Материал: Производство соды: кальцинированной, каустической

Раствор соли в диафрагменном электролизере непрерывно подаётся в анодное пространство и протекает через, как правило, нанесённую на стальную катодную сетку асбестовую диафрагму, в которую, иногда, добавляют небольшое количество полимерных волокон.[6]

Во многих конструкциях электролизеров катод полностью погружен под слой анолита (электролита из анодного пространства), а выделяющийся на катодной сетке водород отводится из под катода при помощи газоотводных труб, не проникая через диафрагму в анодное пространство благодаря противотоку.[6]

Противоток - очень важная особенность устройства диафрагменного электролизера. Именно благодаря противоточному потоку направленному из анодного пространства в катодное через пористую диафрагму становится возможным раздельное получение щёлоков и хлора. Противоточный поток рассчитывается так, чтобы противодействовать диффузии и миграции OH- ионов в анодное пространство.[6]

Процесс описывается следующими уравнениями:

Анод: 2Cl− - 2е− → Cl2↑

Катод: 2H2O + 2e− → H2↑ + 2OH−

Суммарно: 2NaCl + 2H2O → H2↑ + Cl2↑ + 2NaOH

В качестве анода в диафрагменных электролизерах может использоваться графитовый или угольный электроды. На сегодня их в основном заменили титановые аноды с окисно-рутениево-титановым покрытием (аноды ОРТА) или другие малорасходуемые.[6]

Полученный гидроксид натрия сливают с осадка не прореагировавших солей и отправляю на сушку и грануляцию.[6]

Рисунок 5. Ванна электролизная с опущенной диафрагмой

- бетонное днище; 2 - стальной катод; 3 - бетонная крышка; 4 - труба для подачи рассола; 5 - труба для отвода хлора; 6 - графитовые аноды; 7 - штуцер для удаления водорода; 8 - трубка для слива электролитического щелока; 9 - медный токоведущий стержень.

Основные потребители

Рисунок 6. Структура потребления каустической соды

Сода кальцинированная находит достаточно широкое применение в современном мире: от пищевых добавок до сырья в крупнотоннажных производствах. В частности на производство стекла расходуется 48% всей получаемой соды, еще 24% потребляет химическая промышленность, в то время как на бытовые нужды приходится настолько незначительный процент что он попадает на диаграмме в категорию «другие».[7]

Если говорить о соотношении потребления сортов соды в России, то в стекольной промышленности потребляется в основном декагидрат карбоната натрия (тяжелая сода), в металлургии и нефтехимии - нефелиновая.[7]

Таблица 4. Структура потребления соды по маркам (в %)

Рисунок 7 Структура потребления гидроксида натрия

В потреблении каустической соды на первое место выходит химия и нефтехимия (41,9%), что неудивительно. Гидроксид натрия участвует во многих органических реакциях, а так же является сырьем для производства гипохлорита натрия. На втором месте - целлюлозно-бумажная промышленность (19,3%), а на третьем - металлургия (10,2%). [7]

Не менее многообразно и применение хлора. На хлорирование воды расходуется всего 5.1% от общего объема получаемого хлора. а абсолютным лидером по его потреблению является химическая промышленность - 89,1%. При этом большая часть промышленно потребляемого хлора расходуется на производство мономеров: хлористый винил и дихлор этан (37,4%), эпихлоргидрин (11,5%).[7]

Рисунок 8. Структура потребления хлора

Факторы размещения и территориальной организации.

Факторы ориентации в содовой и хлорной промышленности различны. Это прослеживается по продуктам: сода - высоко транспортабельное сырье, гидроксид натрия и хлор - нет. Это приводит к тому, что в содовой промышленности решающим фактором размещения будет сырьевой, а в хлорной потребительский.[8]

Территориально это проявляется в том, что предприятия по производству соды расположены в районах добычи и переработки сырья, а предприятия по производству щелочей и хлора - в районах потребления и как правило связаны с другими химическими производствами: синтезом гипохлоритов, хлорсодержащих мономеров, соляной кислоты и так далее.[8]

Рисунок 9. Структура мирового производства кальцинированной соды в 2007 году

Современное состояние содовой промышленности

Рисунок 10. Динамика производства соды в России

В мире по производству кальцинированной соды лидерами являются Китай (35%), США (31%), Индия (6%)и Россия (5%). В целом за 2007 год было произведено около 47 млн. тонн соды из которой на природную приходится менее трети.[8]

Более детально можно рассмотреть, в качестве примера, современное состояние содовой промышленности в России.[8]

Как видно их рисунка объемы производства меняются незначительно и в целом неуклонно возрастают.[8]

