入汽提器2A前還可以通過(guò)過(guò)濾從鹽水料中去除由溶液開(kāi)采這一步帶來(lái)的任何不溶物質(zhì)。也可以對(duì)后文將述的中和后溶液進(jìn)行一步過(guò)濾。汽提器2A中的鹽水與由管7引自蒸發(fā)器6A的蒸汽接觸。為了分解鹽水中的部分碳酸氫鈉，將汽提器2A中鹽水的溫度維持于約100℃-140℃，以105℃-125℃為佳。由鹽水中碳酸氫鈉分解產(chǎn)生的CO2和部分水汽一起由管3從汽提器2A中排出。但是，由于管3排出和由管7引入的水蒸汽大致相等，汽提器2A中鹽水的TA濃度變化極小。汽提器可以是任何充填式或其它設(shè)計(jì)的柱式汽提器，可令蒸汽與鹽水溶液逆流接觸?；厥兆云崞?A的鹽水溶液的TA濃度無(wú)甚變化而碳酸氫鹽值被降低，該溶液由管4排出。
在此，將汽提后的鹽水分流成兩股。重量百分比10％-20％的一股通過(guò)管5進(jìn)入與本方法的其余部分平行的苛化步驟。物流5進(jìn)入作為苛化回路原料入口的淀渣再漿化段12A。物流4的80％-90％(重量百分比)通過(guò)管6進(jìn)入運(yùn)行于100℃-140℃的蒸發(fā)器6A。在蒸發(fā)器6A中，汽提后的鹽水被蒸發(fā)濃縮，而且蒸發(fā)器中的熱量進(jìn)一步分解鹽水中的碳酸氫鈉。蒸出的水和碳酸氫鹽分解放出的CO2由管7送入汽提器2A。蒸發(fā)器6A根據(jù)需要可以是包括使用MVR單元或是多效的降膜式和強(qiáng)制環(huán)流式在內(nèi)的任何可購(gòu)類型。此外，如果需要，來(lái)自蒸發(fā)器6A的蒸汽可在進(jìn)入汽提器前進(jìn)行壓縮從而向汽提器提供更多的熱量。然后如此濃縮過(guò)的碳酸氫鈉值降低了的鹽水通過(guò)管8進(jìn)入中和器8A。
可能需要一步過(guò)濾來(lái)去除鹽水中由溶液開(kāi)采帶來(lái)的任何不溶物。這一步過(guò)濾可以對(duì)進(jìn)入汽提器前的鹽水原料進(jìn)行，也可以對(duì)蒸發(fā)步驟完成后所得的蒸發(fā)后溶液進(jìn)行。如果可能，最好過(guò)濾蒸發(fā)后的鹽水，因?yàn)榕c天然堿有關(guān)的主要雜質(zhì)是單羧酸和二羧酸之類溶于堿性溶液的有機(jī)物。如果這些有機(jī)物成分在進(jìn)料溶液中超過(guò)一定濃度，實(shí)際上也正是這種情況，溶液的蒸發(fā)和濃縮將導(dǎo)致這些有機(jī)物超過(guò)它們的溶解度上限，有些將會(huì)沉淀。通過(guò)過(guò)濾蒸發(fā)后的濃縮液而不是進(jìn)料鹽水，可一次過(guò)濾去除該溶液中沉淀出的有機(jī)雜質(zhì)和進(jìn)料鹽水中的任何不溶物。當(dāng)加料鹽水中不溶物的重量百分比少于0.5％時(shí)情況更是如此，因?yàn)樯倭坎蝗芪锟捎尚⌒瓦^(guò)濾單元方便地處理。較大量的不溶物可能需要一步對(duì)進(jìn)料鹽水的初濾來(lái)去除大量的不溶物。
如上所論述的，進(jìn)行過(guò)濾的最好時(shí)機(jī)是蒸發(fā)后溶液被中和之后。這樣，不僅濾去了鹽水進(jìn)料中的不溶物，而且濾除了由苛化回路引入的苛性蘇打之類的由其它物流引入系統(tǒng)的不溶物。
根據(jù)管8中蒸發(fā)后鹽水中有機(jī)雜質(zhì)的類型和含量，可能還需要對(duì)其進(jìn)行處理以去除這些雜質(zhì)。如果需要，最方便的實(shí)施方法是將鹽水通過(guò)一個(gè)由活性炭，木炭或與之相當(dāng)?shù)奈轿镔|(zhì)構(gòu)成的床層，床層在鹽水流過(guò)時(shí)選擇性地吸附其中的有機(jī)物，從而降低其中的有機(jī)物濃度。
在中和器8A中，來(lái)自蒸發(fā)器6A的100℃-140℃左右的物流8被來(lái)自管14的足量的6-12％(重量)的NaOH苛性溶液處理，從而基本上將鹽水中的剩余碳酸氫鈉全部轉(zhuǎn)化為碳酸鈉。自中和器中流出的液體20可與較低溫的工作物流進(jìn)行熱交換。本方法中此步中和所需的氫氧化鈉量明顯減少，因?yàn)槠崞?A與蒸發(fā)器6A的結(jié)合將鹽水中約40％-50％的碳酸氫鈉轉(zhuǎn)化成了碳酸鈉。鹽水原料中碳酸氫鈉濃度的這一初步降低意味著只需較少的氫氧化鈉溶液來(lái)和經(jīng)汽提和蒸發(fā)的鹽水進(jìn)料進(jìn)行反應(yīng)和中和它。經(jīng)中和器8A中和后的溶液已基本上是碳酸鈉水溶液，該溶液由管20流出后進(jìn)入合并的原料罐20A，在此與來(lái)自管45的循環(huán)的一水合碳酸鈉母液混合。然后罐20A中合并的碳酸鈉溶液由管21排出后進(jìn)入十水合碳酸鈉結(jié)晶器21A。
