Натрий сернистый (сульфид натрия): применение и свойства. Получение сульфида натрия Отрывок, характеризующий Сульфид натрия

Технический натрий сернистый (по классификации теоретической химии – сульфид натрия) – соединение, активно применяющееся в легкой, металлургической, химической и некоторых других отраслях промышленности. В частности, продукт используется в производстве красителей, целлюлозы, для обработки натуральной кожи, в плавлении некоторых цветных металлов. Незаменим сульфид натрия и в аналитической химии, для использования в качестве реагента во многих процессах.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА

Физико-химические свойства

Нормальное агрегатное состояние, которое имеет технический натрий сернистый, — это гигроскопические кристаллы или однородная масса, которая отличается высокой светочувствительностью. Для готового к применению препарата допускается сероватая, бледно-желтая, темно- или светло-коричневая окраска вещества. Другой или более интенсивный цвет свидетельствует о существенном окислении. Такой натрий сернистый теряет свои полезные свойства и не подходит для практического использования. В техническом сульфиде разных марок содержится от 63 до 67 % основного вещества при массовой доле нерастворимого осадка не выше 0,5 %.

Показатель	Сорт
	А		Б		В
	Сыпучий	Монолит	Сыпучий	Монолит	Сыпучий	Монолит
1. Внешний вид	Монолитная масса, гранулы, чешуйки, от темно-коричневого до светло-коричневого цвета
2. Массовая доля сернистого натрия (Na 2 S), %, не менее	63-67		63-67		63-67
3. Массовая доля не растворимого в воде остатка, %, не более	0.15		0.2		0.5
4. Массовая доля железа (Fe), %, не более	0.03		0.06		—

УПАКОВКА И ХРАНЕНИЕ

Безопасность и хранение

По классификации опасности для человеческого организма сульфиду натрия присвоен 2-ой класс. Он горюч и взрывоопасен, что требует особых условий транспортировки и хранения вещества. Предпочтительным вариантом складирования материала является использование для этих целей закрытых помещений, оборудованных необходимыми средствами противопожарной защиты. Упаковку изготовителя до момента непосредственного использования удалять не рекомендуется. В случае сохранения герметичности тары вещество может храниться до 24 месяцев. При этом гарантийный срок эффективного применения составляет всего год.

Транспортировка

Перевозить натрий сернистый можно любыми видами транспорта в закрытых контейнерах или вагонах. При этом особого внимания требует безопасность погрузочно-разгрузочных работ, особенно если речь идет о непосредственном контакте с веществом, упакованным в мягкую тару. В пути следует избегать перегрузки или временного хранения груза на недостаточно оборудованных складах или открытых площадках.

Упаковка

Технический сульфид натрия китайского производства фасуется по 25 кг в специальные мешки, обеспечивающие защиту вещества от воздействия света и преждевременного окисления.

КОНТАКТНОЕ ЛИЦО

Менеджер Мемяшова Светлана

представляет собой бесцветные или слабоокрашенные сильногигроскопические кристаллы, хорошо растворимые в воде и этаноле. Образует кристаллогидраты, создает в растворе сильнощелочную среду. Является бескислородной солью, отличается высокой светочувствительностью, на воздухе медленно окисляется. Плавится без разложения, термически устойчивый. Типичный восстановитель. Присоединяет серу. Вступает в реакции ионного обмена.
Плотность 1,856 г/см³. Температура плавления 1176° C.

В промышленности натрия сульфиды получают методом восстановления Na 2 SO 4 углем при 800-1000° C в шахтных вращающихся печах.

Химическая формула: Na 2 S.nH 2 O (n=1,9 - 2,4)

Технический натрий сернистый (по классификации теоретической химии - сульфид натрия) - соединение, активно применяющееся в легкой, металлургической, химической и некоторых других отраслях промышленности.
В частности, продукт используется как восстановитель в производстве сернистых красителей, целлюлозы, для удаления волосяного покрова шкур при дублении кож, для сульфатной варки целлюлозы, в плавлении некоторых цветных металлов. Незаменим сульфид натрия и в аналитической химии, для использования в качестве реагента во многих процессах.
Сульфид натрия является полупродуктом в некоторых способах получения соды и едкого натра из сульфата натрия.

Натрий сернистый технический выпускается в сыпучем виде (гранулированный, чешуированный) и в виде монолита трех марок: марка А применяется в производстве красителей, при выработке светлых кож, поставляется на экспорт, марка Б - в кожевенной и текстильной промышленности, марка В - в цветной металлургии.

