Технология минеральных солей (удо­Брений, пестицидов, промышленных со­лей, окислов и кислот)

СУЛЬФИД НАТРИЯ

Сульфид натрия получают, главным образом, восстановлением сульфата натрия углем. Полученный плав содержит, помимо Na2S, Значительные количества примесей, для освобождения от которых ■его подвергают выщелачиванию. Образовавшийся раствор серни­стого натрия отделяют от непрореагировавшего угля и других не­растворимых веществ и подвергают выпариванию, в процессе ко­торого происходит очистка раствора от растворимых соединений. Концентрированный раствор разливают в барабаны, где он засты­вает в продукт, называемый плавленым сернистым натрием.

Физико-химические основы восстановления Na2S04 Углем

Восстановление Na2S04 Осуществляют чаще всего в коротких горизонтальных барабанных вращающихся печах периодического действия, в которых смесь сульфата с углем нагревается топоч­ными газами до 1200°. При этом проходят следующие суммарные

Реакции:

TOC o "1-3" h z Na2S04 (тв.) + 2С (тв.) = Na2S (тв.) + 2С02 (г.) - 53,8 ккал/г-мол (1)

Na2S04 (тв.) + 4С (тв.) = Na2S (тв.) + 4СО (г.) - 136,2 « (2)

Na2S04 (тв.) + 4СО (г.) = Na2S (тв.) + 4СО, (г.) - 28.6 « (3)«

Значительная масса сульфата натрия восстанавливается, ви­димо, по реакции (1). Образующаяся при этом С02, реагируя с углеродом, превращается в СО, так как выше 800° равновесие в системе С02 + С:<=ь2С0— 41,2 ккал/г-мол сдвинуто вправо. Неко­торое количество сульфата восстанавливается окисью углерода по реакции (З)17, а образующаяся двуокись углерода, реагируя с угле­родом, вновь превращается в СО; в итоге это приводит к частич­ному протеканию процесса по реакции (2). Окись углерода и часть реакционного угля при содержании в топочных газах кислорода сгорают до С02; поэтому газы, выходящие из печей, содержат много С02 и мало СО, а газы из плохо герметизированных печей могут совсем не содержать СО. Однако это не доказывает, что - восстановление идет только по реакции (1). То, что оно идет и по - реакциям (2) и (3) и сопровождается простым выгоранием угля,, подтверждается расходом угля, который в заводских условиях зна­чительно превышает количество, требующееся теоретически по ре­акции (1), т. е. 0,17 т углерода на 1 т сульфата натрия (100%).

Механизм восстановления сульфата натрия достаточно сложен. В первой стадии восстановления Na2S04 Переходит в Na2S03.. В дальнейшем протекает реакция диспропорционирования 18-23

4Na2S03 = Na2S +3Na2S04 (4).

Идущая и в отсутствие восстановителей; она суммирует следующие процессы:

Na2S03 = Na20 + S02 (5>

2Na2S03+S02 = 2Na2S04 + 72S2 (6>

Na20 + V2S2 = Na2S + V202 (7)

Na2S03 + '/202 = Na2S04 ' (8>

В присутствии же восстановителей образование серы из SO2- Особенно облегчается, так как реакции S02 + 2СО = V2S2 + 2СОг и S02 + С = V2S2 + С02 идут со значительной скоростью, что ускоряет и реакции (5) и (7).

Восстановление сульфата натрия начинается при температурах ниже температуры его плавления (890°) в основном окисью угле­рода и другими компонентами газовой фазы; но в производствен­ных условиях, при применении в качестве восстановителя сравни­тельно крупнозернистого каменного угля, интенсивный процесс вос­становления твердым углеродом протекает лишь после появления.

Жидкой фазы, смачивающей поверхность частиц угля. Наобо­рот, восстановление газами замедляется при плавлении шихты, так как жидкая фаза затрудняет доступ газа внутрь реакционной массы — газ может проникнуть в нее только растворяясь и мед­ленно диффундируя. Процесс может быть разбит на три периода (рис. 143). Период / начинается после загрузки шихты в печь. Он характеризуется нагреванием и постепенным плавлением сульфата натрия, сопровождающимся нарастанием скорости процесса.