現(xiàn)在再回到分開(kāi)但是平行運(yùn)行的苛化回路，來(lái)自管5的汽提后鹽水溶液進(jìn)入淀渣再漿化單元12A。這就是一個(gè)帶混合器的大罐，可使由管5進(jìn)入的、碳酸氫鹽含量一般比原料鹽水2低的溶液與由管12進(jìn)入的來(lái)自第一澄清器13A的淀渣混合。再漿化器12A中的這一步再漿化的操作溫度約為70℃-100℃。在再漿化單元12或，含有苛化反應(yīng)后剩余氫氧化鈉的淀渣與汽提后的鹽水混合以充分稀釋并中和掉淀渣中所有氫氧化鈉。淀渣中所有的這些氫氧化鈉會(huì)與由管5引入的碳酸氫鈉迅速反應(yīng)形成碳酸鈉。再漿化的淀渣和稀釋鹽水的混合物由管16進(jìn)入約在70℃-100℃操作的第二級(jí)澄清器16A，從而從稀釋鹽水中沉降淀渣。廢淀渣由管18棄去，其中基本不含氫氧化鈉。稀釋所需的水是由管17引入第二澄清器16A的。
澄清溶液由管19自第二澄清器16A流出后進(jìn)入消和器-苛化器19A，在此由管9加入石灰并與來(lái)自管19的溶液混合。引入消和器-苛化器的管19中的溶液通常含8％-14％的碳酸鈉及很少的碳酸氫鈉或氫氧化鈉。消和器-苛化器19A的操作溫度非常高，因?yàn)楦邷乜商岣呤业目粱?。通常，所用溫度約為80℃-100℃。
消和所用溶液TA的重量含量不超過(guò)20％以避免鈣水堿沉淀的可能，這一點(diǎn)十分重要。這可以方便地通過(guò)控制進(jìn)入苛化循環(huán)的鹽水濃度以及再漿化器12A和第二澄清器16A中使用足量的水以將管19中的物料稀釋至合適濃度來(lái)調(diào)節(jié)。對(duì)進(jìn)入苛化器的鹽水溶液進(jìn)行稀釋的另一目的，是為了提高石灰與鹽水溶液的反應(yīng)效率。當(dāng)所用溶液的濃度不超過(guò)15％TA時(shí)，可避免在石灰顆粒外形成碳酸鈣覆蓋層而阻止了被覆蓋顆粒內(nèi)的石灰與鹽水溶液中碳酸鹽和碳酸氫鹽完全反應(yīng)。
在消和器-化器19A或形成的漿料然后由管11進(jìn)入第一澄清器13A來(lái)從氫氧化鈉溶液中分離出淀渣。澄清后的氫氧化鈉溶液以其稀釋液的形式由管13流出澄清器13A，其氫氧化鈉濃度約為6％-12％(重量)，典型的是8％。然后，來(lái)自管13的氫氧化鈉稀釋液由管14進(jìn)入中和器8A。過(guò)量氫氧化鈉溶液由管15排出，或儲(chǔ)存起來(lái)或濃縮成商品。在澄清器13A中分離出的淀渣排出后由管12送入淀渣再漿化段12A與由管5進(jìn)入的汽提后鹽水原料混合。
全部四步循環(huán)式苛化系統(tǒng)在約70℃-100℃的高溫下進(jìn)行。如此高溫可提高石灰的利用率，因?yàn)榭粱磻?yīng)在高溫下具有更高的效率。此外，苛化反應(yīng)是放熱的，這有利于將溶液維持于高溫。
來(lái)自管20的中和后的鹽水流與通過(guò)管45來(lái)自單水合碳酸鈉結(jié)晶器的循環(huán)母液(下文將述)合并，由管21流出合并原料罐20A時(shí)的溫度約為90℃-110℃。然后用換熱裝置(未示)將其冷卻至70℃-90℃，并將其引入以21A標(biāo)示的兩個(gè)十水合碳酸鈉結(jié)晶器中的第一個(gè)。自管21進(jìn)入結(jié)晶器21A的物流中碳酸鈉濃度一般約為20％-30％，只有微量的，不超過(guò)1/2％的碳酸氫鈉。結(jié)晶器21A中，通過(guò)蒸發(fā)冷卻溶液來(lái)形成十水合碳酸鈉晶體，同時(shí)由管22排走水汽。優(yōu)選蒸發(fā)冷卻是因?yàn)樗葷饪s了結(jié)晶器中的溶液，同時(shí)蒸發(fā)又冷卻了溶液以結(jié)晶出十水合碳酸鈉。在結(jié)晶器21A中形成的晶體漿料由管24進(jìn)入初離心機(jī)24A以從母液中分離出十水合晶體。在離心機(jī)24A中由十水合晶體分離出的母液通過(guò)管26送入第二個(gè)十水合晶體結(jié)晶器26A。離心機(jī)24A中的晶體用來(lái)自管25的水洗滌。這一步的目的是為了通過(guò)洗滌十水合碳酸鈉晶體去除殘留于晶體上的母液中所含的雜質(zhì)，來(lái)更好地除去晶體中的雜質(zhì)。這保證了獲取高純度晶體。
在第二結(jié)晶器26A，來(lái)自管26的母液被進(jìn)一步冷卻至比在結(jié)晶器24A中更低的溫度，從而再結(jié)晶出一批十水合碳酸鈉晶體。為收獲第二批晶體，結(jié)晶器26A一般約在5℃-15℃的溫度下操作。與21A一樣，該結(jié)晶器采用蒸發(fā)結(jié)晶，水汽由管28排除。由結(jié)晶器26A排出的漿料通過(guò)管30進(jìn)入第二離心機(jī)30A，在此從十水合碳酸鈉晶體中分離母液并將母液由管32排出。在一個(gè)需要進(jìn)一步處理十水合物母液的連續(xù)過(guò)程中，該液體的全部或部分將被作為清洗液棄去，而留存部分由管34進(jìn)行循環(huán)，例如進(jìn)入苛化回路?；蛘撸绻倝A值太低，來(lái)自管34的母液的留存部分可循環(huán)使用作為溶液開(kāi)采中的入口溶劑以提高TA值。另一個(gè)方法是將十水合物母液碳酸化，在冷卻時(shí)回收碳酸氫鈉或倍半碳酸鈉晶體并棄去母液。