Физико-химические показатели технического сернистого натрия (сульфида натрия) ГОСТ 596-89:

Требования безопасности технического сернистого натрия (сульфида натрия) ГОСТ 596-89:

Степень токсичности	Токсичен
Основные свойства и виды опасности
Основные свойства	Монолитная масса, чешуйки, гранулы от светло-коричневого до темно-коричневого цвета. Хорошо растворим в воде, при соприкосновении с кислотами выделяет серовододород - горючий взрывоопасный газ. Нелетуч. Коррозионен для некоторых металлов.
Взрыво- и пожароопасность	Не горюч.
Опасность для человека	Опасен при вдыхании (кашель, стеснение в груди, насморк, слезотечение), попадании на кожу (ожог кожи) и в глаза (отек век, резкое покраснение конъюнктивы, поражение радужной оболочки). Химический ожог.
Средства индивидуальной защиты	Изолирующий защитный костюм КИХ-5 в комплекте с изолирующим противогазом ИП-4М или защитный общевойсковой костюм Л-1 или Л-2 в комплекте с промышленным противогазом с патроном В, перчатки из дисперсии бутилкаучука, специальная обувь. При малых концентрациях в воздухе (при повышении ПДК до 100 раз) - спецодежда, автономный защитный индивидуальный комплект с принудительной подачей в зону дыхания очищенного воздуха с патронами ПЗУ, ПЗ-2, фильтрующий респиратор "ФОРТ-П", универсальный респиратор "Снежок-КУ-М".
Необходимые действия в аварийных ситуациях
Общего характера	Отвести вагон в безопасное место. Изолировать опасную зону в радиусе не менее 50 м. Откорректировать указанное расстояние по результатам химразведки. Удалить посторонних. В опасную зону входить в защитных средствах. Пострадавшим оказать первую помощь.
При утечке, разливе и россыпи	Сообщить в ЦСЭН. Не прикасаться к просыпанному веществу. Просыпания оградить земляным валом, засыпать сухим инертным материалом, собрать в защищенные от коррозии сухие емкости, герметично закрыть.
При пожаре	Не горит.
Нейтрализация	Россыпь засыпать сухим песком, собрать в сухие, защищенные от коррозии емкости с соблюдением мер предосторожности. Место россыпи промыть большим количеством воды с максимального расстояния, обваловать и не допускать попадания вещества в поверхностные воды. Промытые поверхности подвижного состава и территории обработать слабым раствором кислоты.
Меры первой помощи	Вызвать скорую помощь. Свежий воздух, покой, тепло, чистая одежда. Пить глотками растительное масло. Не вызывать рвоту. При попадании на кожные покровы следует немедленно промыть большим количеством воды. При попадании в глаза необходимо немедленно и длительно промыть их обильной струей воды.

Натрий сернистый технический пожаро- и взрывобезопасен, по степени воздействия на организм относится к веществам 2-го класса опасности. ПДК - 0,2 мг/м³.

Упаковка, транспортировка и хранение.
Натрий сернистый технический упаковывают в стальные барабаны для химических продуктов, специализированные контейнеры типа СК-1-5 (7), а также в мягкие специализированные контейнеры разового использования, бумажные мешки, дублированные резинобитумной смесью, четырех-, пятислойные бумажные мешки в внутренним полиэтиленовым мешком-вкладышем или полиэтиленовым мешком. Масса нетто мешков не более 50 кг.
Натрий сернистый технический транспортируют всеми видами транспорта (кроме воздушного) в крытых транспортных средствах. Железнодорожным транспортом продукт транспортируют повагонными и мелкими отправками (кроме мешков). Продукт, упакованный в мягкие специализированные контейнеры, транспортируют на открытом подвижном составе. Перевозка продукта, упакованного в мягкие специализированные контейнеры, должна осуществляться без перегрузок в пути следования с погрузкой и выгрузкой их на подъездных путях грузоотправителя (грузополучателя).
Натрий сернистый технический хранят в закрытых складских помещениях в упаковке изготовителя или плотно закрытых приемных емкостях. Мягкие контейнеры хранят на контейнерных площадках.
Гарантийный срок хранения продукта - 1 год со дня изготовления.

Введение

Промышленные методы получения сульфида натрия предусматривают использование как природного сырья, так и попутных или побочных продуктов химический производств.

Сульфид натрия производят следующими способами:

)восстановление сульфата натрия твёрдыми углеродистыми материалами;

) восстановление сульфата натрия газообразными восстановителями;

) абсорбция сероводорода гидроксида натрия;

)электролитический (амальгамный) способ;

)обменное разложение сульфида бария сульфатом, карбонатом и гидроксидом натрия.

Но основным способом получения сульфида натрия является термическое восстановление сульфида натрия твёрдыми углеродистыми материалами.

На протяжении всего времени существования производства сульфида натрия, менялось только его аппаратурное оформление. Вначале это были подовые печи, затем вращающиеся барабанные и, наконец, шахтные печи непрерывного действия. Практика работы шахтный печей выявила ряд её существенных преимуществ: высокая интенсивность, высокий коэффициент использования тепла, возможность работы печи на влажном сырье, а главное непрерывность процесса.

Достигнутый на практике выход сульфида натрия по отношению к израсходованному сульфату натрия составляет 60-75% от теоретического.