Основной период II характери­зуется «кипением» плава, т. е. бурным выделением газа. Этот

1180'

Период, когда плав остается жидким, соответствует наибольшей скорости процесса. Период III, наступающий к концу процесса, характеризуется загустеванием шихты и снижением скорости нара­стания количества Na2S В связи с уменьшением концентрации Na2S04 В жидкой фазе.

Если в шихте имеются примеси (сульфаты и сульфиды щелоч­ных и щелочно-земельных металлов и др.), играющие роль плав­ней, расплавляющих часть сульфата натрия ниже 890°, то интен­сивность процесса возрастает уже при низких температурах. Роль такого плавня выполняет и Na2S. Вследствие появления его, хоть И в небольшом количестве в начале процесса (а также из остаю­щегося на стенках печи плава после выпуска предыдущей за­грузки), жидкая фаза эвтектического состава (рис. 144) образуется уже при 665 ±10°24 и в дальнейшем реакция сильно интенсифици­руется.

На рис. 144 изображена диаграмма плавкости в системе Na2S04—Na2S. Эвтектическая смесь, имеющая температуру плав­ления около 665°[16], содержит приблизительно 57% Na2S04 И 43% Na2S (точка Е). Проследим ход процесса восстановления в изо­термических условиях при 950°. Состав жидкой фазы будет не­
прерывно изменяться по пунктирной прямой ас до пересечения ее с кривой плавкости BE В точке с. В этой точке начнется выделение В твердую фазу сернистого натрия, т. е. начнется загустевание плава. В дальнейшем состав жидкой фазы будет оставаться по­стоянным (точка с). Количество жидкой фазы этого состава будет непрерывно уменьшаться, а количество твердой фазы — возрас­тать. При полном восстановлении исчезнет весь сульфат натрия и" вместе с ним исчезнет вся жидкая фаза — плав затвердеет.

Плав в печи обычно несколько перегрет. Вследствие высокой температуры топочных газов по мере выделения Na2S В твердую фазу температура плава не остается постоянной, а непрерывно, повышается. Изменение температуры и состава жидкой фазы со­вершается вдоль кривой плавкости BE. Если плав выгружается при 1050°, то изменение температуры жидкой фазы идет вдоль отрезка Cd До точки D.

Для уменьшения вязкости плава, предотвращения его налипа­ния на стенки печи и для облегчения выгрузки плава из печи не­обходимо, чтобы он обладал достаточной подвижностью. С этой целью в печи поддерживают высокую температуру (1100—1200°). Если в конце процесса температура в печи выше температуры за­твердевания Na2S, То сульфат натрия может быть восстановлен: полностью. В этом случае плав имеет достаточную текучесть для выпуска его из печи. При более низких температурах часть Na2& Находится в плаве в твердом виде и для того, чтобы плав содер­жал достаточное количество жидкой фазы и не был слишком гу­стым, необходимо оставлять часть сульфата невосстановленной. Количество невосстановленного сульфата должно быть тем больше, чем ниже температура в печи.

Кроме сульфата и сульфида натрия в плаве содержатся сода и метасиликат натрия (см. ниже), которые также находятся в жидкой фазе. Содержание сульфата в выгружаемом плаве может быть тем меньше, чем больше в нем соды и метасиликата, которые заменяют часть сульфата в жидкости, обеспечивающей подвиж­ность плава.

Избыток угля в шихте значительно увеличивает вязкость плава и сильно уменьшает его теплопроводность. Реакция восстановления сульфата протекает очень быстро, в течение нескольких минут или даже долей минуты. Общая же продолжительность процесса, из­меряемая часами, определяется длительностью прогрева шихты.. Чем больше угля в шихте, тем медленнее она прогревается, тем больше продолжительность пребывания плава в печи и тем ниже - производительность печи. Уголь должен быть пористым и мало­зольным (содержать не более 15% золы) во избежание чрезмерного загрязнения плава и уменьшения выхода продукта. Лучшим вос­становителем является древесный уголь, обладающий большей по­ристостью, однако в производстве пользуются более дешевым.

Рядовым каменным углем. Торф восстанавливает сульфат натрия в 2 раза быстрее, чем уголь, но для этого требуется брикетировать шихту, а расход торфа в 2 раза больше, чем угля25.

