摘要: 本文首先介绍了氯酸钠的生产技术,重点分析了各种氯酸钠结晶工艺的优缺点。文章的后部分阐述了对氯酸钠生产过程中产生的废水、废气、废渣的处理方法。

关键词: 氯酸钠生产 结晶工艺 电解

氯酸钠国外主要用于木浆造纸漂白,目前国内氯酸钠用量最大的用途是用来产生二氧化氯,对自来水、游泳池、养鱼塘的杀菌,以替代传统的氯气,以消除氯气带来的有害致癌物质,从发展趋势看,氯酸钠市场巨大。目前国内外大都选择电解法生产氯酸钠,电解法生产氯酸钠过程中会产生大量的废水、废气、废渣。这些污染物必须得到有效的处理,否则将严重污染周围的环境。

1 国内氯酸钠生产技术

工业上生产氯酸钠有化学法和电解法2种,由于化学法生产流程长,设备多,腐蚀严重,生产条件差,污染环境,所以国内外大都选择电解法生产氯酸钠。电解法是目前氯酸钠生产厂家主导工艺路线。电解法生产氯酸钠是在无隔膜金属阳极电解槽中,将精制的饱和食盐水进行电解,电解液经蒸发、结晶、干燥即得氯酸钠产品。

1.1 氯酸钠结晶工艺对比分析

在结晶工艺方面,目前我国氯酸钠厂大多采用蒸发法和盐析法以及极具发展前途的真空冷却结晶工艺。

(1)蒸发法。蒸发法结晶的过程是将电解完成液送人蒸发器内蒸发,使氯酸钠的质量浓度提高到800 g/L以上,在90~100 ℃温度下,溶液中氯化钠因过饱和而成固体析出。分离后,NaClO3溶液冷却至30℃时结晶析出。这种方法的缺点是能耗高,工序多,蒸发器等设备腐蚀严重。此外,电解液含有重铬酸钠,蒸发后重铬酸钠在溶液中的浓度相应提高,当这种溶液结晶时,重铬酸钠也随氯酸钠一同结晶出来,严重影响产品质量。为此,蒸发法需增加去除母液中重铬酸钠工序,同时还要去除溴酸盐和次氯酸盐,以防腐蚀设备。因此在生产中存在着成本高、产品质量低劣等问题。

(2)盐析法。近年来,我国有少数厂家采用盐析法生产氯酸钠。理论上根据NaC103一NaC1一H20三元系统相图分析,由电解槽中流出的电解完成液含氯酸钠在535 g/L以上,氯化钠约为1 g/L,此时若温度为40℃以上,溶液呈未饱和态。在此温度下向溶液中加入氯化钠进行盐析,氯化钠即在溶液中达到饱和状态,然后将溶液冷却至一5℃,此时氯酸钠也达到饱和状态而析出氯酸钠结晶。液相中的组分发生变化,氯酸钠质量浓度降为约340 g/L,氯化钠质量浓度升为约160 g/L,每升电解完成液可得到固体氯酸钠165 g以上。与蒸发法相比,盐析法的生产成本低;可省去除次氯酸盐和溴酸盐操作;电解液不必去除铬酸盐;可得到较大颗粒的氯酸钠晶体。但也存在对沉淀剂(盐)的质量要求高、母液量大等问题。

(3)真空冷却法。其基本原理为把电解完成液送人密闭结晶器中,器内维持较高的真空度(为46.67 kPa绝压,真空的产生和维持靠用多级蒸汽喷射真空泵完成),使其中溶液的沸点较进料温度低,此热浓溶液在结晶器中闪蒸并冷却到与器内压力相对应的平衡温度(约30℃)。再用低温冷却水将由结晶器引入冷凝器的水蒸汽加以冷凝。在这种情况下,蒸汽喷射泵(或机械真空泵)仅承担排出不凝性固废制备的填充剂中NaCl对橡胶品质的影响气体及少量蒸汽的任务,可显著降低能耗。在很多情况下,为了提高结晶产品的产率,常要求达到尽可能低的结晶温度,所产生的水蒸汽不能被冷却水所冷凝,则需使用蒸汽喷射增压器(或称热力压缩器)将水蒸汽在进入冷凝器之前先加以压缩,以提高其冷凝温度。过量的微晶可随母液在澄清区的顶部排出结晶器,经母液外循环系统中的细晶消除器,用加热的方法消除母液中的细晶。在结晶器内沸腾液体的表面层是产生过饱和度趋势最强的区域,在此区域中存在着进入不稳区而大量产生晶核的危险,导流筒则把大量高浓度的晶浆直接送到此处,使表面层中随时存在着大量的晶体,从而有效地降低不断产生的过饱和度。真空冷却法比盐析法、蒸发法能耗低,产量高,设备占地面积小,且实现了连续化生产,有操作稳定、控制容易、产品质量好的特点。因此,生产氯酸钠采用真空冷却结晶较为理想。

2氯酸钠生产过程中的废水、废气、废渣处理

氯酸钠生产过程中有大量的废水、废气、废渣排放,对环境和人的身体健康危害极大。任何一家氯酸钠生产厂家都必须对生产过程中产生的“三废”做相应的处理以便达到国家制定的排放标准。

2.1 污水的处理

电解饱和氯化钠溶液时,为了降低电解产物或中间产物在阴极的还原损耗,需要在电解母液中添加一定量的重铬酸钠作为阻止阴极还原的添加剂。国内年产能力10 000t左右的氯酸盐企业,每年排放的六价铬盐(以固体重铬酸钠计)约3.4t。在生产过程中,循环母液中的六价铬酸根离子,随检修电解槽时,冲洗后的污水和盐水工段的污泥排放,渗透于地下,造成污染。在生产过程中,应该给工艺废水建立了“封闭”系统。对电解槽酸洗以及其它的固体不溶物的洗涤压滤水、贮槽溢流、泵密封水、设备的跑、冒、滴、漏等生产过程中产生的废水均给予收集,经沉淀分离处理后送去溶盐,做到循环使用。

2.2 电解废气的吸收处理

采用氯化钠溶液在无隔膜的电解槽中制取氯酸钠,产生的电解废气中除含有大量氯气,同时含有二氧化碳、氢气、水汽、少量气流夹带的氯酸钠、盐等。这种废气若任其长期排放于大气中,对周围环境造成极大的危害,厂区内的含氯废气也使操作人员身体健康受到危害,同时对设备、仪器等腐蚀很大。

2.3 粉尘处理

在氯酸钠生产的结晶工段上,需进行加热、干燥。由于氯酸钠可落到厂房各个角落并沉集起来。如果落在有机物上极易发生燃烧导致火灾。