高纯度碳酸钠的制备研究

碳酸钠(Na2CO3)是基本工业原料之一，被用于其他钠化合物的制造，广泛用于冶金、造纸、玻璃、陶瓷、食品、染料、洗涤剂等行业及日常生活中，在国民经济中占有至关重要的地位。随着国内外电子行业的迅速发展，过去的优级纯碳酸钠远远不能满足其十分苛刻的质量指标要求，且有关该方面的文献报道又十分少见，我们只能在前人提纯工作的基础上重新设计、革新、改进，研制成功了一条高纯碳酸钠制备的新工艺技术，所得产品质量完全满足电子纯碳酸钠的纯度指标要求，可用于配制电视荧光粉，可用于电子玻璃、光化学玻璃等，很有推广应用价值。

1 实验部分
1.1 原料
“鸢都”牌工业级纯碱；二氧化碳气体；试剂硫化钠、磷酸铵、EDTA二钠盐、活性炭；自制的络合促进剂M。
1.2 仪器
高速离心机、球磨机、原子吸收分光光度计。
1.3 提纯方法
在备有搅拌的反应器中，加400mL去离子水并加热至50±2℃，随搅拌加人”鸢都”牌工业级碳酸钠120g，继续搅拌溶解均匀，过滤除去水不溶性杂质。将母液返回洗净的反应器，加入适量的硫化钠和磷酸铵，进行化学提纯；搅拌均匀，使母液中的Cu2+、Mg+、Pb2+等杂质离子与硫化钠和磷酸铵反应完全，充分形成MgNH4PO4、CuS和PbS沉淀，过滤；将计量的EDTA二钠盐及适量的的络合促进剂加到经化学提纯的母液中，搅拌溶解，保持温度45℃左右，慢慢通人二氧化碳气体，通气至pH<9，停止通气。将提纯液降温至5℃左右，抽滤，用适量冷去离子水洗涤三次，用寓心机甩干，碳化提纯结束。得到的高纯碳酸氢钠湿晶送人300℃干燥器中烘干。烘干冷却后的产品经球磨机粉碎，过孔径250μm(60目)筛，即得产品高纯度碳酸钠，收率约65%。母液回收制试剂级、工业级碳酸钠或碳酸氢钠。
2 结果和讨论
2.1 预提纯过程
预提纯工艺中为防止杂质带进处理液中，应用高纯去离子水，并将所用设备及附件清洗干净。
2.2 化学提纯过程
化学提纯反应机理：
Mg++NH4++PO43-→MgNH4PO4↓
Cu2++S2-→CuS↓
Pb2++ S2-→PbS↓
为了将杂质尽可能沉淀完全，并保证细小深沉全部滤除，应加入过量的硫化钠和磷酸铵，经酸洗处理过的活性炭助滤。
2.3 碳化提纯过程
碳化提纯机理
Na2CO3+H2O+CO2→2NaHCO3
NaHCO3→Na2CO3+H2O+CO2
    众所周知，纯碱生产中的碳化都是连续的。即采用两个碳化塔，一个碳化，一个预碳化，控制操作条件在预碳化中不产生固相，两塔定期轮换使用。所以预碳化也正是碳化的清洗过程，也等于一塔在清洗一塔在碳化。由于要制备的是质量指标要求较高的电子纯级碳酸钠，这就必须在以前工作的基础上进行革新。经过深入细致的分析得出：碳酸钠和碳酸氢钠在相同温度下溶解度相差较大，将碳酸钠转化为碳酸氢钠使之从溶液中分离出来，这也是使用碳化的目的，被处理液中的杂质离子Cu2+、Mg2+等随pH值降低，溶解度增大，从而留在溶液中。而Fe3+、Cu2+等离子则由于其在化学性质上的两性作用，在pH值由强碱性转化为弱碱性时，溶解度降低。为防止该类离子进入碳酸氢钠结晶，影响最终产品碳酸钠的纯度。我们采用了加入一定量的EDTA--钠盐作为络合剂，并加人相应量的络合促进剂M促进络合，将以上杂质离子保留在溶液中。而溶液中的其他离子K+、NH4+及Cl-、SO42-、PO43-、S2-的溶解度受pH值变化的影响不大，极易随母液排除；如此处理，便达到了我们的预期目的--高纯度碳酸钠的制备。
    要补充说明的是，碳化提纯是靠去离子水把可溶性的杂质带出，所以，实验中使用的去离子水的纯度极为重要，并且用离心机甩干碳酸氢钠时，应尽量甩干；如有必要，可加用无水乙醇洗后，甩干；另外，络合促进剂M对去除杂质离子至关重要，如不使用该物质，杂质离子很难达到电子纯级碳酸钠质量指标的要求。
2.4 产品分析结果
    为了证明本制备工艺的可行性，将电子纯、优级纯、工业优等晶指标及实验所得产品分析结果列入表1。
    表1  产品质量指标分析结果与电子纯、优级纯及工业级产品质量指标对比

名称	电子纯	优级纯	工业级	产品分析
含量/%	≥99.5	≥99.8	≥99.2	99.9
澄清度试验	-	合格	-	合格
水不溶物/%	≤0.01	≤0.005	≤0.04	0.0034
干燥失重(300℃)/%	-	≤0.5	≤0.8	0.12
氯化物(C1)/%	≤0.001	≤0.001	≤0.425	≤0.0005
硫化合物(以SO4计)/%	≤	≤0.003	≤0.03	≤0.0005
氮化合物(以N计)/%	-	≤0.001	-	-
磷酸盐及硅酸盐(以SiO3计)/%	-	≤0.0025	-	0.0005
镁(Mg)/%	-	≤0.0025	--	0.00037
铝(A1)/%	-	≤0.001	--	0.00007
钾(K)/%	-	≤0.005	-	0.001
钙(Ca)/%	<0.0005	≤0.005	-	0.0003
铁(Fe)/%	<0.0002	≤0.0003	<0.04	0.000022
重金属(以Pb计)/%	-	≤0.0005	-	-
铜(Cu)/%	≤0.00005	-	-	0.00004
铅(Pb)/%	≤0.00005	-	-	0.00001
镍(Ni)/%	≤0.00005	-	-	0.00002
粒度(250μm)	全过	-	-	合格

3 结论
表1说明，以该工艺制备的高纯度碳酸钠完全满足电子纯标准的各项指标的要求。



[ 本帖最后由 limingshuguang 于 2008-10-1 20:36 编辑 ]





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为什么不重结晶提纯，估计重结晶提纯能达到要求。