由管27回收自管心機(jī)24A和由管35回收自第二離心機(jī)30A的十水合鈉鹽晶體被一同加入十水合鹽溶解器35A。在溶解器35A中，加入少量的水并加熱至30℃以上熔化十水合碳酸鈉晶體，以形成約28％-31％(重量)的純碳酸鈉溶液。如果需要，部分十水合碳酸鈉晶體本身或是十水合物溶解器35A中的溶液可被用作生產(chǎn)磷酸鈉之類的含鈉化學(xué)品的原料，或者最值得注意的是作為與石灰反應(yīng)生產(chǎn)苛性蘇打的原料。
當(dāng)所需終產(chǎn)物是蘇打灰時(shí)，可根據(jù)需要用來(lái)自管36的少量苛性蘇打處理溶解器35A中的碳酸鈉溶液，以去除可能存在的殘余碳酸氫鈉，后者不利于后繼的單水合碳酸鈉結(jié)晶步驟。高度濃縮的碳酸鈉溶液由管38自溶解器35A排出并送入單水合鹽蒸發(fā)器/結(jié)晶器38A，在此，使用多效蒸器或使用蒸汽再壓縮蒸發(fā)器(更好)將溶液加熱至60℃以上到110℃以下的某個(gè)溫度，由此進(jìn)行溶液的蒸發(fā)和單水合碳酸鈉的結(jié)晶，單水合晶體漿料由管41從單水合鹽蒸發(fā)器/結(jié)晶器36A中排出，并送入離心機(jī)41A，在此從母液中分離出晶體。用由管42進(jìn)入的水洗滌晶體并將洗后晶體由管44排出并送往干燥器，最好是流化床44A。晶體在維持于約115℃-160℃的流化床44A中被加熱脫去單水合碳酸鈉中的水份，以形成凡管47排出的蘇打灰產(chǎn)物。流化床44A中蒸出的水由管46排除。來(lái)自離心機(jī)41A的部分母液被返還(通過(guò)未示出的裝置)至單水合鹽蒸發(fā)器/結(jié)晶器38A?？蓷壢ゲ糠衷撗h(huán)母液以控制雜質(zhì)含量。最好，該單水合鹽母液由管45循環(huán)至十水合碳酸鈉結(jié)晶器的合并原料罐21A與來(lái)自管20的中和后鹽水混合，作為進(jìn)入十水合碳酸鈉結(jié)晶器21A的原料。這可以以十水合晶體的形式回收單水合鹽純潔液排放物流中的碳酸鈉。而且因?yàn)閬?lái)自十水合結(jié)晶器30A的母液排放流33中的雜質(zhì)濃度比單水合物的母液中高，所以排除的碳酸鈉值較少。
通過(guò)溶解器35A中熔解十水合晶體而形成的碳酸鈉濃縮溶液比較純而且不含雜質(zhì)，當(dāng)通過(guò)圖2所示的單水合碳酸鈉途徑生成蘇打灰時(shí)，其終產(chǎn)品的質(zhì)量可與由常規(guī)單水合鹽方法制備的蘇打灰相比較。但是，如果需要極高純度的蘇打灰，可從將母液由離心機(jī)41A返行至結(jié)晶器/蒸發(fā)器38A的物流中排放掉更多的單水合結(jié)晶器母液。這樣可保持排出流中極低的雜質(zhì)含量，而該物流可再由管45通過(guò)合并的原料罐20A送至十水合結(jié)晶器，由引系統(tǒng)無(wú)附加的堿損失。來(lái)自管45的單水合母液中的雜質(zhì)被濃集于十水合結(jié)晶器的母液中在離心機(jī)30A中被分離，最終由管33排除。
在離心機(jī)30或由十水合晶體中分離的并由管33排除的母液一般被作為廢物排除。但是，為了優(yōu)化節(jié)約該物流中的堿值及回收其中的水，該母液的一部分可由管34(未示)循環(huán)入苛化回路最好是通入澄清器16A，同時(shí)棄去其余母液，以保證排除物流中的雜質(zhì)，并防止系統(tǒng)中雜質(zhì)含量的上升。也可以將該物流碳酸化，以碳酸氫鈉或倍碳酸鈉晶體的形式回收其中的剩余堿值。或者，由管33排除的液體可被用作溶液法開(kāi)采天然堿中的部分溶劑，從而提高其總堿值而且利于向本方法提供鹽水原料。是否必須在將剩余母液用于溶液開(kāi)采前棄去部分母液，取決于其中的雜質(zhì)含量。通常，鹽水原料中的雜質(zhì)濃縮在來(lái)自結(jié)晶器30A的母液中，必須采取措施以清除這些廢物。
本方法比那些現(xiàn)有方法具有許多優(yōu)點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)如下a.本方法使石灰的需要量與處理通常鹽水以中和所有碳酸氫鈉值而不進(jìn)行預(yù)先蒸發(fā)和/或汽提步驟的方法相比減少至少40％至50％之多。這使基本原料明顯減少以及使處理過(guò)程非常經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。
