Сульфат натрия: способы получения и химические свойства
Сульфат натрия — соль щелочного металла натрия и серной кислоты. Белый. Плавится и кипит без разложения. Хорошо растворяется в воде (гидролиз не идет).
Относительная молекулярная масса Mr = 142,04; относительная плотность для тв. и ж. состояния d = 2,66; tпл = 884º C; tкип = 1430º C.
Способ получения
1. В результате взаимодействия разбавленной серной кислоты и гидроксида натрия образуется сульфат натрия и вода:
2. При температуре 450–800º C гидросульфат натрия реагирует с хлоридом натрия. В результате реакции образуется сульфат натрия и хлороводородная кислота:
NaHSO4 + NaCl = Na2SO4 + HCl
3. В состоянии кипения в результате реакции между твердым хлоридом натрия и концентрированной серной кислотой происходит образование сульфата натрия и газа хлороводорода:
4. Твердый сульфид натрия и кислород взаимодействуют при температуре выше 400º C с образованием сульфата натрия:
5. При взаимодействии концентрированного раствора пероксида водорода и сульфида натрия образуется сульфат натрия и вода:
Качественная реакция
Качественная реакция на сульфат натрия — взаимодействие его с хлоридом бария, в результате реакции происходит образование белого осадка , который не растворим в азотной кислоте:
1. При взаимодействии с хлоридом бария , сульфат натрия образует сульфат бария и хлорид натрия:
Химические свойства
1. Сульфат натрия может реагировать с простыми веществами :
1.1. Сульфат натрия реагирует со фтором при температуре 100–150º C. При этом образуются фторид натрия, сульфурилфторид и кислород:
1.2. С водородом сульфат натрия реагирует при температуре 550–600º C, в присутствии катализатора Fe2O3 с образованием сульфида натрия и воды:
2. Сульфат натрия вступает в реакцию со многими сложными веществами :
2.1. Сульфат натрия реагирует с гидроксидом бария с образованием гидроксида натрия и сульфата бария:
2.2. При взаимодействии с концентрированной серной кислотой твердый сульфат натрия образует гидросульфат натрия:
2.3. Сульфат натрия реагирует с оксидом серы (VI) . Взаимодействие сульфата натрия с оксидом серы (VI) приводит к образованию пиросульфата натрия:
2.4. Сульфат натрия взаимодействует с хлоридом бария . При этом образуются хлорид натрия и сульфат бария:
Источник
Способ получения сульфата натрия
Владельцы патента RU 2502671:
Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ получения сульфата натрия включает взаимодействие отработанной серной кислоты (ОСК) — отхода процесса алкилирования изобутана олефинами с 10-15% раствором гидроксида натрия. Предварительно отработанную серную кислоту смешивают с органическим экстрагентом, взятым в массовом соотношении серная кислота:экстрагент=1:1. В качестве экстрагента используют смесь этилового спирта и тетрагидрофурана при массовом соотношении 1:1. Процесс взаимодействия проводят при температуре 50-75°C до достижения pH реакционной массы 7-8. Далее верхний органический слой отделяют, а нижний водный слой выпаривают, кристаллы сульфата натрия сушат с получением целевого продукта. Изобретение позволяет расширить сырьевую базу производства сульфата натрия с получением продукта высокого качества с малым содержанием остаточного количества органических веществ. 1 табл., 1 пр.
Изобретение относится к получению сульфата натрия из отработанной серной кислоты процесса алкилирования изобутана олефинами, содержащей органические примеси.
Известен способ выделения сульфата натрия из растворов алкилсульфонатов путем добавления низкомолекулярного спирта с последующим охлаждением и отделением маточного раствора от выпавших в кристаллизаторе кристаллов сульфата, при этом с целью получения крупных кристаллов и сокращения времени фильтрации, маточный раствор возвращают в кристаллизатор двумя потоками в объемном соотношении 3:1-4:1, направленными под углом 75-105°C друг к другу, а смесь раствора алкилсульфоната и спирта подают совместно с меньшим потоком маточного раствора в нижнюю часть кристаллизатора [Авторское свидетельство СССР №790571, кл. C01B 5/00, 1999].
Недостатком известного способа является сложность технологического процесса, низкое качество сульфата натрия.
Известен способ получения сульфата натрия из хлоридсульфатных растворов путем упаривания их при повышенной температуре с последующим отделением из полученной пульпы сульфата натрия, а упаривание ведут под давлением 1,5-4,5 ати и при температуре 110-120°C до содержания хлоридов в жидкой фазе, не превышающего 18-20%, предпочтительно 12-14% [А.с. СССР №334181, кл. C01D 5/00, 1972].
