[发明专利]用于生产碳酸氢钠的方法

说明书

技术领域

本申请要求于2011年12月20日提交的美国临时申请号61/578162的优先权，为所有目的将该申请的全部内容通过引用结合在此。

本发明涉及一种用于从含碳酸钠的流中生产碳酸氢钠的方法，该含碳酸钠的流包含碳酸钠以及至少一种由碱金属水溶性盐组成的杂质，同时该方法可减小生产碳酸氢钠所需的最终清洗量，并且还降低了与清洗有关的钠碱的损失。

背景技术

碳酸氢钠(NaHCO₃)为一种具有广泛应用的柔和碱性化合物，应用包括用于人类食品、动物饲料、烟道气处理及化学工业。2008年碳酸氢钠的全球产量约计280万吨。其大部分产品源自天然及合成碳酸钠(Na₂CO₃)。碳酸氢钠产品主要通过碳酸钠水溶液与气体CO₂的碳酸盐化作用制成。该碳酸钠水溶液可来自于溶于水中的纯碳酸钠，或者来自于自苏威(Solvay)法的粗碳酸氢钠的部分脱碳酸盐化的浆液，或者来自于从碳酸钠结晶器获得的碳酸钠溶液，其中该碳酸钠结晶器供应有源于天然碱或苏打石矿石的溶液。

当碳酸氢钠由固体精制碳酸钠制成时，碳酸钠杂质如碱金属水溶性盐的含量非常低，从而自该碳酸氢钠方法可有效地提取那些杂质，得到最终生产的碳酸氢钠。因此，在对应的碳酸氢钠方法中，不需要对那些杂质的特定清洗。

然而，当碳酸氢钠由合成苏打灰(苏威或衍生的侯氏制碱法)或者天然苏打灰(天然碱或苏打石相关方法)的碳酸钠流制成时，这些碳酸钠流包含高水平的可溶性杂质，从而在该碳酸氢钠方法中，需要清洗以控制杂质的水平。在对应的碳酸钠方法中，该清洗液通常较多且被返回或者被送至大容量沉积池，如US7507388或者US2009/0291038或者US2011/112298中所述的方法。

除了碳酸氢钠以外，碳酸钠，也称为苏打灰，为一种大量的碱类商品，2008年全世界总产量为4800万吨，碳酸钠主要用于玻璃、化学制品、洗涤剂工业以及碳酸氢钠生产工业。碳酸钠生产的主要方法为苏威氨合成法、源自苏威法的氯化铵法(侯氏制碱法)以及基于天然碱的方法。

天然碱矿石是包含约99％的倍半碳酸钠(Na₂CO₃.NaHCO₃.2H₂O)的一种矿物。通过传统地下开采技术，通过溶液开采或湖水处理，从绿河(怀俄明州)、土耳其、中国及肯尼亚的天然碱矿石矿床得到基于天然碱的苏打灰。来自怀俄明州的基于天然碱的碳酸钠包括了整个美国苏打灰产量的大约90％。

对在绿河开采的天然碱矿石的典型分析如下：

表1

天然碱矿床包含多种高度可溶性杂质，如碱金属卤化物(氯化钠、氯化钾、氟化钠，......)、碱金属硫酸盐(硫酸钠、硫酸钾，......)、碱金属硝酸盐(硝酸钠、硝酸钾，......)、碱金属硼酸盐、碱金属磷酸盐等。根据矿床的地理位置，这些高度可溶性杂质比例不同。特别地，根据地理位置，氯化钠和硫酸钠可占天然碱的百分之几或百分之几十。

天然碱矿床还包括微溶性矿物或有机杂质。微溶性矿物的实例为：碱金属和碱土金属硅酸盐，铝酸盐，钛酸盐，钒酸盐，金属化合物及盐。有机杂质来自于有机沉积物，其中该有机沉积物在矿床的形成期间被捕获并在地质老化期间往往形成油页岩。在矿井内处理天然碱期间或表面操作时，还可部分产生矿物的及有机的可溶性杂质。特别地，热处理如煅烧通常放大了部分可溶性杂质的量，如硅酸钠，以及通过热皂化的有机化合物的钠盐。

天然碱中或天然碱矿床附近发现的其它“不溶”或极微溶于水的矿物杂质通常为不同矿物的混合物，最常见的为方解石、白云石、钙水碱、沸石、长石、粘土矿物、硅酸铁/硅酸铝以及硫酸钙。

在本领域中，已知两种主要技术用于从天然碱矿石矿床中回收天然碱矿石。第一种技术为机械开采，也称为传统开采，如房柱式开采(room and pillar panel operation)或长壁开采。第二种技术为溶液开采回收，其中使用水溶解天然碱并回收为溶液。