用于生產(chǎn)碳酸鈉的方法
【專利說明】用于生產(chǎn)碳酸納的方法
[0001] 本申請是申請日為2009年1月6日、申請?zhí)枮?00980104174.X、發(fā)明名稱為"用 于生產(chǎn)碳酸鋼的方法"的中國專利申請的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明設(shè)及用于生產(chǎn)碳酸鋼，具體地從包含碳酸氨鋼的礦石礦物，如天然堿、蘇 打石或從其他富含碳酸氨鋼價(jià)值物的礦物地下礦石類如碳氨鋼石（Wegscheiderite)或 Decemite生產(chǎn)碳酸鋼的一種方法。
【背景技術(shù)】
[0003] 蘇打石是主要由碳酸氨鋼構(gòu)成的一種礦石。例如在科羅拉多州西北部的皮申斯溪 盆地（PiceanceCreekBasininNo;rthweste;rnColorado)存在大量的蘇打石，運(yùn)些沉積 物在綠河組（GreenRiver化rmation)的鹽田區(qū)域處于床層和散布晶體的形式。
[0004] 天然堿礦石是包含約90 % -95 %的碳酸氨S鋼（NazCOs.NaHC〇3.2&0)的一種礦物。 在靠近綠河的懷俄明州西南部發(fā)現(xiàn)了大量的礦物天然堿的沉積物。運(yùn)種沉積物包括天然堿 和混合的天然堿W及石鹽（巖鹽或化Cl)的床層。通過保守估算，運(yùn)些主要的天然堿床層 包含約750億公噸的礦石。對在綠河開采的天然堿礦石的典型分析如下： 陽0化]表1
[0008] 在天然堿礦石中發(fā)現(xiàn)的碳酸氨=鋼是一種絡(luò)鹽，運(yùn)種絡(luò)鹽可溶于水并且溶解產(chǎn)生 大致5重量份的碳酸鋼（NazCOs)W及4份的碳酸氨鋼（NaHC〇3)，如W上分析中所示。將該 天然堿礦石進(jìn)行處理W去除不可溶的物質(zhì)、有機(jī)物質(zhì)W及其他多種雜質(zhì)，W回收天然堿中 包含的有價(jià)值的堿。
[0009] 從天然堿生產(chǎn)的最有價(jià)值的堿是碳酸鋼。碳酸鋼是在美國制造的最大量的堿類商 品的其中一種。在1992年，來自懷俄明州的基于天然堿的碳酸鋼包括了整個(gè)美國蘇打灰產(chǎn) 量的大約90%。碳酸鋼的主要用途是在玻璃制造工業(yè)中W及用于生產(chǎn)小蘇打、洗涂劑W及 紙制品。
[0010] 從天然堿礦石生產(chǎn)碳酸鋼的一種常見的方法被稱為"一水堿法"。在運(yùn)種方法中， 將粉碎的天然堿礦石般燒（即，加熱）W便將該天然堿的碳酸氨鹽部分轉(zhuǎn)化成粗碳酸鋼，然 后將其溶解在水中。將生成的水溶液純化并且送入一臺結(jié)晶器中，在該結(jié)晶器中純的一水 碳酸鋼晶體結(jié)晶出來。將運(yùn)些一水合物晶體從其母液中分離出并且然后干燥成無水碳酸 鋼。然而，運(yùn)種方法是非常能量密集的，主要是由于該般燒步驟，該步驟要求使用大量的煤、 燃料、氣體或它們的混合物。
[0011] 已經(jīng)試圖通過使用多種電滲析方法減少用于生產(chǎn)碳酸鋼的能量消耗。US4238305 披露了用于從天然堿W及碳酸鋼與碳酸氨鋼的其他混合物中回收碳酸鋼的一種方法。在US 4238305中，將氨氧化鋼引入一個(gè)電滲析器的堿室中并將蘇打溶液（如天然堿溶液或蘇打 石溶液）引入酸室中。將一種濃化的氨氧化鋼溶液從該電滲析器中提取出來。使該氨氧化 鋼溶液最終與二氧化碳反應(yīng)W產(chǎn)生碳酸鋼。然而，運(yùn)種方法經(jīng)證明是操作復(fù)雜的，運(yùn)部分歸 因于在該堿性室中的高抑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明的目的在于W-種簡單、經(jīng)濟(jì)的方式從礦石礦物類生產(chǎn)碳酸鋼，具體地從 包括碳酸氨鋼的礦物礦石類中生產(chǎn)碳酸鋼，從而避免運(yùn)些已知方法的大的能量消耗或復(fù)雜 性。