1. Физические свойства сульфида натрия Na 2 S

сульфид натрий абсорбция электролитический

Na 2 S - сульфид натрия, безкислородная соль, белого цвета, очень гигроскопична, плотность 1,856 г/см 3 , t пл =1180 °С, t кип = 1300 о С. Молекулярная масса сульфида натрия М=78,01. Растворимость в воде (%): 13,6 (20 °С), 45,0 (97,5 °С). При температуре ниже 48 о С из водного раствора кристаллизуется кристаллогидрат Na 2 S·9H 2 O, выше 48 о С - Na 2 S·6H 2 O.

В воде сульфид натрия гидролизуется: Na 2 S + H 2 O = NaOH + NaHS.

Сульфид натрия при взаимодействии с кислотами выделяет сероводород, легко окисляется кислородом воздуха до тиосульфата, а затем до сульфита и сульфата натрия, а также образует политионовые кислоты. Он раствори в низших спиртах (метанол, эталон), что используется на практике для получения чистого сульфида натрия.

Na 2 S является сильным восстановителем: разбавленная азотная кислота окисляет сульфид натрия до серы S, концентрированная HNO 3 - до Na 2 SO 4 (сульфат натрия). Сульфид натрия взаимодействует с галогенводородными кислотами и разбавленной H 2 SO 4 с выделением H 2 S и гидроксида натрия.

Получение сульфида натрия восстановлением сульфата натрия коксом

Теоретические основы

При нагревании смеси сульфата натрия с коксом до 950-1200 °С протекают следующие суммарные реакции:

Na 2 S0 4 + 4C = Na 2 S+4CO (б)

Na 2 S0 4 + 4CO = Na 2 S + 4CО 2 (в)

Значительное количество сульфида натрия образуется по реакции (а). Одновременно с основным химическим процессом идут побочные, в результате которых в плаве присутствуют примеси карбоната Na 2 CО 3 , тиосульфата Na 2 SО 3 и силиката натрия Na 2 SiO 3 и другие соли. Побочные реакции приводят к расходованию сырья и загрязнения продуктов балластными солями.

Степень восстановления сульфата натрия зависит от поверхности соприкосновения фаз, соотношения сульфата натрия и угля и содержания примесей в шихте, от температуры и т. д.

Для увеличения поверхности соприкосновения реагирующих фаз шихту составляют из брикетов сульфата натрия и кусочков кокса. Однако в производственных условиях интенсивное восстановление начинается лишь после появления жидкой фазы сульфата натрия, смачивающей поверхность частиц кокса.

Кокс вводят в шихту в избытке, так как часть его в печи выгорает и не участвует в процессе восстановления. Избыток кокса увеличивает вязкость плава, уменьшает его теплопроводность, и, в конечном итоге, снижает производительность печи. Оптимальное соотношение Na 2 SО 4 и кокса устанавливают опытным путем в заводских условиях.

Процесс получения плава сульфида натрия можно разбить на три основные периода: плавление, "кипение" и созревание.

В первый период шихта прогревается и сульфат натрия плавится. Чистый сульфат натрия плавится при 890°С, но при наличии в шихте примесей сульфида натрия, сульфатов и сульфидов щелочных и щелочноземельных металлов температура плавления сульфата натрия понижается. В период плавления сульфата натрия скорость его восстановления, постепенно растет. Образование Na 2 S сопровождается выделением газообразного оксида углерода (IV).

Второй период восстановления характеризуется бурным выделением газа, плав как бы "кипит". Оптимальная температура процесса 950°С. Этот период соответствует наибольшей скорости восстановления сульфата натрия. Образующийся сульфид растворяется в расплаве, образуя жидкий раствор с сульфатом натрия. Когда концентрация Na 2 S в растворе достигает 70%, раствор становится насыщенным. Образующийся далее Na 2 S уже не растворяется, а будет находиться в твердом состоянии. Раствор начинает густеть.

Наступает третий период - период созревания. Скорость образования сульфида натрия падает. Количество жидкой фазы (сульфата натрия) непрерывно уменьшается, плав становится тягучим, кашеобразным. Чтобы уменьшить вязкость плава и облегчить его выгрузку из печи, температуру в печи повышают до 1200-1300 °С.

Готовый плав обычно содержит 68-75% Na 2 S, 5-13% Na 2 CО 3 , 1-3% Na 2 S 2 О 3 , до 2% Na 2 SiО 3 , 13-15% нерастворимых минеральных веществ и до 8% углерода (невыгоревшего кокса).

Технологическая схема получения сульфида натрия

Технологический процесс производства сульфида натрия состоит из следующих основных стадий:

1)получение в печи плава сульфида натрия;

)выщелачивание сульфида натрия горячей водой или маточником;

)фильтрация щелоков и их очистка;

)упарка щелоков с получением плавленого сульфида натрия.

Технологические схемы производства сульфида натрия отличаются главным образом аппаратурным оформлением. Восстановление сульфата натрия ведут в механических вращающихся печах периодического действия, а также в шахтных и циклонных печах непрерывного действия.