Недостатком известного способа является недостаточное высокое качество целевого продукта — сульфата натрия из-за содержания хлоридов в пределах 0,65-1,6%.
Известен способ получения гранулированного сульфата натрия, включающий нейтрализацию сульфатного стока производства синтетических жирных кислот 25%-ным раствором кальцинированной соды и обезвоживание реакционной смеси путем распыления над взвешенным слоем, полученный гранулированный продукт пропускают через вспененный слой водного раствора сульфата натрия, содержащего поверхностно-активное вещество (ПАВ), с последующей сушкой при 50-80°C. Водный раствор сульфата натрия и ПАВ берут при массовом соотношении 100:0,1-1,5 [А.с. СССР №1125192, кл. C01D 5/00, 1984].
Недостатком известного способа является недостаточное высокое качество целевого продукта — сульфата натрия из-за содержания хлоридов в пределах 1,2% и органических веществ 5%.
Наиболее близким по достигаемому результату является способ получения сульфата натрия, включающий взаимодействие серной кислоты с натрийсодержащим реагентом, где в качестве натрийсодержащего реагента используют измельченную поваренную соль, а ее взаимодействие с 92-93%-ной серной кислотой проводят в сульфатных печах при температурах 500-550°C [Позин М.Е. Технология минеральных солей. ч.1. Изд. 4-е, испр. Л., Изд-во «Химия», 1974, с.371-379]. При взаимодействии поваренной соли и серной кислоты процесс протекает с образованием сульфата натрия и выделением газообразного хлористого водорода.
Недостатком известного метода является использование технической серной кислоты в качестве исходного реагента, недостаточно высокое качество сульфата натрия из-за присутствия в готовом продукте примеси гипса и оксидов железа.
Целью изобретения является повышение качества целевого продукта — сульфата натрия.
Поставленная цель достигается в предлагаемом способе получения сульфата натрия, включающий взаимодействие серной кислоты с натрийсодержащим реагентом, причем в качестве серной кислоты используют отработанную серную кислоту — отход процесса алкилирования изобутана олефинами, а в качестве натрийсодержащего реагента — 10-15%-ный раствор гидроксида натрия, предварительно отработанную серную кислоту смешивают с органическим экстрагентом, взятого в массовом соотношении серная кислота:экстрагент=1:1, в качестве экстрагента используют смесь этилового спирта и тетрагидрофурана при массовом соотношении 1:1, а процесс взаимодействия проводят при температуре 50-75°C до достижения рН среды водного слоя реакционной массы 7-8. Далее верхний органический слой отделяют, а нижний водный слой выпаривают, кристаллы сульфата натрия сушат с получением целевого продукта.
Отработанная серная кислота (ОСК) образуется в качестве отхода при производстве высокооктанового бензина путем сернокислотной алкилации изобутана олефинами. Выход ОСК составляет около 0,10 т на 1 т. высокооктанового бензина. Отработанная серная кислота представляет собой темную гомогенную жидкость и содержит не менее 85% H2SO4, не более 10% органических соединений в пересчете на углерод.
Сущность способа заключается в следующем. При взаимодействии раствора гидроксида натрия с отработанной серной кислотой в присутствии экстрагента протекают процессы нейтрализации серной кислоты с получением насыщенного водного раствора сульфата натрия и перехода органических соединений ОСК в верхний органический слой. Проведение процесса получения сульфата натрия в указанных пределах технологических параметров обеспечивает высокое качество целевого продукта — сульфата натрия с малым содержанием примесей органических соединений. Оптимальным является использование раствора гидроксида натрия концентрации в пределах 10-15%. При повышении концентрации гидроксида натрия выше 15% получается пересыщенный раствор сульфата натрия, процесс протекает с образованием твердой фазы, целевой продукт загрязняется органическими соединениями. При использовании раствора гидроксида натрия концентрации ниже 10% повышается расход энергоресурсов на выпаривание более разбавленного раствора сульфата натрия. Именно предварительное смешение органического экстрагента с ОСК в массовом соотношении ОСК:экстрагент, равным 1:1, обеспечивает низкое содержание органических примесей в целевом продукте. Насыщенный водный раствор сульфата натрия в данном случае проявляет высаливающий эффект. При этом достигается высокая степень перехода органических примесей в органическую фазу. Введение экстрагента в полученную реакционную смесь после нейтрализации кислоты не обеспечивает чистоту продукта, затруднено