[0013] 因此，本發(fā)明設(shè)及生產(chǎn)碳酸鋼的一種方法，根據(jù)該方法：
[0014] 將包含碳酸鋼的一種第一生產(chǎn)溶液引入一個(gè)電滲析器的堿性較弱的室中，該電滲 析器包括多個(gè)交替的堿性較弱和堿性較強(qiáng)的相鄰的室，運(yùn)些室通過多個(gè)陽離子膜彼此分 開，運(yùn)些堿性較強(qiáng)的室在一側(cè)由多個(gè)雙極性膜的陰離子面并且在另外一側(cè)由運(yùn)些陽離子膜 限定；
[0015] 將包含碳酸鋼的一種第二生產(chǎn)溶液引入該電滲析器的堿性較弱的室中；
[0016] 通過將穿過該陽離子膜的鋼離子的通量和穿過運(yùn)些雙極性膜的陰離子面的氨氧 根離子的通量相結(jié)合而在運(yùn)些堿性較強(qiáng)的室中生成一種包含氨氧化鋼的溶液；
[0017] 將該包含氨氧化鋼的溶液從該電滲析器的運(yùn)些堿性較強(qiáng)的室中提取出并且用W 構(gòu)成一種反應(yīng)溶液；
[0018] 使該反應(yīng)溶液與碳酸氨鋼反應(yīng)W形成包含碳酸鋼的一種生成的溶液。
[0019] 在根據(jù)本發(fā)明的方法中，該電滲析器包含至少兩種類型的室W及兩種類型的膜， 陽離子的和雙極的。在某些實(shí)施方案中它可W包含多個(gè)另外類型的室和陰離子膜。
[0020] 雙極性膜是一種離子交換膜，它包括一個(gè)陽離子面（陽離子可滲透而陰離子不可 滲透）W及一個(gè)另外的陰離子面（陰離子可滲透而陽離子不可滲透）。運(yùn)種膜可W通過兩 個(gè)單極性膜的并置來生產(chǎn)。在一個(gè)充足的電場下，并且在水溶液中，唯一可能的反應(yīng)是水 在運(yùn)兩個(gè)單極膜之間的界面上裂解為H+和OH，然后它們分別穿過陽離子和陰離子的單極 性膜并且離開該膜進(jìn)入運(yùn)些相鄰的室中。所推薦的是通過如在SOLVAY名下的專利申請WO 01/79335中所描述（特別是如在其權(quán)利要求書中所描述）的方法來生產(chǎn)運(yùn)些雙極性膜。
[0021] 在該方法的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，該電滲析器包括僅兩種類型的室W及僅陽離子 的和雙極性的膜。在本實(shí)施方案中，其中該電滲析器的堿性較弱的和堿性較強(qiáng)的室被交替 的陽離子的和雙極性的膜分開，因此每個(gè)室在一側(cè)被一個(gè)陽離子膜并且在另一側(cè)被一個(gè)雙 極性膜限定。
[0022] 在根據(jù)本發(fā)明的方法中，包含氨氧化鋼的反應(yīng)溶液與碳酸氨鋼反應(yīng)W形成包含碳 酸鋼的一種生成的溶液。與碳酸氨鋼的反應(yīng)可W按不同的方式進(jìn)行并且其中碳酸氨鋼具有 不同的起源和構(gòu)成。
[0023] 在本發(fā)明的一個(gè)第一實(shí)施方案中，使該反應(yīng)溶液通過將其與手邊已有的包含碳酸 氨鋼的一種溶液相混合與碳酸氨鋼進(jìn)行反應(yīng)，W便將該碳酸氨鋼的至少一部分轉(zhuǎn)化為碳酸 鋼。該實(shí)施方案允許利用稀釋的碳酸氨鋼溶液的優(yōu)點(diǎn)，通過將它們轉(zhuǎn)化為更濃的碳酸鋼溶 液，W便容易增值。