На рис. 1 представлена схема получения Na 2 S восстановлением сульфата натрия коксом в печах шахтного типа.

Рис.1. Схема получения Na 2 S восстановлением сульфата натрия коксом в печах шахтного типа. 1 - конвейеры; 2 - циклон; 3 - вентиляторы; 4, 6 - вакуум-фильтры; 5, 15, 16, 18, 23, 25, 28 - сборники; 7 - отстойник Дорра; 8 - выпарной аппарат; 9 - барометрические конденсаторы; 10, 29 - вакуум-насосы; 11 - вакуум-сборники; 12 - бункер шихты; 13 - шахтная печь; 14, 17, 24, 26 - центробежные насосы; 19 - выпарные котлы; 20 - горн; 21 - выщелачиватель; 22, 27 - выхлопные трубы.

Брикетированный сульфат натрия и кокс смешиваются на ленточном транспортере 1 в соотношении 2:1. Полученная шихта через загрузочный бункер и питатель поступает в шахтную печь 13.

Шахтная печь представляет собой двухконусную башню высотой 6,8 м. Нижняя ее часть заканчивается горном 20 в виде цилиндрической чаши. Горн установлен на тележке и при ремонте печи откатывается в сторону. Горн снабжен двумя медными летками для непрерывного выпуска плава. Летки и нижняя часть печи - кессон, - т. е. зоны наиболее высоких температур, имеют снаружи водяные рубашки для отвода тепла. В зоне наиболее высоких температур печь футерована хромо-магнезитовым кирпичом или керамикой, остальная часть печи- шамотным кирпичом. Над горном расположены шесть фурменных отверстий, через которые в печь засасывается воздух, необходимый для горения кокса.

В верхней части печи шихта прогревается за счет тепла отходящих газов. Попадая в реакционную зону, сульфат натрия плавится и восстанавливается. Отходящие газы очищают от пыли в циклоне 2 и вентилятором выбрасывают в атмосферу. Циклон имеет водяную рубашку для охлаждения отходящих газов от 400 о до 150-200°С.

Плав сульфида натрия из леток шахтной печи непрерывно, поступает в выщелачиватель 21, который представляет собой бак с конусным днищем, изготовленный из нержавеющей стали. Он имеет двухлопастную мешалку для перемешивания пульпы и снабжен вытяжной трубой 22 для отвода водяных паров, выделяющихся при гашении плава. Выщелачивание сульфида натрия ведут слабыми щелоками (6-12% Na 2 S), образующимися после промывки шлама. Щелока подаются в аппарат насосом 14 из сборника 15. Растворение Na 2 S происходит при 115°С до получения раствора концентрацией 30% Na 2 S. Этот раствор собирают в сборнике 25, а затем насосом 26 перекачивают в напорный бак 5, откуда самотеком он поступает на дисковый вакуум-фильтр 6.

После фильтрации крепкие щелока собирают в сборнике 16 и перекачивают в отстойник Дорра 7. Оставшийся шлам промывают горячей водой в репульпаторе (на рисунке не показан) для более глубокого извлечения Na 2 S. Полученные при этом промывные растворы отделяют от шлама на вакуум-фильтре 4 и возвращают в выщелачиватель, а шлам отправляют в шламовые пруды.

После осветления в отстойнике Дорра 7 30%-ный раствор Na 2 S вакуум-насосом подают в выпарной аппарат 8 с выносной греющей камерой. Здесь в результате выпаривания его концентрация повышается до 50% Na 2 S. Окончательное упаривание щелока осуществляется в каскаде упарочных котлов 19, куда раствор поступает самотеком из сборника 18. Котлы обогреваются топочными газами, полученными при сжигании природного газа.

Плав, упаренный до содержания в продукте не менее 67% Na 2 S, передают вакуум-насосом 29 в сборник плава 28, а отсюда самотеком он разливается в барабаны, где и застывает в течение 24 ч в сплошную массу. Для получения сыпучего продукта плав подают либо на поверхность вращающихся полых стальных барабанов,- изнутри охлаждаемых водой, либо гранулируют в потоке охлажденного воздуха в аппарате КС.

В. производстве сульфида натрия автоматически регулируют подачу шихты в шахтные печи по температуре отходящих газов или по уровню шихты в печи. Автоматически поддерживают уровни щелоков в вакуум-фильтрах. На всех сборниках установлена световая сигнализация уровня раствора и обеспечено автоматическое отключение подачи раствора по мере достижения максимального уровня.

Расходные коэффициенты на 1 т продукта, содержащего 67% Na 2 S:

Сульфат натрия (95% Na 2 S), т …………1,65

Кокс, т …. ................................. 0,80

Электроэнергия, кВт-ч............ 405

4. Получение сульфида натрия восстановлением сульфата натрия газами

Для восстановления сульфата натрия могут быть использованы водород, природный, генераторный и другие газы. Применение газообразных восстановителей позволяет получить непосредственно 96%-ный твердый сульфид натрия без громоздких операций выщелачивания плава, фильтрации и упаривания раствора.