b.本方法可以利用那些就地使用環(huán)境溫度的水作為溶劑進(jìn)行溶液開(kāi)采的天然堿作為進(jìn)料，盡管事實(shí)上這些溶液不含常用方法例如一水合物法通常所需并采用的高濃度的總堿值。當(dāng)然低溫水性溶劑是最理想的，因?yàn)樗档土巳芤翰傻V的能量需求。
c.溶液開(kāi)采天然堿的堿值可轉(zhuǎn)變成多種產(chǎn)品，即十水合碳酸鈉晶體、純凈的30％(重量)的碳酸鈉溶液、一水合碳酸鈉晶體、無(wú)水碳酸鈉晶體、碳酸氫鈉、倍半碳酸鈉、苛性蘇打以及最后是蘇打灰晶體。結(jié)晶產(chǎn)品作為最終銷售產(chǎn)品有其各自的用途和優(yōu)點(diǎn)，而碳酸鈉溶液則是制造其它含鈉化學(xué)品如氫氧化鈉和磷酸鈉的有用原料。
d.本方法可令工廠生產(chǎn)不同的產(chǎn)物母體晶體，從而可容易地生產(chǎn)各種不同等級(jí)的蘇打灰。例如，很低密度的蘇打灰可直接由低溫干燥十水合晶體得到。高密度蘇打灰可從一水合碳酸鈉得到。很高純度的蘇打灰也可從本方法的一水合物結(jié)晶步驟得到而沒(méi)有額外的堿損失。
e.本方法可以回收通常所認(rèn)為的廢流，它不含足夠的堿值或含有用常規(guī)技術(shù)加工所不能接受的雜質(zhì)。這些廢流可用作溶液開(kāi)采階段的溶劑以帶來(lái)額外的堿值，并可用作本方法的進(jìn)料鹽水。十水合碳酸鈉的結(jié)晶作用使得可以回收高純度的晶體，而將大部分雜質(zhì)濃縮于最終的母液中。這方便了處理，因?yàn)殡s質(zhì)被濃縮了，而濃縮的廢溶液比稀的易于處理。
實(shí)施例1按圖2所述的方法，下面是用于每小時(shí)生產(chǎn)100k lbs(45360kg/h)蘇打灰產(chǎn)品工廠的物料平衡。
所用單位為每小時(shí)千磅(k bls/h)(kg/h)或每分鐘加侖(gpm)。
將由水和地下天然堿礦層接觸得到的20℃并且具有表2中所列組成的鹽水，以1187gpm(709.35k lbs/h)(321761kg/h)的速度加入溫度為105℃的汽提器2A。在汽提器中，從管道3排出3.9k lbs/h(1769kg/h)CO2和251k lbs/h(113854kg/h)的蒸汽，并將其壓縮蒸發(fā)器6A供熱。從汽提器排出的液體通過(guò)管道4以709k lbs/h(321602kg/h)的量排出。該液體分成兩股液流，70k lbs/h(31752kg/h)在通過(guò)管道5進(jìn)入苛化回路中的淀渣再漿化器15A，剩余的640klbs/h(290304kg/h)通過(guò)管道6進(jìn)入蒸發(fā)器6A，蒸發(fā)器溫度為115℃。在蒸發(fā)器6A中，產(chǎn)生1.7k lbs/h(771kg/h)CO2和255klbs/h(115668kg/h)H2O，并通過(guò)管道7進(jìn)入汽提器2A，以向汽提器2A供給蒸汽。蒸發(fā)器排出液流8(總量為383k lbs/h(173729kg/h))送入中和器8A。
管道5中經(jīng)汽提的鹽水與淀渣再漿化器12A中的淀渣混合，通過(guò)管道16進(jìn)入澄清器16A，澄清的液體通過(guò)管道19進(jìn)入消和器-苛化器19A，在消和器-化器19A中與6.4klbs/h(2903kg/h)石灰反應(yīng)以產(chǎn)生8％(重量)苛性蘇打溶液，該溶液通過(guò)管道11進(jìn)入澄清器13A澄清。來(lái)自澄清器13A的淀渣通過(guò)管道12送入再漿化器12A，而澄清的含有約8％NaOH的苛性蘇打溶液通過(guò)管道13送入中和器8A。管道20中的中和的液流(其量為470klbs/h(213192kg/h))送入合并的十水合物原料容器20A，在此它與48k lbs/h(21773kg/h)的來(lái)自管道45的再循環(huán)一水合物母液混合。該來(lái)自容器20A的基本上為碳酸鈉的溶液以519k lbs/h(235418kg/h)的量流經(jīng)管道21并送入第一結(jié)晶器21A，在此該液流發(fā)生蒸發(fā)冷卻。水蒸氣以29klbs/h(13154kg/h)的量蒸發(fā)及冷凝，而十水合碳酸鈉晶體在結(jié)晶器21A中24℃溫度下生成。晶體漿料通過(guò)管道24排出并在離心機(jī)24A中分離，產(chǎn)生210klbs/h(95256kg/h)十水合物晶體，洗滌之后，通過(guò)管道27排出，314klbs/h(142430kg/h)十水合物母液通過(guò)管道26排出并加入第二十水合物結(jié)晶器26A。