[0024] 在本發(fā)明的一個(gè)第二實(shí)施方案中，運(yùn)是特別有利的，通過使該反應(yīng)溶液與包含碳 酸氨鋼的一種礦物礦石相接觸使其與碳酸氨鋼進(jìn)行反應(yīng)。生成的碳酸鋼（由于其高的溶解 度）容易從該礦石中溶解出，運(yùn)允許從該礦物礦石中有效地提取蘇打價(jià)值物?？蒞利用不 同的礦物礦石并且可W使運(yùn)些礦物礦石與該反應(yīng)溶液W非常不同的方式（例如，在表面設(shè) 備中使用挖掘的礦物礦石類）相接觸。然而特別有意義的是將運(yùn)些反應(yīng)溶液引入地下并且 使其與地下的礦物礦床相接觸。然后在地下形成包含碳酸鋼的溶液并且通過常規(guī)的溶解采 礦技術(shù)進(jìn)行提取。本實(shí)施方案適合于天然堿、蘇打石、碳氨鋼石或Decemite礦物地下礦石 類。在一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，包含碳酸氨鋼的礦物礦石是一種地下的天然堿或蘇打 石礦石礦物。 陽0巧]推薦的是該反應(yīng)溶液包括最多120g/kg，優(yōu)選最多l(xiāng)OOg/kg的氨氧化鋼W及最多40g/kg優(yōu)選35g/kg的碳酸鋼。盡管如此，優(yōu)選的是該反應(yīng)溶液包括至少40g/kg、更優(yōu)選 50g/kg的氨氧化鋼。
[00%] 通常，該反應(yīng)溶液是通過將包含氨氧化鋼的溶液（它是從運(yùn)些堿性較強(qiáng)的室中提 取的）與淡水或再循環(huán)的水相混合（W便將其稀釋）而進(jìn)行制造的。
[0027] 可替代地，包含氨氧化鋼的溶液可W有利地按原樣使用W形成該反應(yīng)溶液并且直 接與碳酸氨鋼進(jìn)行反應(yīng)。根據(jù)具體情況，來自運(yùn)些堿性較強(qiáng)的室的輸出物將不得不被再引 入它們的輸入物中，W得到最佳的氨氧化鋼濃度。
[0028] 對該反應(yīng)溶液的構(gòu)成進(jìn)行的控制允許調(diào)整該生成的溶液的構(gòu)成。有利的是該生成 的溶液有利地包括至少200g/kg、優(yōu)選250g/kg的碳酸鋼。
[0029] 在根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)推薦的實(shí)施方案中，將該生成溶液的至少一部分進(jìn)行 蒸發(fā)W產(chǎn)生包含碳酸鋼晶體的一種懸浮液，運(yùn)些碳酸鋼晶體被分離出并且增值。該蒸發(fā)可 W如按一水堿法來進(jìn)行，優(yōu)選通過使用機(jī)械式蒸氣再壓縮。然后優(yōu)選將運(yùn)些一水碳酸鋼晶 體加工成致密的蘇打灰。
[0030] 在根據(jù)本發(fā)明的方法中，將包含碳酸鋼的一種第一生產(chǎn)溶液引入該電滲析器的堿 性較弱的室中。由于穿過該陽離子膜的化+離子的通量W及一個(gè)正在進(jìn)入的化離子的通 量，所進(jìn)入的碳酸鋼的至少一部分被轉(zhuǎn)化為碳酸氨鋼，從而形成包含碳酸氨鋼的一種輸出 溶液。根據(jù)在該第一生產(chǎn)溶液中的碳酸鋼的濃度，在多個(gè)有利的實(shí)施方案中還可W發(fā)生的 是在該池的堿性較弱的室的輸出時(shí)將該碳酸氨鋼轉(zhuǎn)化為二氧化碳。的確，當(dāng)作為化+離子 穿過運(yùn)些陽離子膜的結(jié)果所有進(jìn)入運(yùn)些堿性較弱的室的碳酸鋼都已經(jīng)轉(zhuǎn)化為碳酸氨鋼時(shí)， 化謂子穿過那些膜的任何額外的通量將具有的結(jié)果是破壞碳酸氨鋼成為CO2和水。然后可 W將該二氧化碳與處于該方法的其他階段的碳酸鋼溶液反應(yīng)，W生成碳酸氨鋼晶體。例如， 該產(chǎn)生的C〇2氣體可W有利地被用來與碳酸鋼溶液（通過反應(yīng)溶液與運(yùn)些礦物礦石相接觸 而生產(chǎn)）的一部分進(jìn)行反應(yīng)，W生成碳酸氨鋼晶體。該反應(yīng)可W在適合用于碳酸鋼溶液的 碳酸化作用的氣-液接觸器中進(jìn)行。根據(jù)情況，可W首先將該碳酸鋼溶液通過任何適當(dāng)