Вредными примесями в применяемом для восстановления тех­ническом сульфате натрия являются кислотность и повышенное содержание NaCl, А в природном — повышенная влажность, NaCl И нерастворимые вещества. При повышенной влажности сульфата затрудняется приготовление шихты и усиливается разрушение фу­теровки восстановительных печей. Поэтому сульфат, содержащий больше 5% влаги, подвергают сушке.

При соотношении в шихте Na2S04: С, равном 3 : 1, при 850° ■в лабораторных условиях 95%-ный выход Na2S Достигается за 2—3 мин, причем часть этого времени затрачивается на прогрев реакционной массы до температуры реакции; при 1100° выход в .88,6% был достигнут за 40 сек. м-**.Излишняя продолжительность процесса в производственных условиях, связанная с необходи­мостью прогрева больших масс шихты, ухудшает результаты, так как возникают побочные реакции, при которых расходуется уже. образовавшийся сульфид натрия.

Продолжительность процесса восстановления в заводских усло - -еиях зависит также от интенсивности перемешивания шихты, со - - става и температуры греющих газов и т. п. Она колеблется в пре­делах от 1 до 2,5 ч. При этом степень восстановления сульфата составляет 80—85%. При крупном угле получается плав с мень­шим содержанием Na2S И с большим содержанием примесей.

Помимо основных реакций, ведущих к образованию Na2S, Про­текают побочные процессы, в результате которых в плаве обнару­живаются некоторые количества Na2S03, Na2C03, Na2Si03, Na2S203 Л др. Na2S03 Появляется в результате неполного восстановления сульфата; Na2C03 — в результате взаимодействия Na2S С С02 и родяным паром, имеющимся в топочных газах: Na2S + С02 + Н20 = Na2C03 + H2S

Образование соды термодинамически возможно35 и по реак­циям

Na2S04 + СО = Na2C03 + S02 Na2S04 + ЗСО = Na2C03 + 2СО, +'/2S2

А в присутствии водорода, образующегося из влаги шихты и топ­лива, по реакциям:

Na2S04 + Н2 +3C0 = Na2C03 + H2S + 2С02 Na2S04 + 2Н2 + 2СО = Na2C03 + H2S + Н20 + С02

В результате этих реакций содержание соды в плаве посте­пенно возрастает, особенно при недостатке угля в шихте. Однако Jc Концу процесса количество ее в плаве уменьшается. Приведен­ные реакции обусловливают потерю серы в газах. В результате - взаимодействия SO2 С СО, а также с H2S Образуется элементарная сера. В газах обнаруживаются также небольшие количества COS-

Газы, интенсивно выделяющиеся из плава в процессе восста­новления, изолируют его от непосредственного соприкосновения с топочными газами. В период дозревания плава, когда интенсив­ное выделение из него газов прекращается и соприкосновение с то­почными газами облегчается, при наличии подсосов в печь воз­духа, а также кислорода в топочном газе, может происходить частичное выгорание серы из плава с одновременным образова­нием соды:

2Na2S + 302 = 2Na20 + 2S02 2Na2Q + 2С02 = 2Na2CQ3 2Na2S + 302 + 2COa = 2Na2C03 + 2SOa

Окисление сульфидной серы кислородом воздуха до S02 Идет,, по-видимому, с образованием в качестве промежуточного продукта моноокиси серы SO36; Цепная реакция

2SO = S02 + S; S + 02 = SO + О; ...

Обусловливает образование атомарного кислорода, что способ­ствует окислению Na2S.

Потеря серы в виде газообразных соединений приводит при пе­редержке плава в печи к уменьшению содержания в ием Na2S. Появление в газовой фазе S02 Обусловливает возможность реак­ции:

Na2S + S02 + Н20 = Na2S03 + H2S

Содержащийся в плаве метасиликат натрия образуется из соды и кремнезема, находящегося в золе реакционного угля или попа­дающего в шихту в виде загрязняющего сырье песка, а также иэ, футеровки печи:

Na2C03 + Si02 = Na2Si03 - Ь С02

Чем больше кремнезема в шихте, тем меньше выход сернистого натрия и тем больше в плаве метасиликата иатрия и соды37. Это можно объяснить тем, что, помимо образования Na2Si03 Из соды, кремнезем взаимодействует с первичным продуктом восстановле­ния — сульфитом:

