سدیم (Na)

 

 بررسی وضعیت سدیم در جهان و ایران   روش‌های اکتشاف ، استخراج و فرآوری سدیم
روشهای متداول فرآوری سدیم

[ سدیم (Na)] [فهرست مطالب] 

  صفحه 1

 

 

  • کربنات سدیم :کربنات سدیم از شورابه ها و دریاچه‌های شور استخراج می شود. فالوکیت با روش معدنکاری انحلال دو چاهی براساس فناوری افقی استخراج می‌شود. ترونا (نوعی کانی) مدفون با روشهای زیر زمینی، اتاق و پایه، معدنکاری انحلالی با چاههایی با فاصلة 200 متر و تزریق حلال سود سوزآور استخراج می‌شود.روشهای فرآوری:8/1تن ترونا(Na3(CO3)(CO2OH).2H2O)ویک تن کربنات سدیم طی فرایند منوهیدرات بدست می دهد.ترونای تکلیس شده در آب حل شده ومحلول 30% کربنات سدیم تشکیل می شود، محلول با عبور از تبخیر کننده های چند گاز یا تبخیر کننده های مکانیکی کربنات سدیم منو هیدرات در هیدروسیکلونها تشکیل می شوند. ماده حاصل سانتریفوژ،آبگیری شده و به بلور های سدیم بدون آب تبدیل شده بطوری که مواد نامحلول نیز جدا شده، فیلتر شده و شسته می شود تا آلکانهای اضافی باز یافت شده و با لوله به استخرهای ذخیره یا بخشهای رها شده معدن زیر زمینی فرستاده شود.درفرایند کربنات متناوب (Seqri Carbonat) که کمتر رایج است،ترونا خرد شده در آب داغ حل می شود، بعد از تصفیه شدن، فیلتر وسرد شده تا توالی کربنات سدیم نهشته شده که به ترکیب بعد از گذراندن مراحل هیدرو سیکلون، سانتریفوژ و تکلیس،کربنات سدیم از آن بدست می آید.کربنات سدیم حاصل از شورابه ها با کربناسیون بدست می آید. در این فرآیند کربنات سدیم به بی کربنات سدیم تبدیل شده و بعد از فیلتر شدن و تکلیس،کربنات سدیم نیمه سبک بدست می آید. ماده حاصل به تبلور کنندگان سدیم منو هیدرات فرستاده شده تا بلورهای درشت تشکیل شوند. این بلورها غربال شده بعد از آبگیری و شسته شدن در سانتریفوژ خشک شده ودر لوله های بخار خشک می شوند و با غربال16مش غربال می شوند.شورابه های حاصل از معدنکاری انحلالی دارای فاکولیت، سرد شده تا بی کربنات سدیم متبلور می شود که بعدازفیلتر شدن، سانتریفوژ و خشک شده (در دمای پایین تا به کربنات سدیم تبدیل نشود) و غربال می شود، کربنات سدیم سبک را می توان با انحلال آن در آب تا حد فوق اشباع و جدا سازی و خشک کردن بلورهای سدیم منو هیدرات به کربنات سدیم متراکم تبدیل کرد.کربنات سدیم را به طور مصنوعی طی فرآیند انحلال نیز تولید می کنند.7/1 تن نمک + 4/1تن آهک و6/0 تن زغال برای بجوش آمدن و2/0 تن برای خشک کننده به همراه کاتالیزور آمونیاک،1تن کربنات سدیم و 7/1تن کلرید کلسیم وسدیم نیز تولید می کند.حدود 70% از کربنات سدیم جهان با این روش ساخته می شود.با استفاده از مواد اولیه محلول نمک طعام و سنگ آهک به روش زیر می توان کربنات سدیم تهیه نمود.

NaHCO3 به روش ته نشینی و فیلتر از محلول NH4Cl جدا می شود:
.