水蒸氣以15klbs/h(6804kg/h)的量從結(jié)晶器26A中蒸發(fā)，通過(guò)管道28去除并冷凝，而在結(jié)晶器26A中13℃的溫度下生成額外的十水合碳酸鈉晶體。晶體漿料通過(guò)管道30排出，并在離心機(jī)30A中分離成132klbs/h(59875kg/h)十水合物晶體。洗滌之后，通過(guò)管道35排出，189klbs/h(85730kg/h)母液通過(guò)管道32排出并通過(guò)管道33排放。兩種十水合物晶體漿料流27和35以341klbs/h(154677kg/h)十水合碳酸鈉的總量加入十水合物溶解器容器35A，在此通過(guò)管道37加入33klbs/h(14969kg/h)的水，并在50℃的溫度下溶解晶體以產(chǎn)生30％(重量)的碳酸鈉水溶液。不需通過(guò)管道36加入苛性蘇打，因?yàn)樵谌芙馄?5A中的溶液里基本上不存在碳酸氫鹽值。從十水合物溶解器中在50℃的溫度下排出碳酸鈉溶液(其量為374klbs/h(169646kg/h))并通過(guò)管道38加入至一水合碳酸鈉結(jié)晶器38A中。如果需要，也可使用部分30％碳酸鈉溶液以產(chǎn)生磷酸鈉，但在本實(shí)施例中全部加入一水合碳酸鈉結(jié)晶器38A中。約228klbs/h(103421kg/h)的水從結(jié)晶器38A中蒸發(fā)，通過(guò)管道39排出并冷凝。一水合碳酸鈉晶體被沉淀并產(chǎn)生146klbs/h(66226kg/h)的一水合物晶體漿料，通過(guò)管道41送入離心機(jī)41A以從其母液中分離晶體。該一水合物母液與洗滌液一起以48klbs/h(21773kg/h)的流率通過(guò)管道45再循環(huán)至合并的十水合物原料容器20A。用來(lái)自管道42的水洗滌之后，該晶體通過(guò)管道44進(jìn)入加熱的流化床，在此在床溫140℃下煅燒，去除27klbs/h(12247kg/h)的水分，生成100klbs/h(45360kg/h)的蘇打灰。這構(gòu)成了每年生產(chǎn)約390ktons(353m.ton)的蘇打灰產(chǎn)量。
實(shí)施例1的各種操作流體的物料平衡列于表Ⅱ，為了簡(jiǎn)化流程圖，其中不包括添加劑例如消泡劑、結(jié)晶生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑或其它添加劑，或者節(jié)約熱量所需的熱交換器，因?yàn)樗鼈儗儆谠擃I(lǐng)域技術(shù)人員已知的知識(shí)范圍。
已經(jīng)描述了許多對(duì)本方法的改進(jìn)，其它對(duì)基本方法的改進(jìn)也可進(jìn)行以優(yōu)化結(jié)果。連續(xù)或間歇操作，以及其它改變也可采用，這些均不脫離本發(fā)明的要旨和范圍。
表I溫度 Na2CO3NaHCO3NaClI.D. kg/h℃ kg/h Wt kg/h Wt kg/hWt％ ％ ％原料鹽水2 321843 20 4504 3 14.0144704.528940.9汽提器蒸汽 3 115668 105 -- -- - -汽提器排出物4 321748 105 4740114.7414470 3.33 28940.9排出至苛化器5 31593 105 --- - -排出至蒸發(fā)器6 290150 105 --- - -蒸發(fā)器排出氣體 7 116439 115 --- -蒸發(fā)器排出物8 173683 115 4465725.7166543.83 26131.50澄清的苛化溶液 13 39631 90 558 1.4 0 0 231 0.64十水合物原料21 235282 80 5919525.2 0 0 29031.23十水合物晶體27 95029 24 3084532.5 0 0 21 0.02第一十水合母液 26 142589 24 2835019.9 0 0 28852.02第二十水合晶體 35 59739 13 2007633.6 0 0 21 0.04第二十水合母液 32 85504 13 8324 9.7 0 0 28623.35一水合物結(jié)晶器原料 38 169823 50 5093030 0 0 42 0.02一水合物漿料41晶體55702 100 47628 85.5 0 0 - -溶液10691 100 329330.8 0 0 42 0.39蘇打灰 47 45360 - 45351 100 0 0 2 0.0038
