本發(fā)明涉及碳酸氫鈉制備，尤其涉及一種脫硫灰電滲析轉(zhuǎn)化制備碳酸氫鈉的方法。

背景技術(shù)：

1、碳酸氫鈉是一種重要的化工原料，在制備純堿的中間體、表面清潔劑、工業(yè)廢氣的酸中和劑、食品添加劑、滅火器粉末和煙氣脫硫劑等領(lǐng)域具有著廣泛的應(yīng)用。目前，碳酸氫鈉主要的生產(chǎn)方法是純堿或者天然堿碳化，我國的幾大堿廠如天津堿廠、青島堿業(yè)公司、湖北化工廠均采用這種方法。此外，索爾維公司也以氯化鈉為原料，通過特殊工藝生產(chǎn)出了具有高活性的大顆?；钚蕴妓釟溻c產(chǎn)品。隨著工業(yè)生產(chǎn)上對(duì)于碳酸氫鈉的需求量大幅增長，需要新的方法生產(chǎn)。在鋼鐵行業(yè)中，許多鋼鐵廠采用碳酸氫鈉作為煙氣脫硫劑，該脫硫過程會(huì)產(chǎn)生大量的脫硫灰，其最主要的成分是硫酸鈉和不溶性雜質(zhì)，還含有少量碳酸鈉、碳酸氫鈉和氯化鈉。脫硫灰的成分復(fù)雜，經(jīng)濟(jì)價(jià)值低，數(shù)量極大，多被當(dāng)做固體危險(xiǎn)廢物處理。由于其主要成分均是可溶性鹽，經(jīng)雨水沖刷后會(huì)污染土壤和水源。如能以硫酸鈉為原料制備碳酸氫鈉，不僅可以減少危廢處理和脫硫劑購置的費(fèi)用，還會(huì)帶來顯著的環(huán)境效益。

2、目前硫酸鈉制備碳酸氫鈉是通過硫酸鈉溶液與碳酸氫銨或氨氣和二氧化碳發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的，科學(xué)家曾經(jīng)仿造索爾維工藝開發(fā)出了循環(huán)制堿法。該法的工藝過程為將芒硝溶液和氨水在碳化塔中進(jìn)行碳化，生成碳酸氫鈉，過濾洗滌分離出碳酸氫鈉。這種方法存在明顯的缺點(diǎn)：復(fù)分解的轉(zhuǎn)化率較低，鈉離子的利用率不高，只有64％左右。同時(shí)，副產(chǎn)品硫酸銨的分離存在困難，直接蒸發(fā)硫酸鈉-硫酸銨母液會(huì)產(chǎn)生難以分離的復(fù)鹽，難以直接得到相對(duì)純凈的硫酸銨。硫酸制備碳酸氫鈉技術(shù)的關(guān)鍵是提高鈉離子利用率和硫酸鈉-硫酸銨母液的分離。cn102198953a中公開一種通過復(fù)分解制備碳酸氫鈉的方法，其以硫酸鈉和碳酸氫銨為原料,通過復(fù)分解反應(yīng)獲得碳酸氫鈉,分離得到的母液經(jīng)高溫脫氨，130℃蒸發(fā)濃縮得到硫酸鈉晶體，分離后母液再通過冷卻結(jié)晶得到硫酸鈉和硫酸銨的復(fù)鹽，母液再通過蒸發(fā)結(jié)晶得到硫酸銨產(chǎn)品。該方法流程較長，經(jīng)過多次高溫、冷卻等工序,蒸發(fā)深度大，物料循環(huán)量大，且鈉離子和硫酸根的利用率有待提高。

3、cn111039304a中則公開了一種復(fù)分解法制備碳酸氫鈉聯(lián)產(chǎn)硫酸的方法,其將磷酸氫二銨、甲酸銨或硝酸銨中的任意一種或至少兩種的混合物,與硫酸鈉進(jìn)行反應(yīng)生成第一目標(biāo)產(chǎn)物硫酸銨和鈉鹽,然后通過蒸發(fā)結(jié)晶到得到硫酸銨晶體和鈉鹽溶液,鈉鹽溶液進(jìn)一步投加碳酸氫銨(或二氧化碳+氨氣)反應(yīng)生成二目標(biāo)產(chǎn)物碳酸氫鈉。該方法可以有效地促進(jìn)復(fù)分解反應(yīng)的進(jìn)行，而且避免了母液分離反復(fù)升溫降溫的操作，能大大降低過程能耗，但是該過程藥劑消耗量較大，設(shè)備占地面積較大。

4、此外，也有研究人員針對(duì)硫酸鈉-硫酸銨母液的分離難題開發(fā)出了乙醇胺反溶劑結(jié)晶綠色新工藝，該工藝通過先將過濾母液蒸發(fā)濃縮，得到部分硫酸鈉固體，過濾后的濾液加入到乙醇胺反溶劑結(jié)晶器中，在80℃下，乙醇胺的作用是固體硫酸鈉結(jié)晶析出，再過濾后的濾液冷卻結(jié)晶后即可獲得固體硫酸銨。該方法可以有效地分離硫酸鈉-硫酸銨母液，但是硫酸鈉和硫酸銨會(huì)夾帶乙醇胺，產(chǎn)品純度會(huì)受到影響，此外先加熱再降溫的能耗也會(huì)造成能耗偏高。

