[发明专利]地下处理天然碱不溶性尾渣的方法

说明书

本发明涉及一种回收钠化学品的改进方法，该方法包括从地下矿物层回收碳酸钠和/或碳酸氢钠等有用成分，特别是用于制造苏打粉的天然碱，碳酸氢钠、苛性钠和其它钠化合物，并以一种环境技术可接受的方式，以改进过的及有效的回收矿物方法来处理这种采矿方法所得到的尾渣。

在怀俄明州西南部，在绿河(Green River)附近，发现在地表面下243.8米到914.4米处沉积着大量的天然碱矿(Na₂CO₃·NaH-CO₃·2H₂O)。另外在土耳其和中国也发现这种地下沉积的天然碱。在绿河的主要天然碱矿床是以在约305米)深处的3.66米厚的矿层存在，经分析约为90％的天然碱。绿河天然碱矿床覆盖2590公里²，并且是由几种不同的矿床一般相互重叠并以页岩层分隔而组成的。在某些地区里，天然碱矿床是超过1 22米的岩层，占总岩层的25％，它本身又含有十多层。其天然碱质量变化相当大，当然，这是取决于它在岩层中的位置。

这种在怀俄明州、绿河开采的天然碱的典型分析值如下所示：

              典型的粗天然碱分析               组分              百分数            倍半碳酸钠           90.00            NaCl                  0.1            Na₂SO₄              0.02            有机物                0.3            不溶物                9.58

从上面分析值可看出，粗天然碱的主要组分是倍半碳酸钠。杂质(主要是原始页岩和其它不溶物)的量是很大的，所以这种粗天然碱不能直接转变成可以在许多工业上利用的产品。因此，通常要将粗天然碱进行纯化以除去或减少杂质，才能使其中有价值的钠以商品产物出售，这些产物如：苏打粉(Na₂CO₃)、碳酸氢钠(NaHCO₃)、苛性钠(NaOH)、倍半碳酸钠(Na₂CO₃·NaHCO₂·2H₂O)、磷酸钠(Na₅P₃O₁₀)或其它含有钠的化合物。

粗天然碱的一个主要用途是将其转化或精炼成苏打粉。为了按工业上可行的操作工艺将天然碱中的倍半碳酸钠转化成苏打粉，可以采用两种不同性质的方法。它们是“倍半碳酸钠方法”和“一水合物方法”。

用于纯化天然碱和制得纯争的苏打粉的“倍半碳酸钠方法”是由一系列步骤组成的，包括：将粗开采的天然碱溶解在一个循环工作的热母液中，为了适合溶解天然碱，热母液中含有超过碳酸氢盐的过量正碳酸盐；从溶液中澄清出不溶性泥渣；过滤该溶液；将滤液通过一系列真空结晶器，蒸发掉水份并冷却，使倍半碳酸钠以稳定的结晶相结晶出来；重新循环母液以溶解更多的粗天然碱；将倍半碳酸钠结晶在一定温度下煅烧，使其转化成苏打粉。

一种更直接和简化的方法是后来发展的“一水合物方法”，该方法是通过一系列步骤产生一种致密的、不含有机物的苏打粉，此一系列步骤包括：在温度从400℃到800℃煅烧粗天然碱，使之转化为粗碳酸钠，并且通过氧化和蒸馏除去有机物；将粗碳酸钠溶于水中，澄清所得的碳酸钠溶液，将不溶物作为沉渣除去；过滤溶液；从已澄清并经过滤的碳酸钠溶液在一蒸发循环装置中蒸发掉一些水份；从饱和母液中结晶出碳酸钠一水合物；煅烧一水合物晶体，制得致密的、不含有机物的苏打粉；将与晶体分离的母液重新循环到蒸发步骤中去。

在上面方法中粗天然碱的煅烧有三重效果。第一，在约400℃到800℃温度的煅烧，将存在于粗天然碱中的有机物质除去。第二，煅烧结果使存在于粗天然碱中的碳酸氢钠转化为碳酸钠。最后，碳酸化所得的粗碳酸钠比粗天然碱具有更大的溶解速度。溶解速度的比例列于表1中。

                        表1

              在溶液中的Na₂CO₃百分数

       时间(分)      粗天然碱      粗碳酸钠

         1              13           31.5