از NH3 و H2O مجددا استفاده می شود. محلول آب نمک و آهک، مصرف شده و کربنات سدیم و کلرور کلسیم تولید می شود. تولید کربنات سدیم به روش یاد شده در مناطقی که آب نمک و سنگهای کربناته وجود دارد امکان پذیر است.•سولفات سدیم :روش استخراج:رسوبات باقی‌مانده میرابیلیت از لایه‌های دریاچه‌ای یا شورابه‌های سطح دریاچه را طی زمستان و پاییز استخراج می کنند. در موارد دیگر آب داغ به رویه‌های نمک‌دار تزریق و با انحلال میرابیلیت آن را تبخیر و در خشک‌کن‌های چرخان، خشک می‌کنند.روش فرآوری:شورابه‌های پیچیده با سردکننده‌های مکانیکی تا 4 درجه سانتیگراد سردشده تا نمک گلوبر(Glauber) از شورابه با فیلترهای چرخان جدا می‌کنند. بلورها درآب تازه حل می‌شوند و بعد از تبلور مکثی، جداسازی و تبلور مجدد، خشک می‌شوند.سولفات کلسیم و تناردیت در روش اتاق پایه به‌صورت زیرزمینی استخراج می‌شوند.بایک جریان پادساعت گرد و دمای 35-40 درجة‌‌سانتیگراد، سولفات سدیم از نمک خام جدا شده و باقی‌مانده رس و تناردیت از شستشو در یک تبخیرکننده مکثی بدست می‌آید.به طور کلی دو روش عمده برای تولید سولفات سدیم وجود دارد:الف ـ استحصال از منابع معدنیب ـ روش‌های شیمیایی – به عنوان محصول اصلی تولید- به عنوان محصول جانبی تولیدالف ـ روش‌های شیمیایی تهیه سولفات سدیم:این روش بر مبنای انجام فرآیندهای شیمیایی بر روی برخی مواد صورت گرفته و بیشتر در کشورهایی به کار برده می‌شود که فاقد منابع معدنی سولفات سدیم باشد (کشورهای اروپائی، آمریکا، ژاپن)، سولفات سدیم تولید شده در اینگونه کارخانه‌ها به دو شکل حاصل می‌شود.ب ـ به عنوان محصول اصلی:محور اصلی خط تولید این کارخانه‌ها سولفات سدیم است که با ترکیب مواد اولیه مناسب مستقیماً مبادرت به تولید این ماده می‌نمایند که می‌توان به فرآیندهای زیر اشاره نمود.فرآیند ترکیب نمک طعام و اسیدسولفوریک: در طی این فرآیند از ترکیب NaCl و H2SO4 به عنوان مواد اولیه، سولفات سدیم و اسید کلریدریک (به عنوان محصول) بدست می‌آید، در این فرآیند محصول اصلی سولفات سدیم بوده و اسیدکلریدریک به عنوان محصول فرعی مطرح می‌باشد. البته در برخی شرایط خاص و بر اساس هدف پروژه، سولفات سدیم به عنوان محصول جانبی مطرح می‌شود.برای دستیابی به این فرآیند دو روش موجود است :ـ در روش بستر سیال (Canon) که از جدیدترین روش‌های تولید سولفات سدیم و اسیدکلریدریک می‌باشد، فرآیند شامل یک اطاقک احتراق است که به انتهای بستر سیال (راکتور استوانه‌ای قائم) متصل است. بخار اسیدسولفوریک پس از تزریق به اطاقک احتراق با گازهای احتراق مخلوط شده و بدین طریق گرم می‌گردد، سپس این مخلوط وارد راکتور شده که حاوی ذرات NaCl می‌باشد، واکنش اسید و نمک سریع بوده و محصولات آن از بالای راکتور خارج می‌گردد. سولفات سدیم به شکل یک پودر نرم از زیر سیکلون و گاز HCl از بالای سیکلون به بیرون هدایت می‌گردد، خلوص سولفات سدیم تولیدی حدود 5/97 درصد و اسید کلریدریک 25-20% حجمی می‌باشد، ظرفیت تولیدی یک راکتور به قطر 20 فوت، حدود 400 تن در روز است.