В настоящее время из числа газов-восстановителей в промышленном масштабе за рубежом используют водород. Восстановление сульфата натрия водородом протекает по реакции: Na 2 SО 4 + 4Н 2 = Na 2 S + 4H 2 O.

Процесс осуществляют в горизонтальных вращающихся и шахтных печах в присутствии железного катализатора, который добавляют к сульфату натрия в небольшом количестве в виде водного раствора FeSО 4 или в виде огарковой пыли из электрофильтров колчеданных печей. Катализатор ускоряет реакцию восстановления сульфата натрия и позволяет вести ее при 600-650°С без оплавления продукта. Основным недостатком этого метода является большой расход водорода. Более перспективным является применение в качестве восстановителя природного газа.

Заключение

Сульфид натрия широко применяется в цветной металлургии при обогащении медных, свинцово-цинковых, молибденовых и др. руд, в кожевенной промышленности для удаления волосяного покрова со шкур, в текстильной - при крашении тканей, в химической - для производства сернистых красителей и как восстановитель в ряде процессов.

Вредными веществами в производстве сульфида натрия являются его плав, щелока и готовый продукт. При попадании на кожу они вызывают сильные, долго незаживающие ожоги, а при попадании внутрь организма вызывают отравление.

Список использованной литературы

1)Мельников Е.Я., Салтанова В.П., Наумова А.М., Блинова Ж.С. Технология неорганических веществ и минеральных удобрений: Учебник для техникумов. - М.: Химия, 1983.- 432 с.

) Лидин Р.А., Андреева Л.Л., Молочко В.А. Справочник по неорганической химии. Константы неорганических веществ. М.: Химия, 1987.- 320 с.

) http://ru.wikipedia.org/

) http://www.xumuk.ru/encyklopedia/

Сернистый технический) представляет собой соединение, которое достаточно широко используется в промышленности. Так, это вещество применяют металлургии, а также химической, легкой и прочих отраслях. Сульфид натрия, в частности, используют при производстве целлюлозы, красителей, при обработке натуральной кожи. Применяется вещество также в плавлении ряда цветных металлов. Сульфид натрия незаменим в области аналитической химии. Его применяют в качестве реагента в различных процессах.

Сульфид натрия. Формула (Na2S)

Нормальным считается однородная масса, отличающаяся высокой светочувствительностью, или гигроскопические кристаллы. Вещество выпускается в форме монолита 3-х марок и в сыпучем виде (в форме чешуек или гранул). Применять допускается продукт, имеющий светло-коричневую, бледно-желтую или сероватую окраску. Более интенсивный либо любой другой цвет свидетельствует о значительном окислении вещества. Такой сульфид натрия теряет полезные характеристики и для практического применения непригоден. В продукте технического назначения содержится от шестидесяти трех до шестидесяти семи процентов основного вещества при условии, что нерастворимого осадка не более половины процента.

В соответствии с классификацией по уровню опасности для человека натрию сернистому присвоен второй класс. Вещество является горючим и взрывоопасным. В связи с этим, предпочтительнее складировать материал в закрытых помещениях, которые оборудованы всеми средствами, необходимыми для обеспечения пожарной безопасности. Не рекомендуется удалять упаковку с продукта до момента непосредственного применения вещества. При сохранении герметичности тары сернистый натрий может храниться до двух лет. Срок эффективного использования при этом составляет только год.

Перевозку продукта следует осуществлять при помощи любых видов транспорта в закрытых вагонах либо контейнерах. Большое внимание необходимо уделять погрузке и разгрузке вещества, в особенности, если предполагается непосредственный контакт с продуктом, упакованным в мягкую тару. При транспортировке необходимо избегать временного хранения на открытых площадках или складах, недостаточно оборудованных для этого.

Сернистый натрий технический китайского производства фасуется в специальные мешки по двадцать пять килограмм. Тара обеспечивает защиту от преждевременного окисления и воздействия света. Кроме того, в качестве тары используют стальные барабаны исключительно для химических продуктов, контейнеры (СК-1-5(7)) либо же мягкие контейнеры для разового применения. Вещество может быть расфасовано в бумажные мешки (четырех- или пятислойные) с внутренним вкладышем - полиэтиленовым мешком. Мешки могут иметь массу нетто не больше пятидесяти килограмм.

Упакованное в специализированные контейнеры вещество транспортируется в открытого типа.

Плотность продукта составляет 1.856 грамм на кубический сантиметр. достигает 1180 градусов. Продукт отличается высокой гигроскопичностью. В воде при двадцати градусах растворяется 13,6%, при 97.5 градусах - 45% вещества. Продукт способен образовывать кристаллогидраты. Для водных растворов сернистого натрия технического характерна щелочная реакция.

