Neueste Produktionsverfahren für Natriumcyanid

1. Einleitung

Natriumcyanid (NaCN) ist eine wichtige chemische Verbindung , die in verschiedenen Industriezweigen wie dem Goldabbau, der Galvanotechnik und der chemischen Synthese weit verbreitet ist. Die Herstellungsverfahren für Natriumcyanid werden kontinuierlich weiterentwickelt, um die Effizienz zu steigern, die Kosten zu senken und die Umweltverträglichkeit zu verbessern. Dieser Artikel stellt einige der neuesten Herstellungsverfahren für Natriumcyanid vor.

2. Ammoniak-Natrium-Methode

2.1 Verfahrensprinzip

Beim Ammoniak-Natrium-Verfahren werden zunächst metallisches Natrium und Petrolkoks in einem bestimmten Verhältnis in einen Reaktor gegeben. Anschließend wird die Temperatur auf 650 °C erhöht und Ammoniakgas eingeleitet. Bei weiterer Temperaturerhöhung auf 800 °C findet über einen Zeitraum von 7 Stunden eine Reaktion statt, in der das metallische Natrium vollständig in Natriumcyanid umgewandelt wird . Danach werden die Reaktionsmischungen bei 650 °C filtriert, um überschüssigen Petrolkoks zu entfernen. Das geschmolzene Produkt wird anschließend entnommen und in die gewünschte Form gegossen, um Natriumcyanidprodukte zu erhalten.

2.2 Vorteile und Nachteile

• Vorteile : Dieses Verfahren basiert auf einem relativ einfachen Reaktionsprinzip, und die Rohstoffe Natrium und Ammoniak sind in der chemischen Industrie relativ häufig anzutreffen.

• Nachteile : Die hohen Reaktionsbedingungen erfordern einen hohen Energieaufwand. Zudem birgt die Verwendung von metallischem Natrium aufgrund seiner hohen Reaktivität gewisse Sicherheitsrisiken.

3. Cyanidschmelzmethode

3.1 Verfahrensprinzip

Cyanidschmelze und Bleioxid werden einem Extraktionstank zugegeben. Das typische Verhältnis von Cyanidschmelze zu Bleioxid beträgt (500–700):1. Die Zugabe von Bleioxid unterstützt die Entschwefelung durch Bildung eines Bleisulfidniederschlags. Die Extraktionsflüssigkeit wird anschließend abgesetzt. Die resultierende klare Flüssigkeit enthält 80–90 g/l NaCN. In einem Generator reagiert diese Flüssigkeit mit konzentrierter Schwefelsäure zu Blausäuregas. Nach der Kondensation zur Entfernung von Wasser gelangt das Blausäuregas in einen Absorptionsreaktor und reagiert mit flüssiger Lauge (Natriumhydroxidlösung) zu Natriumcyanid.

3.2 Vorteile und Nachteile

• Vorteile : Durch die Zugabe von Bleioxid können Schwefelverunreinigungen effektiv entfernt werden, was sich positiv auf die Qualität des Endprodukts auswirkt.

• Nachteile : Die Verwendung von Bleioxid kann zu Umweltverschmutzungsproblemen im Zusammenhang mit Blei führen. Darüber hinaus umfasst das Verfahren mehrere Schritte wie Extraktion, Reaktion und Absorption, was die Komplexität des Betriebs erhöht.

4. Andrussow-Verfahren (Anshig-Methode)

4.1 Verfahrensprinzip

Das Andrussow-Verfahren nutzt Erdgas, Ammoniak und Luft als Rohstoffe. Zunächst wird das Erdgas in einem Wasserwaschturm gewaschen, um anorganischen und einen Teil des organischen Schwefels zu entfernen. Nach der Filtration sollte das gereinigte Erdgas einen Schwefelgehalt von ≤ 1 mg/m³ und einen Gehalt an Kohlenwasserstoffen oberhalb von C₂ von unter 2 % aufweisen. Flüssiges Ammoniak wird in einem Verdampfer verdampft, und die Luft wird gefiltert. Anschließend werden die drei Rohstoffe in einem Mischer im Verhältnis Ammoniak:Methan:Luft = 1:(1.15–1.17):(6.70–6.80) vermischt. Das Gasgemisch gelangt in einen Oxidationsreaktor mit einer Platin-Rhodium-Legierung als Katalysator. Bei einer Temperatur von 1070–1120 °C findet eine Reaktion statt, die ein Gasgemisch mit 8.5 % Cyanwasserstoff erzeugt.