表 I(續(xù))溫度 Na2SO4H2OI.D.kg/h ℃ kg/h Wt kg/hWt％％ ％原料鹽水 2 321843 201288 0.4258049 80.2汽提器蒸 3 115668105-- 113899 98.5汽提器排出物 4 3217481051284 0.4259414 80.6排出至苛化器 5 31593 105-- --排出至蒸發(fā)器 6 290150105-- --蒸發(fā)器排出氣體 7 116439115-- 11566 3 99.3蒸發(fā)器排出物 8 1736831151161 0.67 118607 68.3澄清的苛化溶液 13 39631 90 113 0.29 35 517 89.7十水合物原料21 23528280 1447 0.62171733 73.0十水合物晶體27 95029 24 93 0.1064071 67.4第一十水合母液 26 14258924 1352 0.95110111 77.2第二十水合晶體 35 59739 13 87 0.1539563 66.2第二十水合母液 32 85504 13 1266 1.4873175 85 6一水合物結(jié)晶器原料 38 16982350 181 0.11118662 69.9一水合物漿料41晶體55702100 - - 808814.5溶液10691100 1811.69 717167.1蘇打灰 47 45360- 70.0147 0 0
權(quán)利要求
1.一種從含碳酸鈉和碳酸氫鈉的鹽水生產(chǎn)含鈉化學(xué)品的方法，其特征在于，通過(guò)在100℃至140℃的溫度下加熱鹽水以蒸發(fā)水分，將碳酸氫鈉轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓徕c并從中除去得到的二氧化碳，將得到的碳酸氫鈉含量降低了的鹽水與數(shù)量可使在得到的鹽水中所有殘存的碳酸氫鈉均轉(zhuǎn)變成碳酸鈉的氫氧化鈉水溶液反應(yīng)，冷卻經(jīng)氫氧化鈉處理的鹽水至5℃至25℃的溫度，沉淀出十水合碳酸鈉晶體，從其母液中分離十水合碳酸鈉晶體，熔化分離的十水合碳酸鈉晶體以生成碳酸鈉溶液，加熱所得到的碳酸鈉溶液至60℃以上110℃以下的溫度以蒸去水分，沉淀出一水合碳酸鈉晶體，從其母液中分離出一水合碳酸鈉晶體，煅燒分離的一水合碳酸鈉晶體以生成蘇打灰并回收蘇打灰。
2.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述鹽水是通過(guò)使水和地下天然堿礦層接觸得到的。
3.如權(quán)利要求2的方法，其特征在于，將水導(dǎo)入地下作為溶液開(kāi)采法的溶劑與地下天然堿礦層接觸。
4.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于，鹽水是與天然堿礦層接觸的礦井水。
5.如權(quán)利要求3的方法，其特征在于，所述溶液開(kāi)采是通過(guò)使用水性溶劑在不高于35℃的溫度下進(jìn)行的。
6.如權(quán)利要求3的方法，其特征在于，所述溶液開(kāi)采是在天然堿礦層的環(huán)境溫度下進(jìn)行的。
7.如權(quán)利要求3的方法，其特征在于，所述溶液開(kāi)采是通過(guò)使用水性溶劑在15℃至22℃的溫度下進(jìn)行的。
8.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于，將所述通過(guò)加熱十水合碳酸鈉晶體生成的碳酸鈉溶液的一部分分離，并回收用于制備含鈉的化合物。
9.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于，清除從所述十水合碳酸鈉分離的母液以從過(guò)程中去除雜質(zhì)。
10.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于，清除從所述十水合碳酸鈉分離的母液的一部分，以防止雜質(zhì)累積，而其余部分再循環(huán)至苛化回路，在其中通過(guò)苛化碳酸鈉值產(chǎn)生氫氧化鈉。
11.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于，將從一水合碳酸鈉晶體中分離的母液再循環(huán)返回，并與被蒸發(fā)以產(chǎn)生一水合碳酸鈉晶體的碳酸鈉溶液混合。
12.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于，將從一水合碳酸鈉晶體中分離的母液再循環(huán)，并與被冷卻以結(jié)晶十水合碳酸鈉的蒸發(fā)后的碳酸鈉溶液混合。
13.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述鹽水首先在汽提步驟中用蒸汽加熱，以汽提一部分二氧化碳，隨后將汽提后的鹽水在蒸發(fā)步驟中加熱，以從中蒸去水分并進(jìn)一步去除二氧化碳。
