Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОЧИСТКИ НАТРИЯ ХЛОРИДА

Изобретение относится к способам очистки натрия хлорида и может быть использовано для получения продукта высоко степени чистоты, используемого в современных областях науки и техники.

В последние десятилетия основными областями применения хлорида натрия остаются медицина и производство пищевых продуктов, строительство и химическая промышленность. Однако требования к качеству данного продукта в разных областях его применения различные. Одно из основных требований в любой из перечисленных областей - это чистота продукта, хотя степень чистоты и ограничение содержания конкретных примесей в разных областях применения различные. Чистота хлорида натрия как конечного продукта напрямую зависит от исходного сырья и от метода его получения, либо от выбранного метода очистки продукта.

Одним из известных и широко описанных ранее методов очистки хлорида натрия является метод выпаривания различных соляных растворов. Например, для получения поваренной соли для пищевой промышленности используется метод выпаривания (RU 2075440, C01D 3/06, 1997). Соль, получаемая данным способом, содержит примеси кальция - 0,02 масс.%, магния - 0,01 масс.%, калия - 0,02 масс.% и сульфат-ионов - 0,16 масс.%, что соответствует требованиям, предъявляемым к поваренной соли «Экстра» для пищевой промышленности, но не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к продукту для современных отраслей науки и техники (монокристаллы, оптика и др.).

Другим методом, широко применимым для очистки хлорида натрия, является ионообменный метод очистки, осуществляемый согласно известным изобретениям с помощью хелатных смол, например ионитов марки Duocellite ES-467 и Amberlite IRC-718 (US 4119508, C01D 3/16, 1985; US 5578218, C02F 1/42). Данным методом удается получать хлорид натрия со следующим содержанием лимитированных примесей (масс.%): алюминия - (1,1-7,4)·10^-3, кремния - (7,7-8,7)·10^-4.

Еще один метод, применяемый для выделения и очистки хлорида натрия (поваренной соли) - метод кристаллизации. Как известно, неочищенные растворы поваренной соли, полученные из различного сырья, содержат различные примеси. Например, раствор поваренной соли, полученной из галлитового сырья или каменной соли содержит примеси кальция, магния, калия, сульфат-анионов, оксида железа, которые, согласно российскому патенту (RU 2056355, C01D 3/04, 1996), отделяют от основного продукта многостадийным способом, включающим кристаллизацию. Способ получения поваренной соли (хлорида натрия) согласно данному известному изобретению включает растворение исходного сырья в циркуляционном щелоке, отделение из полученного горячего насыщенного раствора нерастворимых примесей, охлаждение осветленного хлорнатриевого раствора в присутствии кристаллов хлорида натрия на многоступенчатой вакуум-кристаллизационной установке, сгущение и фильтрацию на центрифугах полученной суспензии и выделение целевого продукта. Данным способом получают хлорид натрия с содержанием основного продукта (NaCl) на уровне 94,8-99,95 масс.%. Оптимальный результат в известном способе достигается при использовании наиболее чистого сырья - каменной соли, содержащей 94,8 масс.% хлорида натрия. В этом случае содержание примесей составляет (масс.%): Ca²⁺- 0,0055; Mg²⁺- 0,002; - 0,0035; K⁺ - 0,0065; Fe₂O₃ - 0,0004; H₂O - 0,1 и получаются кристаллы хлорида натрия размером 1,2-0,2 мм. Однако, как видно из описания данного способа, он применим для получения поваренной пищевой соли, однако не соответствует более строгим по чистоте требованиям для современных отраслей науки и техники (монокристаллы, оптика и др.). Поскольку по своей технической сущности данный способ наиболее близок предлагаемому способу, он выбран в качестве прототипа.

Для получения высокочистого продукта, качество которого соответствует требованиям, предъявляемым к химическим продуктам высокой степени чистоты, предлагается способ очистки, в котором исходный насыщенный при 25°C раствор хлорида натрия, очищенный от механических примесей, обрабатывают при перемешивании раствором соляной кислоты до концентрации 1,0-1,5% от общей массы раствора хлорида натрия, после чего обработанный раствор упаривают в 2,0-2,5 раза, охлаждают и выпавшие кристаллы хлорида натрия отделяют центрифугированием, затем промывают его высокочистой водой и сушат при температуре 100-110°C.

Центрифугирование осуществляют со скоростью равной 500-2000 оборотов в минуту.

Предлагаемый способ имеет сходные с прототипом стадии процесса: предварительную очистку от механических примесей, кристаллизацию из насыщенного раствора хлорида натрия, выделение целевого продукта центрифугированием и его сушку. Очистка от механических примесей может осуществляться любыми известными методами отделения механических примесей, например, фильтрацией. Но кристаллизация в прототипе осуществляется на многоступенчатой вакуум-кристаллизационной установке, а в предлагаемом способе - в реакторе, выполненном из стекла, снабженном мешалкой и электрообогревом, что значительно упрощает технологический процесс.

Существенным отличием является введение дополнительной стадии, а именно стадии предварительной обработки раствора натрия хлорида раствором соляной кислоты до концентрации 1,0-1,5% от общей массы раствора хлорида натрия. Такая обработка позволяет снизить адсорбцию примесей (Fe, Ni, Co, Cu, Pb, Ca, K, As и др.) на кристаллах натрия хлорида. На качество получаемого процесса влияет и выбранное количество соляной кислоты, а именно 1,0-1,5 масс.%. Как показывают дополнительные экспериментальные исследования, завышение количества соляной кислоты не приводит к увеличению чистоты натрия хлорида, а занижение - к ухудшению качества готового продукта.