Na2S03 + Si02 = Na2Si03 + S02

Обнаруживаемый при анализе плава тиосульфат иатрия обра­зуется, в качестве быстро исчезающего промежуточного продукта, По реакции

Na2S03 + V4Sj = Na2S208

За счет сульфита и серы, возникающих в процессе восстановления. Кроме того, он, вероятно, образуется при растворении плава в Воде за счет взаимодействия с имеющейся в плаве свободной серой ® присутствии кислорода воздуха:

2Na2S + 2S + 302 = 2Na2S203

Помимо примесей, образовавшихся в результате побочных ре­акций, плав содержит остатки неизрасходованного реакционного угля и минеральные вещества из угля (золу), а также примеси из сульфата. Обычно в плаве содержится: 70—76% Na2S, До 2% Na2Si03, 0,5—2,5% Na2S03, 1-3% Na2S2Os, 5—13% Na2C03, До 15% нерастворимых минеральных веществ и до 8% углерода (не­выгоревший уголь). Сульфат натрия в плаве из механических пе­чей обычно отсутствует или содержится в количестве, меньшем 1—1,5%, а содержание NaCl Зависит от количества его в исход­ном сульфате. Чем меньше золы содержится в реакционном угле, тем более высокопроцентным получается плав. Из-за примеси угля, плав имеет черный цвет.

Помимо сульфата натрия, восстановлению с целью получения /сернистого натрия могут подвергаться сульфит и тиосульфат на­трия. Заводы, производящие анилиновые красители, получают в •дачестве отхода от производств фенола, бета-нафтола и других ^значительные количества загрязненного сульфита натрия, содер­жащего до 80% Na2S03 (в сухом веществе) и примеси Na2S04 И Na2S203. Этот сульфит используют, примешивая его к сульфатно - угольной шихте в производстве сульфида натрия. Сырьем для про­изводства сульфида натрия может служить также тиосульфат на­трия, являющийся побочным продуктом при очистке газов от .сероводорода мышьяково-содовым способом (стр. 556). Восстано­вление технического тиосульфата углеродом протекает с образо­ванием сульфида натрия и элементарной серы

2Na2S203 + ЗС = 2Na2S + ЗС02 + S2

,Или

2Na2S203 + 6С = 2Na2S + 6СО + S2

Для получения моносульфида требуется осуществлять процесс ■выше 920° (рис. 142); при 700—800° получается сульфид натрия, .содержащий некоторые количества полисульфида. Обстоятель­ством, затрудняющим осуществление этого процесса, является не­обходимость извлечения серы из газообразных продуктов реак­ции — образующаяся при восстановлении тиосульфата сера в при - .сутствии угля и вносимой с тиосульфатом влаги большей частью превращается в сероводород, частично в другие газообразные со­единения (COS И CS2), Частично остается в элементарном виде38.

Получение сульфида натрия восстановлением сульфата натрия

Углем

Если сульфид натрия получают из природного сульфата, влаж­ность которого иногда достигает 15—18%, то его подвергают сушке разбавленными воздухом топочными газами во вращаю­щейся барабанной сушилке до влажности меньше 5%. Затем его измельчают в дезинтеграторе до размера зерен 4 мм и меньше и смешивают, например, в двухвальном лопастном смесителе с из­мельченным 39 и просеянным углем. Весовое отношение твердого углерода к Na2S04 В шихте составляет 0,25—0,27.

На рис. 145 и 146 показана реакционная печь. Для загрузки шихты и слива плава в барабане печи имеется люк, крышка кото­рого с внутренней стороны футерована. Тепло уходящих из печи газов, имеющих высокую температуру (выше 900°), используют для обогрева котлов, в которых концентрируют щелок сернистого на­трия, полученный после выщелачивания плава. Барабаны печей изготовляют из 10—14-миллиметровой стали, они имеют диаметр 2—3 м, длину 5—8 м. Например, печь с диаметром барабана 3,1 м И длиной 5,5 м имеет суточную производительность ~ 17 г плава, содержащего 70—79% Na2S, При расходе газа на отопление до 2000М3/ч (при нормальных условиях); барабан печи вращается со скоростью 2,6 об/мин электромотором мощностью 25 кет.