На Российском рынке кальцинированной соды не малый сегмент представлен импортной продукцией (около 16% ). Основные поставщики соды - это Украина (61%) и США (34%).[8]

Экспорт российской соды состовляет примерно 25% от общего объема производства и осуществляется в основном в страны СНГ, в частности, в Казахстан. В общем объеме экспорта в 1 полугодии 2009 г. на долю этой данной страны приходится 83%.[8]

Современное состояние хлорной промышленности

Если говорить о производстве каустической соды, то целесообразно рассмотреть объемы производства как собственно гидроксида натрия, так и хлора.[9]

Таблица 5 показывает, что, несмотря на колебания, производство каустической соды остается достаточно стабильным, колеблясь в пределах 1100-1300 тыс. тонн в год. При этом в том же 2009 году на экспорт ушло 39% производимого объема, в то время как импорт составил менее 3%. Российский каустик импортируют в основном бывшие республики СССР: Украина (27 %), Узбекистан (24 %), Казахстан (16 %), Азербайджан (10 %), Эстония (4 %), Литва и Латвия (по 2 %). Российский каустик закупают Турция (6 %), Сирия (6 %), Египет (2 %) и некоторые другие страны дальнего зарубежья.[9]

Таблица 5. Объемы производства, экспорта и импорта каустика

Аналогичные выводы прослеживаются и для объемов производства хлора, с той лишь разницей, что хлор в страну не ввозится.[10]

Таблица 6: Объемы производства, экспорта и импорт хлора

Рисунок 12. Структура экспорта российского хлора

Экспорт российского хлора осуществляется, так же как и гидроксина натрия, в станы СНГ, при этом 48% поставок приходилось на Украину. На втором месте Азербайджан (28%).[10]

Проблемы и перспективы развития

Одна из острых проблем содового производства - это связанное с ним экологическое загрязнение.[11]

В традиционной технологии кальцинированной соды на 1 тонну продукта приходятся следующие отходы: хлоридные стоки(состав: 115-125 г/л СаС12, 55-58 г/л NaCl и 20-25 г/л взвеси Са(ОН)2, СаСО3 и CaSO4)- около 9,1 м3, шлам от очистки рассола, содержащий 250-300 г/л взвеси Са(ОН)2 и Mg(OH)2 - 0,l м3, шлам дистилляции, недопал при обжиге мела или известняка, отделяемый в процессе получения известковой суспензии и содержащий СаСО3, СаО и золу топлива, около 55 кг. И хотя хлорид кальция используется в других отраслях промышленности, так или иначе идет рост площадей золоотвалов.[11]

Эту проблему несколько решает способ Хоу, однако хлорид аммония как удобрение имеет ограниченное сельскохозяйственное применение, а само содовое производство получает привязку к новому сырью - аммиаку.[6]

Касательно перспектив развития можно отметить, что рост объемов производства синтетической соды будет только возрастать, что опять же связано с ростом населения. Увеличиваться так же будет и производство каустической соды, что в принципе неизбежно поднимет вопрос об утилизации хлора. Последний неизбежно возникнет в виду нарастания общемировых тенденций экологизации производства и перехода к биоразлагаемым материалам. [12]

Одним из примеров подобного перехода уже стал отказ от использования хлорированных пистицидов. Другой пример отказа от использования хлора - это ведущийся в мире поиск альтернативных способов обеззараживания воды.[12]

Список литературы

1.      Карапетьянц М.Х., Дракин С.И. Общая и неорганическая химия. М., «Химия», 1992.

.        Зайцев И.Д., ткач Г.А., Стоев Н.Д. Производство соды. - М.: Химия, 1986. - 312 с.

.        Шокин И.Н., Крашенинников С.А., Технология соды: Учебное пособие для вузов. - М.: Химия, 1975. - 287 с.

.        Позина М.Б., Балабанович Я.К. Технология глинозема и щелочей. Л., 1979.

.        Фурмер И.Э., Зайцев В.Н. Общая химическая технология. - М.: Высшая школа, 1978.

.        Шухардин С.В., Ламан Н.К., Федоров А.С. 'Техника в ее историческом развитии' - Москва: 'Наука', 1979 - с.416

.        ГОСТ 5100-85: Сода кальцинированная техническая (натрий углекислый)

.        ГОСТ 2263-79: Натр едкий технический

9.      ГОСТ 2156-76: Натрий двууглекислый. Технические условия

10.    ГОСТ 84-76: Натрий углекислый 10-водный

11.    ГОСТ 10689-75: Сода кальцинированная техническая из нефелинового сырья. Технические условия.

.        ГОСТ 450-77 Кальций хлористый технический. Технические условия.