ـ در روش گریتیس (Giruitis) که بهترین فرآیند براساس سیستم نیمه مداوم، سهولت کار، سادگی تجهیزات و سیستم واکنش می‌باشد، ابتدا محلول آب و نمک در راکتور تهیه شده، سپس اسید سولفوریک 98% به راکتور اضافه می‌شود و پس از 30 دقیقه واکنش تکمیل می‌گردد، جهت تسهیل واکنش، کل فرآیند باید گرم بوده تا خروج HCl به آسانی صورت پذیرد. پس از انجام واکنش، محلول حاصل برای ورود به فیلتر باید سرد گردد. لذا مخلوط حاصل از یک مبدل حرارتی می‌گذرد تا دمای آن پائین بیاید و سپس به یک فیلتر دوار منتقل می‌گردد. مایع صاف شده به جریان برگشتی می‌پیوندد، به جامد اصل که حاوی مقداری NaHSO4 می‌باشد در حدود 10-8% سولفات سدیم تبدیل کند. محلول موجود در حمام را سانتریفوژ نموده و جامد موجود را به یک خشک‌کن وارد کرده تا رطوبت باقی مانده در معرض هوای گرم، گرفته شود و در نهایت سولفات سدیم خروجی از خشک‌کن دوار به یک آسیا و غربال جهت دانه‌بندی منتقل شده و سپس توسط دستگاه بسته‌بندی در کیسه‌های پلی اتیلنی kg50 یا بشکه‌های پلاستیکی 220 لیتری بسته‌بندی می‌گردد. راندمان این عمل تقریباً 100% بوده و محصول سولفات سدیم خشک، بدون اسید و با درجه خلوص بالا می‌باشد. شکل شماره 5 فلوشیتی تهیه سولفات سدیم به روش شیمیایی را نشان می‌دهد.
شکل شماره 5- فلوشیست تهیه سولفات سدیم به روش شیمیایی
فرایند ترکیب نمک طعام و دی اکسید گوگرد: در این فرایند که به روش‌‌ها رگریو مشهور است، NaCl، SO2 بخارات آب و هوا واکنش داده و سولفات سدیم و اسید کلریدریک تولید می‌کنند، این واکنش گرما زا در دمای 840 درجه سانتی گراد انجام می‌پذیرد و کنترل دما با هوای اضافی صورت می‌گیرد. در این فرایند مخلوط SO2 و هوا از درون بستری از نمک عبور می‌کند. مقداری آهن که به عنوان کاتالیزور برای انجام واکنش به کار می‌رود، باعث می‌شود که خلوص محصول کم شده و رنگ سفید آن برای کاربرد در صنایع شوینده مناسب نباشد و برای دفع این مشکل باید ناخالصی آهن را که حدود 3/0 تا 4/0 درصد بوده جدا کرد. این روش در کشورهای معدودی اجرا می‌گردد و علت اصلی آن بالا بودن تکنولوژی ساخت، مشکلات عملیاتی و گران شدن قیمت فروش کالا می‌باشد و علت اصلی بهره گیری از این روش به عنوان مثال در آمریکا، استفاده از گاز SO2 ضایعاتی از واحدهای ذوب فلزات می‌باشد.ـ به عنوان محصول فرعی تولید: در برخی صنایع و به ویژه صنایع شیمیایی سولفات سدیم به عنوان یک محصول جانبی محسوب می‌گردد و ضمن تولید محصول اصلی، برخی محصولات فرعی از جمله سولفات سدیم نیز به دست می‌آید. این محصول فرعی از تصفیه پساب برخی صنایع تولید می‌گردد و از جمله این صنایع می‌توان به کارخانه‌های تولیدی کرمات سدیم، اسید بوریک، فنل واحد تولید آهن از پیریت، واحدهای دباغی و چرم، اسید فورمیک، استات سلولز، ویتامین ث، تولید الیاف مصنوعی سلولز اشاره نمود که به طور خلاصه به بررسی مهمترین این صنایع خواهیم پرداخت.در تهیه اسید بوریک: فرایند تولید و شرایط عملیاتی چنین است که ابتدا سنگ بوراکس در مجاورت اسید سولفوریک و آب در داخل یک راکتور به طور پیوسته به اسید بوریک و سولفات سدیم تبدیل می‌گردد و پس از آن عملیات فیزیکی جهت جداسازی مواد تولید شده از محلول‌های واکنش فوق انجام می‌گیرد. جدول شماره 14مواد اولیه اصلی را برای تهیه اسید بوریک را نشان می‌دهد.
