碱金属碳酸盐的制备制造技术

制备碱金属碳酸盐，如Ｎａ↓［２］ＣＯ↓［３］的方法，它包括将该碱金属的氯化物和碳酸氢盐的溶液或悬浮液通过一种固体离子交换树脂，该树脂在含水环境下能滞留氯且其碱性大于ＨＣＯ↓［３］↑［－］离子的碱性。其产物是该碱金属碳酸盐的水溶液或悬浮液，当该碱金属是钠时，该产物可用于常用的氨苏打法中的盐水提纯过程中。（*该技术在2012年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及碱金属碳酸盐，特别是但不限于碳酸钠的制备。碳酸钠（即人们所熟知的纯碱灰）可以通过“合成”途径（即非“天然灰”途径）获得，也可以由天然存在的碳酸氢三钠沉积物制得。现行的用于制得碳酸钠的合成方法大都可用下列总方程式表示：但是该反应不能在一个步骤中完成，而最常用的合成方法（即氨苏打法）则采用下列系列反应：-->在该方法中氨和一半的二氧化碳被循环使用，故其总反应如上所述。反应3中的氯化钠通常是以饱和或近似饱和的盐水形式提供给该工艺的，该盐水是通过将天然存在的（固体）盐溶解于水中而制得的，在用于此工艺之前，必须将该盐水提纯以除去镁和钙离子，在该工艺中这两种离子会以含碳酸盐化合物的形式沉积并引起阻塞。适用的盐水提纯方法是向盐水中加入碳酸钠和氢氧化钠，从而形成随后可以除去的碳酸钙和氢氧化镁沉淀物。很显然，用于此方法的碳酸钠可以是反应4中产物的一部分。然而，氨苏打法存在许多缺陷，特别是其反应4和5需要相当多的能量（以热形式）才能实现所需的反应，因此，其整个方法不但需要大量能量，而且还要花费很大精力去回收及再使用该工艺中的热能。特别是当人们想到有一部分能量将直接或间接地要用于制备一部分不能售出的碳酸钠（即用于盐水提纯的那部分）时，反应4和5的能量要求则成了一个特别重要的缺陷。此外氨苏打法尚存在下列缺点：反应3中的碳酸氢钠产量一般低于80%以及将该碳酸氢盐与也在该反应3中制成的氯化铵分离时需要相当大的花费。人们已经试图克服部分或全部上述缺陷。例如人们建议用胺作为氨载体的替代物并对此进行了广泛研究，可溶胺可以使不可溶的碳酸氢钠中间物的产量提高并且降低分离时所需的能量，但是在使用中胺的损耗势必使成本太高，长链不可溶的胺有可能使分离成本更低（如重力），但实际上，由于乳化问题和胺在废液中的有效（即低）溶解问题，故其胺损耗仍使成本太高，人们曾试图用胺/有机溶剂系统来缓解此问题并对此进行了-->广泛的研究，但结果发现胺和溶剂损耗以及溶剂操作成本仍然相当高。ZA-A-785962（Klipfontein）中描述了另一种方案，它是将一种弱碱（R-N）碳酸化，使之成为R-NH2CO3，然后将其与氯化钠溶液（盐水）接触，以便根据下列方程式获得碳酸氢钠：由此反应制成的碳酸氢钠溶液可以较容易地由树脂（以后可以用石灰乳液恢复）回收得到，这样一来，就可以免去与氨苏打法中反应3有关的费钱的NaHCO3/NH4Cl分离过程。Robert  kunin在题为“化学合成过程中的离子交换”（“Ion  Exchange  in  Chemical  Synthesis”，Industrial  and  Engineering  Chemistry，Vol.56，No.1，January  1964，p35-39）的文章中描述了一种类似的工艺，该文章公开了一种按下列总方程式进行的工艺：其中R-N是一种离子交换树脂，M是一种碱金属。应该明白的是，在该工艺以及ZA-A-785962所述的工艺中，树脂被用作为氨苏打法中碳酸氢化步骤（即上述反应3）中氨的直接取代物。Kunin和ZA-A-785962所述的这两种方法的缺陷在于它们仍需要对碳酸氢钠进行热处理以制备碳酸钠（即上述反应4）。-->本专利技术的目的在于消除或减轻上述缺陷。根据本专利技术，它提供了一种制备碱金属碳酸盐的方法，它包括将碱金属的氯化物和碳酸氢盐的溶液或悬浮液通过一种固体离子交换树脂，该树脂在含水环境下能滞留氯并且其碱性高于碳酸氢根离子的碱性，和由树脂回收碱金属碳酸盐的水溶液或悬浮液。虽然本专利技术可以用氯化物和碳酸氢盐（特别是碳酸氢盐）中的一种或两种化合物的含水悬浮液进行，但它也可以用这些化合物完全在水溶液中的形式进行。类似地，该方法既可以得到碳酸盐的溶液，也可以得到其悬浮液。出于方便起见，在下文中所用的针对碱金属氯化物、碳酸氢盐或氯化物的术语“溶液”应该理解成包括其悬浮液在内（除非本文另有要求）。碱金属碳酸盐可以用化学式M2O×CO2来代表，当×＝1时，则该化学式代表纯M2CO3，但×也可小于或大于1，在前一种情况下（即×＜1），该碳酸盐是“碱性”的，而在后一种情况下（即×＞1）时，则该碳酸盐是“酸性”的。