14.如權(quán)利要求13的方法，其特征在于，將汽提后的鹽水用作苛化步驟中的鹽水。
15.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于，將部分與加入蒸發(fā)步驟相同的鹽水溶液也加入苛化步驟中。
16.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于，將所述通過(guò)熔化十水合碳酸鈉晶體生成的碳酸鈉溶液的一部分分離出來(lái)，并在高于110℃的溫度下加熱以蒸去水分，結(jié)晶出無(wú)水碳酸鈉晶體，并從其母液分離和回收該晶體。
17.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于，將所述通過(guò)熔化十水合碳酸鈉晶體生成的碳酸鈉溶液的一部分分離出來(lái)，并碳酸化以結(jié)晶出碳酸氫鈉晶體，從其母液分離和回收該晶體。
18.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于，將所述通過(guò)熔化十水合碳酸鈉晶體生成的碳酸鈉溶液的一部分分離出來(lái)，并與石灰反應(yīng)以生成作為產(chǎn)品的苛性蘇打。
19.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述鹽水或蒸發(fā)后的鹽水在冷卻并從中結(jié)晶出晶體之前經(jīng)過(guò)碳處理，以去除有機(jī)雜質(zhì)。
20.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于，通過(guò)與氧化鈣或氫氧化鈣反應(yīng)苛化的鹽水具有不高于20％的TA濃度。
21.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述的氫氧化鈉是通過(guò)將含碳酸鈉的鹽水導(dǎo)入淀渣再漿化步驟產(chǎn)生的，在此鹽水與來(lái)自第一澄清步驟的淀渣的混合，在第二澄清步驟中澄清所得到的鹽水和淀渣混合物，將來(lái)自第二澄清步驟的澄清液體導(dǎo)入消和步驟，將石灰與鹽水中的碳酸鈉值反應(yīng)以生成氫氧化鈉和碳酸鈣淀渣的漿料，將該漿料從消和步驟導(dǎo)入第一澄清步驟，從淀渣中澄清氫氧化鈉水溶液，使分離的淀渣進(jìn)入淀渣再漿化步驟，分離澄清的氫氧化鈉水溶液用于本方法中的中和步驟。
22.從含碳酸鈉和碳酸氫鈉的鹽水生產(chǎn)有價(jià)值的含鈉化學(xué)品的方法，該鹽水是通過(guò)使水和地下天然堿礦層接觸得到的，且其總堿值為8％至20％，其特征在于，將鹽水在100℃至140℃的溫度下加熱以蒸去水，將碳酸氫鈉轉(zhuǎn)變成碳酸鈉并從其中除去二氧化碳，將所得到的具有降低的碳酸氫鈉含量的鹽水與足以基本上將所有在鹽水中殘存的碳酸氫鈉轉(zhuǎn)化成碳酸鈉的氫氧化鈉水溶液反應(yīng)，所述氫氧化鈉水溶液是通過(guò)用氧化鈣或氫氧化鈣苛化碳酸鈉值生成，冷卻經(jīng)氫氧化鈉處理過(guò)的鹽水至5℃至25℃的溫度下，沉淀十水合碳酸鈉晶體，從其母液中分離十水合碳酸鈉晶體，熔化所分離的十水合碳酸鈉晶體以生成碳酸鈉溶液，加熱所得到的碳酸鈉溶液至高于60℃至低于110℃的溫度以蒸去水分，沉淀一水合碳酸鈉晶體，從其母液中分離出一水合碳酸鈉晶體，煅燒所分離的一水合碳酸鈉晶體以生產(chǎn)蘇打灰并回收蘇打灰。
23.從含碳酸鈉和碳酸氫鈉的鹽水生產(chǎn)有價(jià)值的含鈉化學(xué)品的方法，其特征在于，在汽提步驟中將該鹽水與蒸汽接觸進(jìn)行加熱將碳酸氫鈉轉(zhuǎn)變成碳酸鈉并從其中除去生成的一部分二氧化碳，使部分汽提的鹽水進(jìn)入蒸發(fā)步驟并在100℃至140℃的溫度下加熱以蒸去水分，將另外的碳酸氫鈉轉(zhuǎn)變成碳酸鈉并去除從中另外產(chǎn)生的二氧化碳，將所得到的具有降低的碳酸氫鈉含量的蒸發(fā)后的鹽水與足以基本上將所有在蒸發(fā)的鹽水中殘存的碳酸氫鈉轉(zhuǎn)化成碳酸鈉的氫氧化鈉水溶液反應(yīng)，所述氫氧化鈉水溶液是通過(guò)用氧化鈣或氫氧化鈣苛化剩余部分的汽提的鹽水生成，冷卻經(jīng)氫氧化鈉處理過(guò)的鹽水至5℃至25℃的溫度下，沉淀十水合碳酸鈉晶體，從其母液中分離十水合碳酸鈉晶體，熔化所分離的十水合碳酸鈉晶體以生成碳酸鈉溶液，加熱所得到的碳酸鈉溶液至高于60℃至低于110℃的溫度以蒸去水分，沉淀一水合碳酸鈉晶體，從其母液中分離出一水合碳酸鈉晶體，煅燒所分離的一水合碳酸鈉晶體以生產(chǎn)蘇打灰并回收蘇打灰。
