[发明专利]联合生产碳酸钠和碳酸氢钠的方法

说明书

本发明涉及到一种从天然碱矿石出发，联合生产碳酸钠和碳酸氢钠的方法。

天然碱矿石是包含约90％-95％的倍半碳酸钠(Na₂CO₃.NaHCO₃.2H₂O)的一种矿物。在靠近绿河的怀俄明州西南部发现了大量的矿物天然碱的沉积物。这种沉积物包括天然碱和混合的天然碱以及石盐(岩盐或NaCl)的床层，它覆盖大约2600km²。主要天然碱床层的尺寸范围从少于428km²到至少1870km²据保守的估计，这些主要的天然碱床层包括大约750亿公吨的矿石。这些不同的床层彼此交叠，并且是通过页岩层被分隔开的。该天然碱的品质取决于它在岩层中的具体位置而变化。

对在绿河开采的天然碱矿石的典型分析如下：

表1

                                             

组分                           重量百分比

                                             

Na₂CO₃                         43.6

NaHCO₃                         34.5

H₂O(结晶的和游离的水分)        15.4

NaCl                           0.01

Na₂SO₄                         0.01

Fe₂O₃                          0.14

不溶物                         6.3

                                             

在天然碱矿石中发现的倍半碳酸钠是一种络盐，这种络盐可溶于水并且溶解以产生大致5重量份的碳酸钠(Na₂CO₃)以及4份的碳酸氢钠(NaHCO₃)，如以上分析中所示。将该天然碱矿石进行处理以去除不可溶的物质、有机物质以及其他多种杂质，以回收天然碱中包含的有价值的碱。

从天然碱生产的最有价值的碱是碳酸钠。碳酸钠是在美国制造的最大量的碱类商品的其中一种。在1992年，来自怀俄明州的基于天然碱的碳酸钠包括了整个美国苏打灰产量的大约90％。碳酸钠的主要用途是在玻璃制造工业中并且用于生产小苏打、洗涤剂以及纸制品。

从天然碱矿石生产碳酸钠的一种常见的方法被称为“一水碱法”。在该方法中，将粉碎的天然碱矿石煅烧(即，加热)成粗碳酸钠，然后将其溶解在水中。将生成的水溶液纯化并且填充进一台结晶器中，在该结晶器中将纯的一水碳酸钠晶体结晶。将这些一水合物晶体从其母液中分离出并且随后干燥成无水碳酸钠。然而，天然碱矿石中包含的可溶的杂质倾向于在结晶器中积聚。为了避免杂质的堆积，必须将母液清洗。该清洗液(代表用于工业的一水合物工厂的重要的量)常见地被送到蒸发池里。因此该清洗液中包含的大量的碱被遗失。此外，大量清洗液储存在蒸发池中引起了环境问题，原因是新的区域用于储存的利用率不足。

另一方面，碳酸氢钠是一种具有宽范围的吸引人的特性以及非常宽范围的应用的产品，从用于制药行业的高科技成分到人类食品和动物饲料、并且到用于烟道气处理中。在烟道气处理中，碳酸氢钠很有可能是处于用来去除宽范围的污染物(最值得注意地是酸性污染物)的最有效的化学品之列，并且它的用途仅受限于那些有效程度更低但更为廉价的化学品(如石灰或甚至石灰石)的竞争。

目前碳酸氢钠的生产几乎完全通过碳酸钠的碳酸化作用来进行。在欧洲，碳酸化作用通常是由在苏打灰的生产过程中共同产生的CO₂在苏打灰工厂内原处进行的(CO₂主要在石灰窑中产生)。在美国，碳酸化作用通常在多个单独的工厂中进行，这些工厂独立地购买苏打灰和CO₂并将它们结合。