Гидролиз сульфида натрия осуществляется так же, как и солей, которые образованы слабой кислотой и сильным основанием. Фенолфталеин в пробирке с раствором приобретает розовый цвет. Это свидетельствует о том, что в пробирке образовалась щелочная среда. Таким образом, сернистый натрий, как и прочие соли, которые образованы слабой кислотой и сильным основанием, гидролизуется с образованием в результате щелочи.

Сульфид натрия получают, главным образом, восстановлением сульфата натрия углем. Полученный плав содержит, помимо Na 2 S , Значительные количества примесей, для освобождения от которых ■его подвергают выщелачиванию. Образовавшийся раствор серни­стого натрия отделяют от непрореагировавшего угля и других не­растворимых веществ и подвергают выпариванию, в процессе ко­торого происходит очистка раствора от растворимых соединений. Концентрированный раствор разливают в барабаны, где он засты­вает в продукт, называемый плавленым сернистым натрием.

Если сульфид натрия получают из природного сульфата, влаж­ность которого иногда достигает 15-18%, то его подвергают сушке разбавленными воздухом топочными газами во вращаю­щейся барабанной сушилке до влажности меньше 5%. Затем его измельчают в дезинтеграторе до размера зерен 4 мм и меньше и смешивают, например, в двухвальном лопастном смесителе с из­мельченным 39 и просеянным углем. Весовое отношение твердого углерода к Na2S04 В шихте составляет 0,25-0,27.

На рис. 145 и 146 показана реакционная печь. Для загрузки шихты и слива плава в барабане печи имеется люк, крышка кото­рого с внутренней стороны футерована. Тепло уходящих из печи газов, имеющих высокую температуру (выше 900°), используют для обогрева котлов, в которых концентрируют щелок сернистого на­трия, полученный после выщелачивания плава. Барабаны печей изготовляют из 10-14-миллиметровой стали, они имеют диаметр 2 - 3 м, длину 5-8 м. Например, печь с диаметром барабана 3,1 м И длиной 5,5 м имеет суточную производительность ~ 17 г плава, содержащего 70-79% Na 2 S , При расходе газа на отопление до 2000 М3/ч (при нормальных условиях); барабан печи вращается со скоростью 2,6 об/мин электромотором мощностью 25 кет.

Для футеровки печей сернистого натрия следует применять као - линитовый или очень плотный высокоглиноземистый шамотный кирпич горячего прессования, содержащий больше 50% глинозема, имеющий пористость 14-17%, с временным сопротивлением сжатию не ниже 250 кгс/см2 и дополнительной усадкой при 1400° не больше 0,5% 4а_43. Используют также форстеритовый кирпич, основным веществом которого является Mg 2 Si 04 И хромомагнези - товый кирпич. Предложены и другие материалы, показавшие до­статочную устойчивость к расплавленному сернистому натрию при лабораторных испытаниях 44 - хромитовый огнеупор на глинистой

Связке, высокоглиноземистые огнеупоры, изготовленные из ко­рунда, двуокиси титана и глины. В строго восстановительной ат­мосфере возможно применение углеродистой (графитовой) футе­ровки с гарниссажем на ее внутренней поверхности 45.

При повернутом кверху люком барабане печи производят за­грузку печи шихтой через люк в течение 5-7 мин. Затем люк за­крывают, приводят печь во вращение и в течение 30-40 мин на­гревают реакционную массу до 850-900°. При этом происходит частичное выгорание угля и полное расплавление сульфата. При дальнейшем повышении температуры до 1000-1200° реакционная масса вспенивается (вследствие выделения газов) и увеличивается В объеме. Во избежание перелива массы через горловины в топку И в пыльную камеру, в печь забрасывают через люк пыльной ка­меры 2-3 лопаты мелкого угля или прекращают на некоторое время вращение печи. По прекращении вспенивания наступает пе­риод интенсивного «кипения» массы, продолжающийся 10-15 мин. При этом масса быстро уменьшается в объеме, загустевает и при­липает к внутренней поверхности печи. Дальнейшим нагреванием массу доводят до жидкокашеобразной консистенции, после чего плав готовят к сливу. Слив реакционной массы производят в те­чение 15-30 мин через надеваемый на люк ограничитель - диа­фрагму диаметром 100-130 мм. При жидком плаве пользуются диафрагмой 60-70 мм. Плав спускают небольшими порциями з камеру гашения, куда предварительно заливают нагретый до ки­пения слабый щелок.

В качестве реакционного угля для восстановления сульфата натрия чаще применяют жирный уголь с зольностью не больше 12% и содержанием летучих 30-33%. Активность этого угля выше, чем тощих углей, а летучие, выделяясь, способствуют пере­мешиванию реакционной массы и, сгорая, ускоряют ее прогрев; в результате производительность печей, оборудованных угольными топками (не дающими очень высокой температуры), при работе на жирном реакционном угле оказывается больше. Но при обогреве вращающихся печей газовым топливом или мазутом легко дости­гается высокая температура входящих в печь газов (1250-1270°) и поэтому в качестве реакционного угля можно применять более дешевые виды топлива, например антрацитовую мелочь. При этом реакция протекает без существенного вспенивания массы и оказы­вается возможным увеличить количество единовременно загру­жаемой в печь шихты. Плав получается однородным (жидким), не налипающим на стенки. Расход антрацитового угля на 15-20% меньше, чем жирного угля 46. Недостатком антрацитового угля яв­ляется высокая абразивность его золы.