24.從含碳酸鈉和碳酸氫鈉的鹽水生產(chǎn)有價(jià)值的含鈉化學(xué)品的方法，該鹽水是通過(guò)使水和地下天然堿礦層接觸得到的，且其總堿值為8％至20％，其特征在于，在汽提步驟中將該鹽水與蒸汽接觸進(jìn)行加熱將碳酸氫鈉轉(zhuǎn)變成碳酸鈉并從其中除去生成的一部分二氧化碳，使部分汽提的鹽水進(jìn)入蒸發(fā)步驟并在100℃至140℃的溫度下進(jìn)一步加熱以蒸去水分，將另外的碳酸氫鈉轉(zhuǎn)變成碳酸鈉并去除從中另外產(chǎn)生的二氧化碳，將所得到的具有降低的碳酸氫鈉含量的蒸發(fā)后的鹽水足以基本上將所有在蒸發(fā)的鹽水中殘存的碳酸氫鈉轉(zhuǎn)化成碳酸鈉的氫氧化鈉水溶液反應(yīng)，所述氫氧化鈉水溶液是通過(guò)用氧化鈣或氫氧化鈣苛化剩余部分的汽提的鹽水生成，冷卻經(jīng)氫氧化鈉處理過(guò)的鹽水至5℃至25℃的溫度下，沉淀十水合碳酸鈉晶體，從其母液中分離十水合碳酸鈉晶體，熔化所分離的十水合碳酸鈉晶體以生成碳酸鈉溶液，加熱所得到的碳酸鈉溶液至高于60℃至低于110℃的溫度以蒸去水分，沉淀一水合碳酸鈉晶體，從其母液中分離出一水合碳酸鈉晶體，煅燒所分離的一水合碳酸鈉晶體以生產(chǎn)蘇打灰并回收蘇打灰。
25.如權(quán)利要求23的方法，其特征在于，將從一水合碳酸鈉晶體分離的母液再循環(huán)，并與被冷卻以結(jié)晶十水合碳酸鈉的蒸發(fā)后的鹽水混合。
26.如權(quán)利要求23的方法，其特征在于，所述鹽水是將水與天然堿礦層接觸得到的。
27.如權(quán)利要求23的方法，其特征在于，將水導(dǎo)入地下作為溶液開(kāi)采法的溶劑與地下天然堿礦層接觸。
28.如權(quán)利要求23的方法，其特征在于，鹽水是與天然堿接觸的礦泉水。
29.如權(quán)利要求27的方法，其特征在于，所述溶液開(kāi)采是在天然堿礦層的環(huán)境溫度下進(jìn)行的。
30.如權(quán)利要求27的方法，其特征在于，所述溶液開(kāi)采是通過(guò)使用水性溶劑在15℃至22℃的溫度下進(jìn)行的。
31.如權(quán)利要求23的方法，其特征在于，將所述通過(guò)熔化十水合碳酸鈉晶體生成的碳酸鈉溶液的一部分分離出來(lái)，并在高于110℃的溫度下加熱以蒸去水分，結(jié)晶出無(wú)水碳酸鈉晶體，并從其母液分離和回收該晶體。
32.如權(quán)利要求23的方法，其特征在于，將所述通過(guò)熔化十水合碳酸鈉晶體生成的碳酸鈉溶液的一部分分離出來(lái)，并碳酸化以結(jié)晶出碳酸氫鈉晶體，從其母液分離和回收該晶體。
33.如權(quán)利要求23的方法，其特征在于，將所述通過(guò)熔化十水合碳酸鈉晶體生成的碳酸鈉溶液的一部分分離出來(lái)，并與石灰反應(yīng)以生成作為產(chǎn)品的苛性蘇打。
34.如權(quán)利要求23的方法，其特征在于，通過(guò)與氧化鈣或氫氧化鈣反應(yīng)苛化的鹽水具有不高于20％的TA濃度。
35.如權(quán)利要求23的方法，其特征在于，所述的氫氧化鈉是通過(guò)將含碳酸鈉的鹽水導(dǎo)入淀渣再漿化步驟產(chǎn)生的，在此它與來(lái)自第一澄清步驟的淀渣混合，在第二澄清步驟中澄清所得到的鹽水和淀渣的混合物，將來(lái)自第二澄清步驟的澄清液體導(dǎo)入消和步驟，將石灰與鹽水中的碳酸鈉值反應(yīng)以生成氫氧化鈉和碳酸鈣淀渣的漿料，將該漿料從消和步驟導(dǎo)入第一澄清步驟，從淀渣中澄清氫氧化鈉水溶液，使分離的淀渣進(jìn)入淀渣再漿化步驟，分離澄清的氫氧化鈉水溶液用于本方法中的中和步驟。
全文摘要
一種從含碳酸鈉和碳酸氫鈉的鹽水生產(chǎn)含鈉化學(xué)品的方法，其特征在于，通過(guò)在100℃至140℃的溫度下加熱鹽水以蒸發(fā)水分，將碳酸氫鈉轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓徕c并從中除去得到的二氧化碳，將得到的具有降低的碳酸氫鈉含量的鹽水與足以使在得到的鹽水中所有殘存的碳酸氫鈉均轉(zhuǎn)變成碳酸鈉的氫氧化鈉水溶液反應(yīng)，冷卻經(jīng)氫氧化鈉處理的鹽水至5℃至25℃的溫度，沉淀出十水合碳酸鈉晶體，從其母液中分離十水合碳酸鈉晶體，熔化分離的十水合碳酸鈉晶體以成碳酸鈉溶液，加熱所得到的碳酸鈉溶液至60℃以上110℃以下的溫度以蒸去水分，沉淀出一水合碳酸鈉晶體，從其母液中分離出一水合碳酸鈉晶體，煅燒分離的一水合碳酸鈉晶體以生成蘇打灰并回收蘇打灰。
文檔編號(hào)C01D7/35GK1124503SQ94192254
公開(kāi)日1996年6月12日 申請(qǐng)日期1994年1月13日 優(yōu)先權(quán)日1993年3月30日
發(fā)明者W·C·科彭哈弗, D·E·史密斯, G·F·尼德林豪斯 申請(qǐng)人:Fmc有限公司