расслоение органической и водной фаз. Уменьшение расхода экстрагента, ниже массового соотношения 1:1, приводит к ухудшению отделения органической и водной фаз и повышенному содержанию органических примесей в готовом продукте. Увеличение расхода экстрагента выше указанного массового соотношения не целесообразно, так как при этом степень выделения органической фазы практически не возрастает, приводит к перерасходу экстрагента. Применение в качестве экстрагента смеси полярных органических растворителей, а именно этилового спирта и тетрагидрофурана (ТГФ) при массовом соотношении 1:1, обеспечивает высокое качество целевого продукта, низкое содержание органических примесей, а также наиболее полный выход сульфата натрия. Оптимальным является ведение процесса взаимодействия ОСК и гидроксида натрия при температуре 50-75°C. При понижении температуры ниже 50°C ухудшаются условия разделения органической и водной фаз. Повышение температуры процесса выше 75°C приводит к увеличению потерь экстрагента из-за усиленного испарения органических растворителей — этилового спирта и тетрагидрофурана. Нагревание реакционной массы и поддержание требуемой температуры обеспечивается за счет выделения теплоты реакции нейтрализации. Ведение процесса взаимодействия ОСК и раствора гидроксида до достижения показателя рН среды до 7-8 обеспечивает наибольший выход сульфата натрия и нейтральность полученной соли. При ведении процесса с достижением рН реакционной массы ниже 7 получается продукт, содержащей высокую кислотность, уменьшается выход соли. Ведение процесса взаимодействия при рН реакционной массы выше 8 приводит к перерасход гидроксида натрия.
Целесообразность выбранных пределов показателей процесса приведена в примере 1 и в таблице 1.
Пример 1. Берут 1000 г отработанной серной кислоты — отхода процесса алкилирования изобутана олефинами, содержащей 86% масс. серной кислоты и 10% масс. органических примесей в пересчете на углерод, и помещают в реактор, снабженной механической мешалкой. В реактор вводят 1000 г экстрагента, состоящий из 500 г этилового спирта и 500 г тетрагидрофурана. Массовое соотношение серная кислота: экстрагент равно 1:1. Массовое соотношение этилового спирта и тетрагидрофурана в смеси растворителей равно 1:1.Отработанную серную кислоту нейтрализуют 10%-ным раствором гидроксида натрия при температуре 60°C до достижения рН водной фазы 7. Процесс взаимодействия ОСК и гидроксида натрия сопровождается выделением тепла, за счет чего обеспечивается нагревание реакционной массы до требуемой температуры. При отключении перемешивания реакционная масса самопроизвольно делится на органический (верхний) слой и водный слой, представляющий насыщеный раствор сульфата натрия. Органический слой отделяют. Водный слой имеет слабо-желтую окраску. Водный слой выпаривают и сушат. Выход соли — сульфата натрия 0,9 кг. Продукт содержит 98% масс. основного вещества, 0,3% масс. влаги и 0,5% органических примесей в пересчете на углерод.
Использование отработанной серной кислоты процесса сернокислотного алкилирования расширяет сырьевую базу производства сульфата натрия. Способ позволяет получить сульфат натрия высокого качества с малым содержанием остаточного количества органических веществ.
Способ получения сульфата натрия, включающий взаимодействие серной кислоты с натрийсодержащим реагентом, отличающийся тем, что в качестве серной кислоты используют отработанную серную кислоту — отход процесса алкилирования изобутана олефинами, а в качестве натрийсодержащего реагента — 10-15%-ный раствор гидроксида натрия, предварительно отработанную серную кислоту смешивают с органическим экстрагентом, взятым в массовом соотношении серная кислота:экстрагент=1:1, в качестве экстрагента используют смесь этилового спирта и тетрагидрофурана при массовом соотношении 1:1, а процесс взаимодействия проводят при температуре 50-75°C до достижения pH реакционной массы 7-8, далее верхний органический слой отделяют, а нижний водный слой выпаривают, кристаллы сульфата натрия сушат с получением целевого продукта.
Источник
Способ получения сульфата натрия
5O4 41,85; NaСЮ 0,89; Mg504 0,12, н.о. 0,06; Н О 57,08..
На стадии плавления образовался раствор состава, вес.% Na 504 29,34; NaС t
0 60; Mg SO4 О, 14.
Степень концентрирования примесей в процессе выпаривания составляет 8, . т.е. в маточном растворе, циркулирующем в последнем аппарате выпарной батареи, ° содержится, вес.%: NaC R
При фуговании суспензии, посту-. пающей из выпарной батареи, получают сырой сульфат натрия, содержащий
0,48% хлорида натрия и 0,11% Мд504 .
