3.8.2 Производство кальцинированной соды

По аммиачному методу Сольве

При производстве соды методом Сольве раствор хлорида натрия, карбонатное сырье (известняк, мел), доменный кокс и аммиак используются в качестве сырьевых материалов в серии реакций, приводящих к образованию кальцинированной соды. При этом аммиак возвращается в цикл и теряется лишь в небольшом количестве. Последовательность реакций в процессе Сольве можно описать следующим образом:

CaCO₃ + нагрев = CaO + CO₂

CaO + H₂O = Ca(OH)₂

2NaCl + 2H₂O + 2NH₃ + 2CO₂ = 2NaHCO₃ + 2NH₄Cl

2NaHCO₃ + нагрев = Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O

Ca(OH)₂ + 2NH₄Cl = CaCl₂ + 2NH₃ + 2H₂O.

Суммарная реакция выглядит так:

CaCO₃ + 2NaCl = Na₂CO₃ + CaCl₂.

В серии реакций, показанных выше, CO₂ выделяется в двух стадиях:

- Обжиг карбонатного сырья.

- Кальцинирование (термическое разложение гидрокарбоната натрия (NaHCO₃).

Образующийся CO₂ улавливают, сжимают и направляют в башни осаждения Сольве, где CO₂ поглощается смесью солевого раствора (водного раствора NaCl) и аммиака. Хотя CO₂ образуется как побочный продукт, его извлекают и возвращают в процесс на стадии карбонизации, поэтому теоретически процесс нейтральный, т.е. выделение CO₂ равно потреблению CO₂.

На практике некоторое количество CO₂ улетает в атмосферу при производстве методом Сольве, поскольку образуется больше CO₂, чем требуется стехиометрически. Избыток CO₂ возникает при кальцинировании известняка с доменным коксом. Известняк соединяется с коксом в количестве около 7% от веса известняка.

Процесс комплексной переработки нефелин-содержащих руд

В основе производства соды по данной технологии лежат нефелин-содержащие руды, к которым относят нефелиновые и нефелин-апатитовые. Нефелин представляет собой минерал, содержащий группы щелочных алюмосиликатных пород ((Na₂O, K₂O) Al₂O₃(2 + n)SiO₂, где n изменяется от 0 до 2). Состав руд непостоянен и может существенно меняться для различных месторождений. При производстве кальцинированной соды руды подвергают комплексной переработке. Способ переработки выбирается в зависимости от специфики конкретного производства. В результате образуются растворы карбонатов или гидроксидов щелочных металлов (Na, K), которые затем направляются на непосредственное производство соды. Технологический процесс переработки полученного раствора состоит из следующих основных стадий:

- нейтрализации исходного раствора;

- концентрационной выпарки раствора и растворения в нем двойной соли;

- первой стадии выделения соды;

- выделения сульфата калия;

- второй стадии выделения соды;

- выделения двойной соли;

- выделения хлорида калия;

- выделения карбоната калия (поташа).

В зависимости от способа переработки нефелин-содержащих руд (в частности, при спекании нефелина с известняком: (K, Na)₂O · Al₂O₃ · 2SiO₂ + 4CaCO₃ = 2(K, Na) AlO₂ + 2Ca₂SiO₄ + 4CO₂) может выделяться некоторое количество CO₂. Поэтому при определении потенциальных источников парниковых газов важно уточнять технологии производства соды на каждом предприятии в регионе. При наличии выбросов CO₂ в атмосферу, их необходимо учитывать при составлении региональных кадастров (Мельников Е.Я. с соавт., 1983; Зайцев И.Д. с соавт., 1986; Коломиец М. с соавт., 2008; ИнфоМайн, 2008; Межправительственная, 2006).

Оценка выбросов CO₂ для каждого предприятия, производящего кальцинированную соду в регионе, должна быть основана на общем балансе CO₂ для всего химического процесса. При оценке выбросов с предприятия, применяющего аммиачный метод Сольве, можно использовать упрощенный вариант баланса, который предполагает, что выбросы CO₂ происходят от стехиометрического окисления углерода кокса. Производство кальцинированной соды относится к деятельности химической промышленности, поэтому выбросы следует учитывать в секторе "Промышленные процессы и использование продукции" (ППИП) (Межправительственная, 2006).