При отоплении механических печей мазутом форсунки лучше располагать в специальных камерах сжигания мазута, так как температура факела слишком высока (больше 1500°), и это приво­дит к быстрому разрушению футеровки перегретым плавом серни­стого натрия. Лучше, чтобы температура поступающего в печь го­рячего газа была не больше 1300°.

В коротких печах (~5 м) съем плава с 1 м3 полезного объема достигает 0,8-0,9 т в сутки, в то время как в длинных печах (7 - 8 м) - немногим более 0,5 т. Это объясняется большей про­должительностью плавки в длинных печах, необходимой для за­вершения реакции в конце печи, противоположном вводу горячих газов. В коротких печах реакционная масса прогревается быстрее и равномерней, и продолжительность одной операции плавки (включая время загрузки шихты и выгрузки плава) составляет ~2,5 ч, вместо 4 ч в печах с длиной барабана 7-8 м.

Механические вращающиеся печи периодического действия зна­чительно совершеннее, чем применявшиеся ранее для восстановле­
ния сульфата натрия ручные пламенные подовые печи 47-54 , однако и они имеют существенные недостатки. Основные из них - невоз­можность выпускать и выщелачивать плав непрерывным способом и низкий тепловой коэффициент полезного действия вследствие того, что барабан печи короткий и газы уходят из него с очень высокой температурой (900-950°). Эти недостатки могли бы быть устранены применением вращающихся печей непрерывного дей­ствия, что, однако, связано с рядом пока еще непреодоленных за­труднений.

Во вращающихся печах непрерывного действия тепло могло бы быть использовано лучше, так как шихта и греющие газы дви­жутся противотоком и уходя­щие газы имеют температуру 600-750°. Во избежание коль - цеобразования шихту требует­ся составлять на неспекаю - щемся угле. При этом сокра­щается и продолжительность восстановления. Чем больше угля в шихте, тем больше вяз­кость плава и необходимое для восстановления время пребы­вания его в печи (рис. 147). Съем плава с 1 ж3 внутрен­него объема печи составляет 1,2-1,3 т в сутки31. Выпуск плава из печи производится в зоне с наиболее высокой температурой, на небольшом расстоянии от нижнего конца печи, где имеется специальное звено с несколь­кими отверстиями, через которые при вращении печи плав выте­кает в приемник или в камеру выщелачивания. Как показал опыт, несмотря на высокую температуру в реакционной зоне печи непрерывного действия (до 1250°), оказывается трудным избежать кольцеобразования, т. е. налипания шихты на футеровку в средней зоне печи. Это нарушает устойчивость ее работы. По­этому, а также из-за быстрого разрушения футеровки в наиболее горячей зоне восстановление сульфата натрия в таких печах не получило распространения. Снижения температуры восстановления с сохранением при этом подвижности реакционной массы во вра­щающейся печи непрерывного действия можно было бы достичь добавкой в тонкодисперсную шихту порошкообразных инертных наполнителей, в присутствии которых жидкая фаза распределяется в большом количестве твердого материала и реакционная масса остается сыпучей. Наполнителем может служить, в частности, и значительный избыток реакционного у1ля 55-57. Добавка в шихту извести резко повышает скорость реакции восстановления суль­
фата углем при низких температурах (ниже 750°) вследствие уда­ Ления С02 из сферы реакции в виде твердого углекислого каль­ция 58.

Для получения плава сернистого натрия используют также не­прерывно действующие шахтные печи 59 ,60 . Восстановлению в них подвергают природный кусковой сульфат натрия. Шихта из кокса и сульфата натрия, содержащего 2,5-25% Н20, поступает в печь че­рез бункер и питатель (рис. 148). Количество кокса в шихте - 50- 55% от веса натурального сульфата. . Можно восстанавливать также бри­кеты, изготовленные из увлажнен­ного сульфата или из его смеси с реакционным каменным углем. Печь представляет собой цилиндрическую шахту высотой 6 ж с внутренним диаметром 1,2 м. Нижняя часть пе­чи с подом является горном; он опи­рается на колеса и при ремонте пе­чи откатывается в сторону. В горне имеются три летки для выпуска пла­ва в стальные тигли, вмещающие около 80 кг плава. Летки и нижняя часть шахты печи - кессон, т. е. зоны наиболее высоких температур, имеют снаружи водяные рубашки для отвода тепла. В зоне наиболее высоких температур (горн и кессон) печь футерована хромомагнезито - вым кирпичом, в остальной части - шамотным кирпичом. Непосредст­венно над горном расположен фур­менный пояс с отверстиями, через которые в печь засасывается воздух, необходимый для горения кок­са; количество воздуха (2000-2800 м3/ч) регулируют таким обра­зом, чтобы в печном газе было не больше 1,5% кислорода. Печной газ отсасывается из печи в стальную башню, где он очищается от пыли и охлаждается водой, причем из него конденсируется водяной пар. Охлажденный газ отсасывают из башни эжектором (гидро­автоматом), создающим разрежение в колошниковой части печи 400-800 мм вод. ст. 61 Рабочей жидкостью в эжекторе является вода с примесью известкового молока для нейтрализации компо­нентов газа, содержащих серу. Вода, циркулирующая с помощью центробежного насоса, перед возвратом в эжектор частично обно­вляется с выводом части загрязнившейся жидкости.