Для футеровки печей сернистого натрия следует применять као - линитовый или очень плотный высокоглиноземистый шамотный кирпич горячего прессования, содержащий больше 50% глинозема, имеющий пористость 14—17%, с временным сопротивлением сжатию не ниже 250 кгс/см2 и дополнительной усадкой при 1400° не больше 0,5% 4а_43. Используют также форстеритовый кирпич, основным веществом которого является Mg2Si04 И хромомагнези - товый кирпич. Предложены и другие материалы, показавшие до­статочную устойчивость к расплавленному сернистому натрию при лабораторных испытаниях 44 — хромитовый огнеупор на глинистой

Связке, высокоглиноземистые огнеупоры, изготовленные из ко­рунда, двуокиси титана и глины. В строго восстановительной ат­мосфере возможно применение углеродистой (графитовой) футе­ровки с гарниссажем на ее внутренней поверхности 45.

При повернутом кверху люком барабане печи производят за­грузку печи шихтой через люк в течение 5—7 мин. Затем люк за­крывают, приводят печь во вращение и в течение 30—40 мин на­гревают реакционную массу до 850—900°. При этом происходит частичное выгорание угля и полное расплавление сульфата. При дальнейшем повышении температуры до 1000—1200° реакционная масса вспенивается (вследствие выделения газов) и увеличивается В объеме. Во избежание перелива массы через горловины в топку И в пыльную камеру, в печь забрасывают через люк пыльной ка­меры 2—3 лопаты мелкого угля или прекращают на некоторое время вращение печи. По прекращении вспенивания наступает пе­риод интенсивного «кипения» массы, продолжающийся 10—15 мин. При этом масса быстро уменьшается в объеме, загустевает и при­липает к внутренней поверхности печи. Дальнейшим нагреванием массу доводят до жидкокашеобразной консистенции, после чего плав готовят к сливу. Слив реакционной массы производят в те­чение 15—30 мин через надеваемый на люк ограничитель — диа­фрагму диаметром 100—130 мм. При жидком плаве пользуются диафрагмой 60—70 мм. Плав спускают небольшими порциями з камеру гашения, куда предварительно заливают нагретый до ки­пения слабый щелок.

В качестве реакционного угля для восстановления сульфата натрия чаще применяют жирный уголь с зольностью не больше 12% и содержанием летучих 30—33%. Активность этого угля выше, чем тощих углей, а летучие, выделяясь, способствуют пере­мешиванию реакционной массы и, сгорая, ускоряют ее прогрев; в результате производительность печей, оборудованных угольными топками (не дающими очень высокой температуры), при работе на жирном реакционном угле оказывается больше. Но при обогреве вращающихся печей газовым топливом или мазутом легко дости­гается высокая температура входящих в печь газов (1250—1270°) и поэтому в качестве реакционного угля можно применять более дешевые виды топлива, например антрацитовую мелочь. При этом реакция протекает без существенного вспенивания массы и оказы­вается возможным увеличить количество единовременно загру­жаемой в печь шихты. Плав получается однородным (жидким), не налипающим на стенки. Расход антрацитового угля на 15—20% меньше, чем жирного угля 46. Недостатком антрацитового угля яв­ляется высокая абразивность его золы.

При отоплении механических печей мазутом форсунки лучше располагать в специальных камерах сжигания мазута, так как температура факела слишком высока (больше 1500°), и это приво­дит к быстрому разрушению футеровки перегретым плавом серни­стого натрия. Лучше, чтобы температура поступающего в печь го­рячего газа была не больше 1300°.

В коротких печах (~5 м) съем плава с 1 м3 полезного объема достигает 0,8—0,9 т в сутки, в то время как в длинных печах (7—8 м) — немногим более 0,5 т. Это объясняется большей про­должительностью плавки в длинных печах, необходимой для за­вершения реакции в конце печи, противоположном вводу горячих газов. В коротких печах реакционная масса прогревается быстрее и равномерней, и продолжительность одной операции плавки (включая время загрузки шихты и выгрузки плава) составляет ~2,5 ч, вместо 4 ч в печах с длиной барабана 7—8 м.