5、對(duì)于如何提高鈉離子利用率的問題，cn101544385中公布了一種以芒硝和有機(jī)胺為原料聯(lián)產(chǎn)制備純堿和硫酸鈣的方法。該方法的突出優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到90％以上，但是有機(jī)胺沸點(diǎn)高，粘度大，蒸發(fā)回收能耗偏高，而且碳酸氫鈉和硫酸鈣由于有機(jī)胺夾帶，產(chǎn)品純度會(huì)受到影響。

6、綜上所述，目前亟待解決硫酸鈉制備碳酸氫鈉技術(shù)中流程復(fù)雜、原料利用率低和生產(chǎn)成本高等問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、1.要解決的技術(shù)問題

2、本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中酸鈉制備碳酸氫鈉技術(shù)中流程復(fù)雜、原料利用率低和生產(chǎn)成本高的問題，而提出的一種脫硫灰電滲析轉(zhuǎn)化制備碳酸氫鈉的方法。

3、2.技術(shù)方案

4、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

5、一種脫硫灰電滲析轉(zhuǎn)化制備碳酸氫鈉的方法，包括以下步驟：

6、步驟1：將脫硫灰加水溶解，過濾得到處理液；

7、步驟2：將步驟1中得到處理液在碳化塔中與二氧化碳?xì)怏w反應(yīng)進(jìn)行碳化，得到碳化液；

8、步驟3：向碳化液中加入碳酸氫銨，反應(yīng)一段時(shí)間后過濾，得到濾液和濾餅，濾餅經(jīng)洗滌、干燥后獲得碳酸氫鈉固體產(chǎn)品；

9、步驟4：向步驟3中的獲得濾液中加入硫酸，調(diào)節(jié)溶液ph，并進(jìn)行稀釋，獲得稀釋液；

10、步驟5：向雙極膜電滲析設(shè)備的極室水箱中加入的硫酸鈉溶液，堿室水箱中加入氫氧化鈉溶液，鹽室水箱中加入步驟4中得到的稀釋液，酸室水箱中加入硫酸溶液，開啟循環(huán)泵，將各水箱中的溶液輸送到相應(yīng)的隔室內(nèi)，然后打開直流電源開啟循環(huán)泵，將各水箱中的溶液輸送到相應(yīng)的隔室內(nèi)，然后打開直流電源；獲得的堿液循環(huán)到步驟2中碳化，酸液循環(huán)至步驟4中的ph調(diào)節(jié)。

11、優(yōu)選地，所述所述步驟1中處理液ph為8-11.5，且不含有固體顆粒。

12、優(yōu)選地，所述步驟1中脫硫灰是以碳酸氫鈉為脫硫劑的脫硫過程產(chǎn)生，最主要成分為硫酸鈉，處理液的鹽濃度為100-400g/l。

13、優(yōu)選地，所述步驟2中碳化過程采用降膜吸收塔實(shí)現(xiàn)。

14、優(yōu)選地，所述步驟3中反應(yīng)溫度為25-45℃，原料配比n(na+):n(hco3-)為1:0.8-1:1.2。

15、優(yōu)選地，所述步驟4中調(diào)節(jié)后的溶液ph值為3-5，稀釋后的溶液濃度為50-150g/l。

16、優(yōu)選地，所述步驟5中極室水箱中的硫酸鈉溶液濃度為0.01-0.5mol/l，酸室水箱中的硫酸溶液濃度為0.01-0.5mol/l，堿室水箱中的氫氧化鈉溶液濃度為0.01-0.5mol/l。

17、優(yōu)選地，所述步驟5中水箱內(nèi)的溶液在水箱和膜堆之間循環(huán)往復(fù)流動(dòng)，進(jìn)行電滲析，直至鹽室水箱中的電導(dǎo)率降低至7ms/cm以下，關(guān)閉電源。

18、優(yōu)選地，所述步驟5中在恒流條件下進(jìn)行，電流密度在40-70ma/cm2的范圍內(nèi)，溫度為15-35℃。

19、本發(fā)明中還提出了一種脫硫灰轉(zhuǎn)化制備碳酸氫鈉用雙極膜電滲析裝置，包括穩(wěn)壓直流電源、雙極膜堆、極室水箱、堿室水箱、鹽室水箱和酸室水箱，所述穩(wěn)壓直流電源的輸出端與雙極膜堆的輸入端連接，所述雙極膜堆的輸出端分別與極室水箱、堿室水箱、鹽室水箱和酸室水箱的輸入端連接，所述極室水箱、堿室水箱、鹽室水箱和酸室水箱的輸出端和雙極膜堆的輸入端之間設(shè)有泵、閥門和流量計(jì)。

20、3.有益效果

21、相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

22、(1)本發(fā)明中，通過脫硫灰處理液與碳酸氫銨的復(fù)分解反應(yīng)獲得碳酸氫鈉固體產(chǎn)品，并通過設(shè)置的雙極膜電滲析設(shè)備實(shí)現(xiàn)過程中氨的循環(huán)利用，解決了復(fù)分解后母液的處理難題，不僅大大減少了處理危廢脫硫灰的費(fèi)用，還節(jié)約了脫硫劑的購置費(fèi)用。

23、(2)本發(fā)明中，制備方法產(chǎn)品純度可以達(dá)到95％以上，制備方法處理母液通過雙極膜電滲析實(shí)現(xiàn)，大大減少了能耗；整體工藝過程未添加額外藥劑，大幅度節(jié)約藥劑成本；整體工藝流程短，所需設(shè)備占地面積小。