16 М. Е. Позин

Описанная шахтная печь может выпускать в сутки больше 25 т плава, содержащего 67% Na 2 S . Однако практически, вслед­ствие больших подсосов воздуха (~50%) и недостаточности дутья, такие печи дают 20-22 т плава в сутки с содержанием всего 60% Na 2 S . Количество же примесей, образующихся в результате окис­ления Na 2 S Кислородом, проникающим в печь с подсасываемым воздухом, в особенности сульфата натрия, значительно выше (на 5-6% и больше), чем в плаве из механических печей. При этом расходные коэффициенты в пересчете на 1 т 63%-ного плава со­ставляют: 2 т натурального сульфата натрия, 0,7 т кокса, 0,015 т Извести, 300 кет ч электроэнергии.

Для приготовления брикетов сульфат натрия увлажняют до со­держания 10--15% Н20. Увлажнение порошкообразного сульфата сопровождается выделением тепла гидратации. При увлажнении всего лишь с 3 до 10% этого тепла достаточно чтобы в адиабати­ческих условиях температура сульфата повысилась на 31,1°. Это вызывает необходимость отводить тепло в процессе увлажне­ния, не допуская перегревания продукта выше точки превращения (32,4°), а практически, поддерживая температуру при гидратации. на уровне 23-28°. При хранении гидратированного сульфата или брикетов летом их также следует предохранять от нагревания окру­жающим теплым воздухом. Охлаждение в процессе гидратации можно осуществлять в аппарате с псевдоожиженным слоем в по­токе воздуха (если требуется - предварительно охлажденного)62. Брикетирование осуществляют на непрерывно действующем валь­цевом прессе. По выходе из пресса брикеты для созревания (упро­чнения) вылеживаются 12-18 ч в системе небольших подвижных бункеров, объединенных в рампы, оборудованные транспортными механизмами.

Разработан способ низкотемпературного восстановления^суль­фата натрия в виде брикетов из шихты, содержащей Na 2 S 04 И спе­кающийся каменный уголь (Na 2 S 04 : С не больше 2) или торф (при отношении торфа к сульфату больше 1,6). Наибольшую прочность имеют сульфатно-угольные брикеты с примесью 10% торфа в ка­честве связующей добавки. Восстановление при 750-800° идет без видимого плавления брикетов. Поэтому оно может быть осуществ­лено в непрерывно действующей вращающейся печи, а также в шахтной печи. В опытах на модельной вращающейся печи, при продолжительности процесса 40-50 мин был получен полупродукт, содержавший до 75% Na 2 S 21 >63.

При наличии дешевой электроэнергии восстановление сульфата натрия углем можно осуществлять в электрических печах64"65.

В последнее время в промышленность внедряются высокоэф­фективные печи циклонного типа. В них восстановление порошко­образного сульфата натрия, смешанного с тонкоизмельченным ре­акционным углем, происходит при 1400° за короткое время в пленке расплавленной шихты, омываемой быстро движущимся га­зом. Шихта из бункеров вводится струей сжатого воздуха в цик­лонную камеру тангенциально со скоростью 20-25 м/сек. Туда же подается жидкое или газообразное топливо. Воздух для сжигания топлива и поддержания интенсивного вращательного движения вводится тангенциально со скоростью 100-120 м/сек. За 10 мин Степень восстановления сульфата достигает 95-97%. Съем плава с 1 м3 объема циклонной печи значительно выше, чем в механиче­ской и шахтной печах, а циклонный эффект в сочетании с жидкой пленкой расплава дает высвкую степень улавливания пыли в са­мой печи. Испытание циклона с водяным охлаждением стенок по­казало, что стойкость гарниссажа (слоя плава, застывшего на стенках) настолько велика, что, вероятно, возможно будет обой­тись без специальной футеровки печи. Так как циклонная печь работает непрерывно, то облегчается проведение в непрерывно дей­ствующей аппаратуре последующих операций переработки плава. Плав стекает по стенке камеры через диафрагму в копильник, где завершается восстановление («дозревание») и откуда он непре­рывно удаляется через летку вв>87.