Механические вращающиеся печи периодического действия зна­чительно совершеннее, чем применявшиеся ранее для восстановле­
ния сульфата натрия ручные пламенные подовые печи 47-54, однако и они имеют существенные недостатки. Основные из них — невоз­можность выпускать и выщелачивать плав непрерывным способом и низкий тепловой коэффициент полезного действия вследствие того, что барабан печи короткий и газы уходят из него с очень высокой температурой (900—950°). Эти недостатки могли бы быть устранены применением вращающихся печей непрерывного дей­ствия, что, однако, связано с рядом пока еще непреодоленных за­труднений.

Во вращающихся печах непрерывного действия тепло могло бы быть использовано лучше, так как шихта и греющие газы дви­жутся противотоком и уходя­щие газы имеют температуру 600—750°. Во избежание коль - цеобразования шихту требует­ся составлять на неспекаю - щемся угле. При этом сокра­щается и продолжительность восстановления. Чем больше угля в шихте, тем больше вяз­кость плава и необходимое для восстановления время пребы­вания его в печи (рис. 147). Съем плава с 1 ж3 внутрен­него объема печи составляет 1,2—1,3 т в сутки31. Выпуск плава из печи производится в зоне с наиболее высокой температурой, на небольшом расстоянии от нижнего конца печи, где имеется специальное звено с несколь­кими отверстиями, через которые при вращении печи плав выте­кает в приемник или в камеру выщелачивания. Как показал опыт, несмотря на высокую температуру в реакционной зоне печи непрерывного действия (до 1250°), оказывается трудным избежать кольцеобразования, т. е. налипания шихты на футеровку в средней зоне печи. Это нарушает устойчивость ее работы. По­этому, а также из-за быстрого разрушения футеровки в наиболее горячей зоне восстановление сульфата натрия в таких печах не получило распространения. Снижения температуры восстановления с сохранением при этом подвижности реакционной массы во вра­щающейся печи непрерывного действия можно было бы достичь добавкой в тонкодисперсную шихту порошкообразных инертных наполнителей, в присутствии которых жидкая фаза распределяется в большом количестве твердого материала и реакционная масса остается сыпучей. Наполнителем может служить, в частности, и значительный избыток реакционного у1ля 55-57. Добавка в шихту извести резко повышает скорость реакции восстановления суль­
фата углем при низких температурах (ниже 750°) вследствие уда­Ления С02 из сферы реакции в виде твердого углекислого каль­ция 58.

Для получения плава сернистого натрия используют также не­прерывно действующие шахтные печи 59,60. Восстановлению в них подвергают природный кусковой сульфат натрия. Шихта из кокса и сульфата натрия, содержащего 2,5—25% Н20, поступает в печь че­рез бункер и питатель (рис. 148). Количество кокса в шихте — 50— 55% от веса натурального сульфата. . Можно восстанавливать также бри­кеты, изготовленные из увлажнен­ного сульфата или из его смеси с реакционным каменным углем. Печь представляет собой цилиндрическую шахту высотой 6 ж с внутренним диаметром 1,2 м. Нижняя часть пе­чи с подом является горном; он опи­рается на колеса и при ремонте пе­чи откатывается в сторону. В горне имеются три летки для выпуска пла­ва в стальные тигли, вмещающие около 80 кг плава. Летки и нижняя часть шахты печи — кессон, т. е. зоны наиболее высоких температур, имеют снаружи водяные рубашки для отвода тепла. В зоне наиболее высоких температур (горн и кессон) печь футерована хромомагнезито - вым кирпичом, в остальной части — шамотным кирпичом. Непосредст­венно над горном расположен фур­менный пояс с отверстиями, через которые в печь засасывается воздух, необходимый для горения кок­са; количество воздуха (2000—2800 м3/ч) регулируют таким обра­зом, чтобы в печном газе было не больше 1,5% кислорода. Печной газ отсасывается из печи в стальную башню, где он очищается от пыли и охлаждается водой, причем из него конденсируется водяной пар. Охлажденный газ отсасывают из башни эжектором (гидро­автоматом), создающим разрежение в колошниковой части печи 400—800 мм вод. ст.61 Рабочей жидкостью в эжекторе является вода с примесью известкового молока для нейтрализации компо­нентов газа, содержащих серу. Вода, циркулирующая с помощью центробежного насоса, перед возвратом в эжектор частично обно­вляется с выводом части загрязнившейся жидкости.