Das Gas wird gekühlt und gelangt anschließend in einen Ammoniak-Absorptionsturm, wo Restammoniak von Schwefelsäure absorbiert wird. Anschließend wird es mit Wasser gekühlt, und Blausäure wird von Niedertemperaturwasser absorbiert. Das Restgas wird nach der Wäsche in einem alkalischen Waschturm abgelassen. Die vom Wasser absorbierte Blausäurelösung wird einem Wärmeaustausch unterzogen und gelangt anschließend in einen Desorptionsturm. Am oberen Ende des Desorptionsturms wird Blausäure mit einer Reinheit von 98 % gewonnen. Diese Blausäure reagiert anschließend mit einer alkalischen Lösung zu einer Natriumcyanidlösung, die durch Verdampfung, Kristallisation, Trocknung und Formgebung weiterverarbeitet wird, um das endgültige Natriumcyanidprodukt zu erhalten.

4.2 Vorteile und Nachteile

• Vorteile : In Regionen mit reichen Erdgasvorkommen sind die Rohstoffkosten relativ niedrig. Das Verfahren ist in industriellen Anwendungen relativ ausgereift, und die Produktionsmenge kann relativ groß sein.

• Nachteile : In Gebieten mit geringen Erdgasvorkommen, die von Faktoren wie Erdgasknappheit, politischen Rahmenbedingungen und Preisen beeinflusst werden, können die Produktionskosten erheblich schwanken. Die hohen Reaktionstemperaturen erfordern hitzebeständige Anlagen und einen hohen Energieaufwand.

5. Flammenprozess

5.1 Verfahrensprinzip

Als Rohstoffe werden Erdgas, Sauerstoff und Ammoniak verwendet. Diese drei Gase werden separat gefiltert, um Verunreinigungen zu entfernen, und gelangen anschließend, stabilisiert und dosiert, in einen Mischer. Ein Teil des Sauerstoffs wird als Hauptsauerstoff in den Mischer geleitet, der andere Teil wird zur Zündung direkt in die Düse eingespeist. Die drei Rohstoffe werden in einem bestimmten Verhältnis kombiniert und durchlaufen eine Verbrennungsreaktion zur Synthese von Blausäure bei einer Temperatur von 1500 °C.

Das Reaktionsgas wird durch Sprühwasser abgeschreckt und anschließend in einem Kühler abgekühlt. Anschließend gelangt es in einen Ammoniak-Absorptionsturm, wo das im Reaktionsgas enthaltene Ammoniak von 15–20 %iger Schwefelsäure absorbiert wird und Ammoniumsulfat gewonnen werden kann. Das Cyanwasserstoff enthaltende Reaktionsgas wird mit Wasser gekühlt und anschließend von Niedertemperaturwasser absorbiert, um eine 1.5 %ige Cyanwasserstofflösung zu bilden. Diese Lösung wird in einem Destillationsturm destilliert, um Cyanwasserstoff mit einem Gehalt von 98–99 % zu erhalten. Abschließend wird es von einer alkalischen Lösung absorbiert, und nach Verdampfung, Kristallisation, Trocknung und Formgebung wird das Natriumcyanidprodukt erhalten.

5.2 Vorteile und Nachteile

• Vorteile : Mit diesem Verfahren lässt sich Cyanwasserstoff in relativ hoher Reinheit herstellen. Die Gewinnung von Ammoniumsulfat als Nebenprodukt kann gewisse wirtschaftliche Vorteile mit sich bringen.

• Nachteile : Die Hochtemperatur-Verbrennungsreaktion erfordert einen hohen Energieaufwand. Der Prozess umfasst zudem komplexe Vorgänge wie Gasmischung, Verbrennung, Abschreckung und Absorption, die eine präzise Prozesssteuerung notwendig machen.