因此，本专利技术还包括这类酸性和碱性碳酸盐的制备，而术语“碱金属碳酸盐”应按此来理解，出于方便，下文中所用的化学式M2CO3包括酸性和碱性物质在内。化学式MHCO3的碱金属碳酸氢盐则表示×＝2。因此，送入树脂中的液体通常其×高达2，最好，起始液体的×值在1.8到2之间。所获得的产物其×值较低，一般在0.8到1.9范围内。本专利技术特别可用于制备碳酸钠（由氯化钠和碳酸氢钠），但它也可用于制备其它碱金属（如钾）的碳酸盐。本专利技术的方法是基于采用了一种树脂，该树脂在含水的反应环境下能够滞留Cl-离子且其碱性高于HCO-3离子的碱性，因此，-->在本专利技术的方法中所发生的反应可以用下列总方程式来表示：（其中M为一种碱金属）。应当明白，上述反应式是与Kunin和Klipfontein（ZA-A-785962）所述的方法相反的，在本专利技术的方法中采用碳酸氢盐作为一种原料并回收碳酸盐。尽管上述方程式代表总反应，但不应当就此认为碳酸氢盐会直接与该树脂起反应。事实上，树脂上的反应可能还涉及氢、氢氧根和氯离子。换句话说，看来在实施本方法的相当浓的含水氯化物的环境下以及在相当低浓度的可溶碳酸盐/碳酸氢盐下，树脂的氯化物形成（和游离碱形成）将比碳酸氢盐形成优先。尽管我们并不想受限于该反应的任何一种特殊机理，但碱性树脂可能会增加含碳酸氢盐的溶液的pH值且可能会发生下列反应：该反应将因由树脂产生的氢氧离子而向右进行，因此，氢氧离子将被持续释放出来，直到树脂用尽为至。由于离子交换树脂是一种聚合物的、固体的及不可溶的材料，碱金属碳酸盐的溶液将会很容易地从树脂中回收，而无需相当数量的能量。此外，由于该树脂可以较容易地从产物中分离开，最终所有的碱金属氯化物将会被转化成产物。另外，该反应可以在室温下进行，从而避免采用加热以使碳酸氢盐转化-->成碳酸盐（参见上述反应4）。优选地该离子交换树脂是一种弱碱阴离子交换树脂，最优选的是其碱性由氨基基团（可以是伯和/或仲和/或叔氨基基团）提供的树脂。最好该树脂是一种交联丙烯酸树脂。因此，优选的用于本专利技术的树脂是具有伯，仲和/或叔氨基基团的交联的丙烯酸树脂，优选地该树脂中不包括任何含量很高的季铵基团。很显然，该树脂随着不停的使用将变成“报废”而且很显然需要将该树脂周期性地再生，优选地，该树脂是一种能够用氢氧离子再生的树脂，因此，优选的树脂其碱性应位于碳酸氢根离子和氢氧根离子之间。出于方便，该氢氧根离子可以由“石灰乳液”的悬浮液产生。如果采用“石灰乳液”的悬浮液来恢复树脂，则该树脂应在制备碱金属碳酸盐的反应期间不会滞留任何数量的硫酸根离子（它可能存在于碱金属氯化物和碳酸氢盐水溶液中），这是因为这些离子会在再生期间导致发生不可溶的硫酸钙沉淀。前面所述的带有伯、仲和/或叔氨基基团的交联丙烯酸树脂就能满足这些要求。在再生过程中，树脂中的不同渗透条件比起用于制备碳酸盐时的树脂通常将更经常地出现。因此，该树脂应对在交替进行的碳酸盐形成和树脂再生步骤期间发生的渗透循环具有坚固耐用性。适用于本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
制备碱金属碳酸盐的方法，它包括将该碱金属的氯化物和碳酸氢盐的溶液或悬浮液通过一种固体离子交换树脂，该树脂在含水环境中能滞留氯且其碱性高于ＨＣＯ↑［－］↓［３］离子的碱性，和从该树脂中回收该碱金属碳酸盐的水溶液或悬浮液。

【技术特征摘要】
GB 1991-11-26 9125044.91、制备碱金属碳酸盐的方法，它包括将该碱金属的氯化物和碳酸氢盐的溶液或悬浮液通过一种固体离子交换树脂，该树脂在含水环境中能滞留氯且其碱性高于HCO-3离子的碱性，和从该树脂中回收该碱金属碳酸盐的水溶液或悬浮液。2、权利要求1所述的方法，其中该树脂是一种交联型丙烯酸树脂。3、权利要求1或2所述的方法，其中该树脂的碱性是由伯和/或仲和/或叔氨基荃团产生的。4、权利要求1到3中任一权利要求所述的方法，其中该树脂的碱性低于OH-离子的碱性。5、权利要求4所述的方法，它还进一步包括用OH-离子恢复该树脂的步骤。6、权利要求5所述的方法，其中该氢氧根离子是由石灰乳液悬浮液产生的。7、权利要求1到6中任一权利要求所述的方法，其中部分碱金属碳酸盐溶液或悬浮液与二氧化碳反应以产生供该反应中用的碱金属碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：RDA伍德，
申请(专利权)人：布伦纳蒙德英国有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]