На промывку этого полупродукта в центрифугу подано 150 кг промывного раствора (загрузка центрифуги по твердому — 600 кг). После просушки сырой сульфат натрия содержит, вес.%: Na®504
96, 02; NaC Й 0,17; Mg 504 0,02, н.о °
4р 0,13; Н О 3,65. Готовый продукт, полученный после смешения сырого продукта, выделенного при фуговании плавильных суспензий и суспензий со стадии выпаривания и сушки, содержит
s пересчете на сухое 99,77% основного вещества, О, 14% NaCK, 0 02% Mg504 и
0,14 н.о. Технологический выход сульфата натрия составил 94%. Товарный выход 88%.
95,81; NaC1 0,20, HgSOg 0,02, Н О
В результате, смешения двух сортов сырого продукта и сушки смешанного продукта получен сульфат натрия состава (в пересчете на сухое веще.ство), вес.%: й-ф04 99,61; NaCt 0,18;
MgS04 0,03 н.о. 0,18.
В табл.1 приведены данные по влиянию кратности промывки на характеристику сырой твердой фазы, полученной после промывки. Табл.2 характеризует готовый продукт, полученный в результате сушки смешанных сырых твердых продуктов, в зависимости от содержания хлорида натрия в плавильйых раст15 ворах.
В табл.1 приведено влияние кратности промывки на содержание йаС 1 в аы» рой твердой фазе, причем исходная непромытая фаза содержит, вес.%:
gp N aSOp 95,02, NaC 9 1,03; Н20 3,95 °
6318-77 — не Т а б л и ц а 1
0,16 0 15 0,14 0,14 0,14
2 1,0 0,20 0,19 0,19 0,18 0,17 0,16 0,16 0,16
0,21 0,20 0,20 0,19 0,19 0,18 0,18 0,17
4 2,0 0,26 0,25 0,23 0,22 0,22 0,21 0,21 0,20 сульфата натрия (сырая твердая фаза со стадии выпаривания соответст40 вует табл. 1).
1 0,4 0,15 0,14 0,13 0,13 0,13
2 1,0 0,17 0,16 0,16 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15
3 1,5 0,18 0,18 0,18 0,17 0,17 0,17 0,17 0,17
0,21 0,20 0,20 0,19 0,19 0,19 0,18 0,18
Таким образом, предложенный способ позволяет, не снижая качества целево- 60
ro продукта довести его выход до 8590% и использовать для получения продукта высшей натегории качества мирабилит с повышенным содержанием примесей, например хлоридов, что повн-65
Пример 3. На переработку поступил мирабилит состава, вес.%:
Na SO 41,8; йаС Я 1,5; М950 0,2; н.о. 0,11; Н О 56,4.
На стадии плавления получена суспензия, при разделении которой выделена жидкая фаза (плавильный раствор) состава, вес. %: йа SO+ 28, 21, йаСЙ 1 77; HgSOp 0,23; Н О 69,79.
Сырая твердая фаза состава, вес.%:
NayS04 95,04; NaC2 0,14,; MgS04
0 03 н.о. 0,34; Н О 4,45.
Процесс выпаривания растворов проведен до содержания хлорида нат рия в маточных растворах 12,55%.
Выделенный при фуговании сырой сульфат натрия промыт в корзинах центрифуг плавильным раствором, взятым в количестве 350 кг (тонну сырого продукта). После проьывки пррдукт имеет состав, вес.%: Na2504
Показатели по ГОСТ более 0,2%.
В табл.2 приведено содержание в готовом сухом продукте, полученном в результате сушки смешанного сырого шает эффективность производства.
Способ получения сульфата натрия из мирабнлита, включающий его плавленые, выпаривание, центрнфугирование сырого продукта и сушку, о т л ич а ю шийся тем, что, с цельк
Составитель В. Нирша
Редактор Г. Волкова Техред Й.Варадулина Корректор С, Шекмар
Заказ 6568/7 Тираж 565 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП «Патент», г, Ужгород, ул. Проектная, 4 повыаения выхода целевого продукта, выпаривание ведут до остаточного содержания в растворе примесей
1-14 вес.%, а отфугованный сырой сульфат натрия промывают плавильными щелоками.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Повии М.Е. Технология минеральных солей..»Химия», т.1, 1974, с. 116-118, 130-132.
2. Авторское свидетельство СССР
9 237124, кл. С 01 0 5/16,17.06.67.
3. Патент ФРГ Р 1467244, кл. 12 2. 5/18, 05 ° 02.70 (прототип).
Источник