16 М. Е. Позин

Описанная шахтная печь может выпускать в сутки больше 25 т плава, содержащего 67% Na2S. Однако практически, вслед­ствие больших подсосов воздуха (~50%) и недостаточности дутья, такие печи дают 20—22 т плава в сутки с содержанием всего 60% Na2S. Количество же примесей, образующихся в результате окис­ления Na2S Кислородом, проникающим в печь с подсасываемым воздухом, в особенности сульфата натрия, значительно выше (на 5—6% и больше), чем в плаве из механических печей. При этом расходные коэффициенты в пересчете на 1 т 63%-ного плава со­ставляют: 2 т натурального сульфата натрия, 0,7 т кокса, 0,015 т Извести, 300 кет• ч электроэнергии.

Для приготовления брикетов сульфат натрия увлажняют до со­держания 10—-15% Н20. Увлажнение порошкообразного сульфата сопровождается выделением тепла гидратации. При увлажнении всего лишь с 3 до 10% этого тепла достаточно чтобы в адиабати­ческих условиях температура сульфата повысилась на 31,1°. Это вызывает необходимость отводить тепло в процессе увлажне­ния, не допуская перегревания продукта выше точки превращения (32,4°), а практически, поддерживая температуру при гидратации. на уровне 23—28°. При хранении гидратированного сульфата или брикетов летом их также следует предохранять от нагревания окру­жающим теплым воздухом. Охлаждение в процессе гидратации можно осуществлять в аппарате с псевдоожиженным слоем в по­токе воздуха (если требуется — предварительно охлажденного)62. Брикетирование осуществляют на непрерывно действующем валь­цевом прессе. По выходе из пресса брикеты для созревания (упро­чнения) вылеживаются 12—18 ч в системе небольших подвижных бункеров, объединенных в рампы, оборудованные транспортными механизмами.

Разработан способ низкотемпературного восстановления^суль­фата натрия в виде брикетов из шихты, содержащей Na2S04 И спе­кающийся каменный уголь (Na2S04: С не больше 2) или торф (при отношении торфа к сульфату больше 1,6). Наибольшую прочность имеют сульфатно-угольные брикеты с примесью 10% торфа в ка­честве связующей добавки. Восстановление при 750—800° идет без видимого плавления брикетов. Поэтому оно может быть осуществ­лено в непрерывно действующей вращающейся печи, а также в шахтной печи. В опытах на модельной вращающейся печи, при продолжительности процесса 40—50 мин был получен полупродукт, содержавший до 75% Na2S21>63.

При наличии дешевой электроэнергии восстановление сульфата натрия углем можно осуществлять в электрических печах64'65.

В последнее время в промышленность внедряются высокоэф­фективные печи циклонного типа. В них восстановление порошко­образного сульфата натрия, смешанного с тонкоизмельченным ре­акционным углем, происходит при 1400° за короткое время в пленке расплавленной шихты, омываемой быстро движущимся га­зом. Шихта из бункеров вводится струей сжатого воздуха в цик­лонную камеру тангенциально со скоростью 20—25 м/сек. Туда же подается жидкое или газообразное топливо. Воздух для сжигания топлива и поддержания интенсивного вращательного движения вводится тангенциально со скоростью 100—120 м/сек. За 10 мин Степень восстановления сульфата достигает 95—97%. Съем плава с 1 м3 объема циклонной печи значительно выше, чем в механиче­ской и шахтной печах, а циклонный эффект в сочетании с жидкой пленкой расплава дает высвкую степень улавливания пыли в са­мой печи. Испытание циклона с водяным охлаждением стенок по­казало, что стойкость гарниссажа (слоя плава, застывшего на стенках) настолько велика, что, вероятно, возможно будет обой­тись без специальной футеровки печи. Так как циклонная печь работает непрерывно, то облегчается проведение в непрерывно дей­ствующей аппаратуре последующих операций переработки плава. Плав стекает по стенке камеры через диафрагму в копильник, где завершается восстановление («дозревание») и откуда он непре­рывно удаляется через летку вв>87.