Предварительная обработка исходного раствора реактивного качества, содержащего примесные ионы на уровне 0,001 масс.%, соляной кислотой в комплексе с другими стадиями обработки (фильтрацией, кристаллизацией) обеспечивает его глубокую очистку до получения высокочистого натрия хлорида.

После обработки раствором соляной кислоты раствор хлорида натрия упаривают в 2,0-2,5 раза, после чего охлаждают до 20-25°C при постоянном перемешивании. Упаривание раствора меньше чем в 2,0 раза приводит к значительному уменьшению выхода продукта, а упаривание раствора больше чем в 2,5 раза приводит к уменьшению объема маточного раствора, а следовательно, ухудшению качества полученного продукта.

После стадии упаривания и центрифугирования выпавший осадок хлорида натрия промывают высокочистой водой. К категории высокочистых продуктов (high purity products) обычно относят химические соединения, содержащие лимитированные примеси на уровне 10^-5-10^-6 масс.% и менее. В заявляемом способе в качестве промывной жидкости используют высокочистую воду, например, отечественный продукт - высокочистую воду марки ос.ч. 27-5 или дистиллированную воду, выпускаемую по ГОСТ 6709. Эта стадия процесса проводится во избежание загрязнения уже готового продукта.

Для отделения кристаллов натрия хлорида от маточного раствора могут применяться известные методы. Оптимальным, как показали экспериментальные исследования, в данном случае является центрифугирование, которое позволяет наиболее полно отделять маточный раствор от кристаллов. Стадию центрифугирования в рассматриваемом способе допустимо проводить при использовании широкого интервала скоростей вращения центрифуги (от 500 до 2000 оборотов в минуту). Величина используемой в процессе скорости вращения зависит от выбора того или иного типа центрифуг, каковыми могут быть центрифуги марки ОПН-3М, СМ-6МТ.

Стадия сушки кристаллов натрия хлорида осуществляется при температуре 100-110°C, которая обеспечивает полное удаление влаги. Для осуществления процесса сушки допустимы известные методы, например сушка в полочном сушильном шкафу, в сушилке кипящего слоя.

Предлагаемый способ иллюстрируется примерами, приведенными ниже.

Пример 1. Исходный 25%-ный раствор натрия хлорида (500 мл), очищенный фильтрацией от механических примесей, заливают в реактор, выполненный из стекла, снабженный мешалкой и электрообогревом. В реактор вносят 6,0 мл концентрированного (70%-ного) раствора соляной кислоты, что составляет 1,0% от общей массы раствора, перемешивают, после этого раствор упаривают при кипении (106°C) в 2,5 раза, охлаждают и выпавшие кристаллы отделяют центрифугированием при скорости центрифугирования 500 оборотов в минуту, отжатые кристаллы промывают водой ос.ч. 27-5, отжимают и сушат в сушильном шкафу при температуре 100°C. Полученный продукт содержит примеси (масс.%): Fe - 0,000005; Ca -0.000001; Mg - 0,000001; Pb - 0,00001; Co - 0,00000035; Cu - 0,000001; As - 0,00001; K - 0,001; Ni - 0,000001; - 0,001.

Пример 2. Проводят аналогично примеру 1, только в исходный 25%-ный раствор натрия хлорида (500 мл) вносят 8,4 мл концентрированного (70%-ного) раствора соляной кислоты, что составляет 1,5% от общей массы раствора, перемешивают, после этого раствор упаривают при кипении (106°C) в 2,0 раза. Затем охлаждают и выпавшие кристаллы отделяют центрифугированием при скорости центрифугирования 2000 оборотов в минуту, отжатые кристаллы промывают водой ос.ч. 27-5, отжимают и сушат при температуре 110°C. Полученный продукт содержит примеси (масс.%): Fe - 0,000005; Ca - 0,000001; Mg - 0,000001; Pb - 0,00001; Co - 0,00000001; Cu - 0,000001; As - 0,00001; K - 0,00093; Ni - 0,000001; - 0,001.

Пример 3. Проводят аналогично примеру 2, только приготовленный раствор упаривают при кипении (106°C) в 2,8 раза, выпавшие кристаллы отделяют центрифугированием при скорости центрифугирования 2000 оборотов в минуту, отжатые кристаллы промывают водой ос.ч. 27-5, отжимают и сушат в сушильном шкафу при температуре 110°C. Полученный продукт содержит примеси (масс.%): Fe - 0,00001; Ca - 0,00001; Mg - 0,000005; Pb - 0,00005; Co - 0,000001; Cu - 0,00001; As - 0,00005; K - 0,001; Ni-0,000005; -0,003.

Пример 4. Проводят аналогично примеру 3, только отжатые кристаллы после кристаллизации промывают дистиллированной водой, повторно отжимают и сушат при температуре 110°C. Полученный продукт содержит примеси (масс.%): Fe - 0,00005; Ca - 0,00005; Mg - 0,00001; Pb -0,00005; Co - 0,000005; Cu - 0,00005; As - 0,00005; K - 0,003; Ni - 0,000005; -0,005.