جدول شماره 14- مواد اولیه اصلی برای تهیه اسید بوریک
محلول سولفات سدیم حاصل به عوان ماده اولیه سولفات سازی قابل ارائه می‌باشد.در حال حاضر واحدی که در زمینه اسید بوریک در کشور فعالیت کند، وجود ندارد و هیچ گونه مجوز بهره برداری برای واحد تولیدی در این زمینه از سوی وزارت صنایع و معادن صادر نشده است.در تهیه اسید فرمیک: اسید فرمیک تجارتی در اثر یک سری عملیات شیمیایی بر روی فرمیات سدیم تولید می‌شود (واکنش CO2 با NaOH، پودر کردن، اسیدی کردن، تقطیر) فرمیات سدیم تبدیل به پودر شده و با اسید سولفوریک 98% ترکیب می‌گردد، سپس مخلوط جهت جدا کردن سولفات سدیم از اسید فرمیک به برج تقطیر هدایت می‌شود، بازده محصول حدود 95% می‌باشد.در الکترولیز کلرات پتاسیم: با این روش می‌توان سولفات سدیم را از محلول‌ها جدا کرد، محلول نهایی به وسیله نمک اسیدی خنثی می‌شود و سپس تحت فشار قرار گرفته و با خنک کردن به صورت بلور در آمده و نمک گلوبر از آن استخراج می‌گردد. مطابق این روش محلول باقی مانده که دارای سولفات سدیم است، مستقمیاً توسط تبخیر نمک سولفات سدیم به دست می‌آورند.تولید سولفات سدیم به عنوان محصول فرعی کارخانه تولید نمک پتاسیم، تهیه سولفات سدیم از محلول الیاف ویسکوز (با رشد روز افزون تولید فیبرهای مصنوعی و فایبر گلاس و جایگزین شدن آنها به جای فیبرهای ریون کمتراز این فرایند استفاده می‌شود) و فرایندهای کوره مانهایم، از جمله فرایندهایی است که باعث تولید سولفات سدیم می‌شود.در اغلب کشورهای اروپایی (فرانسه، اتریش، آلمان، ایتالیا، بلژیک، سوئد، انگلستان و…) و ژاپن به دلیل عدم وجود ذخایر اقتصادی سولفات سدیم،مسایل زیست محیطی و داشتن تکنولوژی و دانش فنی و در کشورهای مثل آمریکا و اسپانیا به دلیل مصرف بالا و صادرات (علاوه بر استحصال از منابع معدنی) تولید سولفات سدیم به روش شیمیایی و مصنوعی صورت می‌گیرد، به طوریکه میزان تولید جهانی آن در سال 98 به حدود 6/1 میلیون تن رسیده و بیشترین میزان تولید در قاره‌های مختلف مربوط به کشورهای آمریکا و بلژیک و ژاپن بوده است.اگر چه امروزه سولفات سدیم طبیعی مهمترین تأمین کننده سولفات سدیم موردنیاز در جهان می‌باشد، اما تولید و استفاده از سولفات سدیم مصنوعی به عنوان یک محصول جانبی صنایع دیگر، باعث می‌شود تا از ورود مقادیری از سولفات سدیم طبیعی از طریق فاضلاب‌ها و پساب کارخانه‌ها به محیط زیست جلوگیری شود و امروزه برای کنترل آلودگی تأکید به استفاده از سولفات سدیم صنعتی است.ب – استحصال سولفات سدیم از منابع معدنی:در این فرایند از ذخایر معدنی موجود در طبیعت استفاده شده و بر مبنای درجه خلوص ماده معدنی فرآوری‌های لازم بر روی آن انجام می‌گیرد. مواد اولیه اصلی و محصولات نهایی دارای مشخصات فنی حاصی می‌باشند. جدول شماره 15 مواد اولیه اصلی را برای استحصال سولفات سدیم نشان می‌دهد.