6. Leichtölpyrolyseverfahren

6.1 Verfahrensprinzip

Leichtöl und Ammoniak werden in einem Zerstäuber in einem bestimmten Verhältnis gemischt und auf 280 °C vorgeheizt. Anschließend gelangt die Mischung in einen Lichtbogenofen zur Pyrolysereaktion. Petrolkoks dient als Trägergas, Stickstoff als Schutzgas, um Oxidation in einem geschlossenen Raum zu verhindern. Bei einer Temperatur von 1450 °C entsteht Blausäuregas. Das Gas wird anschließend entstaubt, gekühlt und durch weitere Schritte wie Ammoniakentfernung, Wasserwäsche, Absorption und Destillation zu reinem Blausäuregas weiterverarbeitet. Schließlich reagiert Blausäure mit einer alkalischen Lösung (Natriumhydroxid) zu Natriumcyanid.

6.2 Vorteile und Nachteile

• Vorteile : Die Prozesstechnologie ist relativ ausgereift. Sie kann Leichtöl verwenden, einen relativ gängigen Rohstoff in der petrochemischen Industrie.

• Nachteile : Die Entschwefelung und die Entfernung von Cyanwasserstoff-Verunreinigungen sind schwierig. Das Produkt hat einen hohen Energieverbrauch, und die Behandlung der drei Abfallarten (Abgas, Abwasser und Abfallreste) ist aufwendig. Die Produktionskosten sind relativ hoch.

7. Acrylnitril-Nebenproduktmethode

7.1 Verfahrensprinzip

Bei der Herstellung von Acrylnitril durch Ammonoxidation von Propylen entsteht Blausäuregas als Nebenprodukt (die Menge entspricht 4–10 % der Acrylnitrilproduktion). Das Blausäuregas wird von einer alkalischen Lösung absorbiert. Nach Verdampfung, Konzentration, Trennung und Trocknung erhält man Natriumcyanid.

7.2 Vorteile und Nachteile

• Vorteile : Es handelt sich um ein Nebenproduktverwertungsverfahren, das Ressourcen optimal nutzt und die Produktionskosten bis zu einem gewissen Grad senken kann.

• Nachteile : Die Natriumcyanidproduktion ist durch den Produktionsumfang von Acrylnitril begrenzt. Die Qualität des Nebenprodukts Cyanwasserstoff kann durch den Hauptproduktionsprozess von Acrylnitril beeinträchtigt werden, der strenge Kontrollen und Reinigungsmaßnahmen erfordert.

8. Methanol-Ammoxidationsverfahren

8.1 Verfahrensprinzip

Die Luft wird durch einen Filter und einen Vorwärmer geleitet und gelangt anschließend in einen Reaktionsofen. Flüssiges Ammoniak wird verdampft und Methanol verdampft. Beides gelangt in einen Mischvorwärmer und reagiert anschließend mit Luft im Reaktionsofen. Unter der Einwirkung eines Katalysators, der hauptsächlich aus Fe-Mo-Oxid besteht, entsteht Blausäure. Das Blausäuregas gelangt in einen Ammoniak-Destillationsturm, um Ammoniak zu entfernen und Blausäure zu gewinnen. Abschließend wird es von einer alkalischen Lösung absorbiert, um Natriumcyanid herzustellen.

8.2 Vorteile und Nachteile

• Vorteile : Die Verwendung von Methanol und Ammoniak als Rohstoffe ist relativ üblich, und der Katalysator kann bis zu einem gewissen Grad recycelt und wiederverwendet werden. Das Verfahren kann an die Produktionsanforderungen angepasst werden.

• Nachteile : Der Katalysator reagiert empfindlich auf die Reaktionsbedingungen. Bereits kleine Änderungen der Temperatur, des Drucks und des Rohstoffverhältnisses können die Aktivität und Selektivität des Katalysators beeinflussen und somit die Ausbeute und Qualität des Produkts beeinträchtigen.

9. Fazit

Die Produktionsverfahren für Natriumcyanid weisen jeweils eigene Merkmale auf. Die Wahl des Produktionsverfahrens hängt von verschiedenen Faktoren wie Rohstoffverfügbarkeit, Kosten, Umweltanforderungen und Produktionsumfang ab. Mit der kontinuierlichen technologischen Weiterentwicklung könnten künftig neue Produktionsverfahren entstehen, die die Effizienz und Umweltverträglichkeit der Natriumcyanidproduktion weiter verbessern. Da die Nachfrage nach Natriumcyanid in verschiedenen Branchen stetig steigt, spielen Optimierung und Innovation der Produktionsprozesse eine entscheidende Rolle, um den Marktbedarf zu decken und gleichzeitig eine nachhaltige Entwicklung zu gewährleisten.