جدول 15- مواد اولیه اصلی را برای استحصال سولفات سدیم
به طور کلی این فرایند شامل سه بخش انحلال، کریستالیزاسیون و خشک کردن می‌باشد. خاک محتوی سولفات سدیم ابتدا با مقدار مناسبی آب به اندازه‌ای که بتواند مواد قابل انحلال را در خود حل نماید. در تانک‌های همزن داری مخلوط می‌نمایند ودر یک سری بهمزن عمل مخلوط شدن کامل می‌گردد (مواد نامحلول ته نشین شده و دارای حدوداً 10% سولفات سدیم می‌باشد).محلول سولفات سدیم و نمک داخل فاز مایع گردیده و مخلوط در یک سیستم فیلتر فشاری به دو جامد فاز و مایه تفکیک می گردد. محلول صاف بدست آمده دوباره در یک سیستم فیلتر تبدیل به یک مایع زلال که حاوی سولفات سدیم و نمک می‌باشد، می‌گردد. سپس این مایع وارد یک سیستم چند مرحله‌ای تمیز کننده و تغلیط کننده می‌شود و چون حلالیت سولفات سدیم در مجاورت نمک NaCl کاهش می‌یابد. کریستال‌های سولفات سدیم در این سیستم ایجاد می‌گردد. مایع باقی مانده از این سیستم، چون دارای غلظت نسبتا زیادی از نمک طعام می‌باشد، به بیرون هدایت می‌شود و کریستال‌های سولفات‌سدیم به دست آمده در چند ظرف متوالی ته نشین شده و سپس محلول غلیظ وارد سانتریفیوژ کریستال شده و عملیات جداسازی کریستال‌های سولفات‌سدیم از محلول همراه آن انجام می‌شود و محصول به خشک کننده‌های دوار فرستاده می‌شود و سولفات‌سدیم کریستال با آب تبلور (نمک گلوبر)از این واحد خارج می‌گردد. سپس در ادامه فرایند این بلورها به داخل یک تانک ذوب فرستاده شده و با استفاده از حرارت حاصل از بخار آب، بلورها در داخل تانک ذوب شده و سولفات سدیم بدون آب تشکیل می‌دهند و سپس پودر حاصل از سانتریفیوژ که مرطوب بوده و دارای حدوداً 4% رطوبت است وارد یک خشک کن شده و توسط هوای گرم خشک می‌شود و سپس محصول نهایی به سیلوهای ذخیره منتقل می‌گردد. شکل شماره 6 فلوشیت کلی از تهیه سولفات سدیم از منابع معدنی را نشان می‌دهد. به دلیل وجود ذخایر عظیم سولفات سدیم در کشورایی مثل کانادا، آمریکا، مکزیک، چین، ایران، ترکمنستان، اسپانیا و ترکیه و… تولید سولفات سدیم در آنها ببیشتر ازطربق استحصال از منابع معدنی صورت می‌گیرد، به طوریکه میزان تولید جهانی آن در سال 98 به حدود 4 میلیون تن رسیده است و بر این اساس امروزه سولفات سدیم استحصالی از منابع معدنی مهمترین تأمین کننده سولفات سدیم مورد نیاز در جهان می‌باشد.
شکل شماره 6- یک فلوشیست کلی از تهیه سولفات سدیم از منابع معدنی
ناخالصیهای سولفات سدیم و ضرورت فرآوری آنهمانطوری که گفته شده است اغلب ذخایر سولفات سدیم از تجمع و تبخیر آبهای سطحی در گودال‌ها و باتلاق‌های کم‌عمق (پلایاها) و یا دریاچه‌های کویری و شورابه‌های نواحی خشک و نیمه‌خشک بوجود می‌آیند و بر اساس چگونگی و محل تشکیلات سولفات سدیم باغلظت‌های متفاوت در نقاط مختلف دنیا وجود دارد که اکثر همراه با ترکیبات نمکی کلرورسدیم، کلرورمنیزیم، کلرور کلسیم، سولفات کلسیم و منیزیم و همچنین کربنات‌ها و برات‌ها و برخی مواد غیرقابل حل می‌باشد. این نمک‌های صنعتی چه به صورت محلول در شورابه‌ها و چه به صورت رسوبات تبخیری در حوضه‌های رسوبی، در چگونگی استحصال سولفات سدیم و پرعیار سازی آن موثر بوده و به دلیل تاثیر زیاد در فرآیند فرآوری سولفات سدیم، بویژه در کانسارهای محلول (شورابه‌ها) از اهمیت خاصی برخوردار است. در حوضه‌های رسوبی و در کفه‌های نمکی در مناطق مختلف سولفات‌دار، مورفولوژی‌های مختلفی را می‌توان مشاهده نمود که در این خاک‌های سولفاته رسوبات سیلتی و رسی به صورت ناخالصی وجود دارد و حتی ممکن است به هنگام استخراج بر میزان آنها افزوده شود و خاک‌های سولفاته با عیار پائین بدست آید که فرآوری آن معمولاً مقرون به صرفه نیست. البته باید به این نکته توجه داشت که ناخالصی در کانی‌های صنعتی از جمله سولفات سدیم به شکلی که در کانی‌های فلزی مانند مس وجود دارد (گانگ) مطرح نمی‌باشد.هرچقدر درجه خلوص سولفات سدیم از خاک اولیه بیشتر باشد هزینه کمتری برای فرآوری آن صرف شده و در نتیجه قیمت تمام شده آن کمتر خواهد بود. مبنای تعیین مرغوبیت خاک‌های سولفات‌دار، میزان عیار سولفات سدیم و همچنین میزان نسبت درصد بخش قابل انحلال (سولفات سدیم، نمک و غیره) به بخش نامحلول (رس، سیلت، ژیپس، ماسه و غیره) می‌باشد. به طور کلی خاکهای بالای 30% سولفات سدیم مرغوبند و می‌توانند به راحتی در فرآیند فرآوری قرار گیرند و هر چقدر درصد سولفات سدیم در آنها بیشتر باشد (ناخالصی کمتر) مرغوبتر خواهند بود.خاک‌های سولفاته دارای 25 تا 30% سولفات سدیم از نظر کیفیت و عیار متوسط قابل قبول قلمداد می‌شوند و خاک‌های کمتر از 20% سولفات سدیم نامرغوب بوده و فرآیند استحصال کریستال سولفات سدیم از آنها مقرون به صرفه نمی‌باشد.در فرآیندهای سنتی فرآوری سولفات سدیم، NaCl به عنوان یک ناخالصی، عامل مزاحمی می‌باشد و هر چقدر محصول استخراجی معادن دارای نمک کمتری باشد، مناسب‌تر است. اما در برخی موارد چون تبلور سولفات سدیم در حوضچه‌های ته‌نشینی به طور کامل صورت نمی‌گیرد، در پساب فرآیند، همواره مقداری سولفات سدیم به هدر می‌رود. ولی اگر خاک سولفاته 10% تا 15% کلرور سدیم (NaCl) داشته باشد، باعث کاهش میزان به هدر رفتن سولفات سدیم در پساب می‌گردد. زیرا ناخالصی NaCl موجود در سیستم، حلالیت سولفات سدیم را پائین می‌آورد و باعث تبلور بیشتر سولفات سدیم در حین فرآیند می‌گردد. لذا درصد NaCl به عنوان یک ناخالصی در محصول استخراجی به صورت خشک تا میزان 15-10% مجاز بوده و نقطه خاک سولفاته از نظر کیفیت است. ولی در صورتی که از میزان مجاز فوق، زیادتر باشد، به عنوان عامل تخریب تبلور سولفات در طی فرآیند، محسوب می‌گردد.

---

قیمت: 100 تومان