Najnoviji proizvodni procesi natrijevog cijanida

1. Uvod

Natrijev cijanid (NaCN) je ključni kemijski spoj koji se široko koristi u raznim industrijama, poput rudarstva zlata, galvanizacije i kemijske sinteze. Proizvodni procesi natrijevog cijanida kontinuirano se razvijaju kako bi se poboljšala učinkovitost, smanjili troškovi i povećala ekološka prihvatljivost. Ovaj članak će predstaviti nekoliko najnovijih proizvodnih procesa natrijevog cijanida.

2. Metoda amonijaka i natrija

2.1 Princip procesa

U metodi amonijak-natrij, metalni natrij i naftni koks se prvo dodaju u reaktor u određenom omjeru. Temperatura se zatim povisi na 650 °C i uvodi se plinoviti amonijak. Kako se temperatura dalje povećava na 800 °C, reakcija se odvija tijekom 7 sati, tijekom kojih se metalni natrij potpuno pretvara u natrijev cijanid . Nakon toga, reaktanti se filtriraju na temperaturi od 650 °C kako bi se uklonio višak naftnog koksa. Rastaljeni produkt se zatim prazni i lijeva u željeni oblik kako bi se dobili proizvodi natrijevog cijanida.

2.2 Prednosti i nedostaci

• Prednosti : Ovaj proces ima relativno jednostavan princip reakcije, a sirovine natrij i amonijak relativno su uobičajene u kemijskoj industriji.

• Nedostaci : Reakcijski uvjeti na visokim temperaturama zahtijevaju veliku potrošnju energije. Također, upotreba metalnog natrija predstavlja određene sigurnosne rizike zbog njegove visoke reaktivnosti.

3. Metoda taljenja cijanida

3.1 Princip procesa

Talina cijanida i olovni oksid dodaju se u spremnik za ekstrakciju. Tipičan omjer taline cijanida i olovnog oksida je (500 - 700):1. Dodatak olovnog oksida pomaže u odsumporavanju stvaranjem taloga olovnog sulfida. Ekstrakcijska tekućina se zatim pusti da se slegne, a dobivena bistra tekućina sadrži 80 - 90 g/L NaCN-a. U generatoru ova tekućina reagira s koncentriranom sumpornom kiselinom stvarajući plinoviti cijanovodik. Nakon kondenzacije radi uklanjanja vode, plinoviti cijanovodik ulazi u apsorpcijski reaktor i reagira s tekućom lužinom (otopinom natrijevog hidroksida) stvarajući natrijev cijanid.

3.2 Prednosti i nedostaci

• Prednosti : Ovaj postupak može učinkovito ukloniti nečistoće sumpora dodavanjem olovnog oksida, što je korisno za poboljšanje kvalitete konačnog proizvoda.

• Nedostaci : Korištenje olovnog oksida može dovesti do problema onečišćenja okoliša povezanih s olovom. Osim toga, proces uključuje više koraka poput ekstrakcije, reakcije i apsorpcije, što povećava složenost rada.

4. Andrussowljev proces (Anshigova metoda)

4.1 Princip procesa

Andrussow proces koristi prirodni plin, amonijak i zrak kao sirovine. Prvo se prirodni plin pere u tornju za pranje vodom kako bi se uklonio anorganski sumpor i dio organskog sumpora. Nakon filtracije, rafinirani prirodni plin trebao bi imati sadržaj sumpora ≤1 mg/m³, a sadržaj ugljikovodika iznad C₂ trebao bi biti manji od 2%. Tekući amonijak isparava se u isparivaču, a zrak se filtrira kroz filter. Tri sirovine se zatim miješaju u miješalici u omjeru amonijak:metan:zrak = 1:(1.15 - 1.17):(6.70 - 6.80). Mješani plin ulazi u oksidacijski reaktor s legurom platine i rodija kao katalizatorom. Na temperaturi od 1070 - 1120 °C dolazi do reakcije koja stvara mješavinu plina koja sadrži 8.5% cijanovodikovog dioksida.

Plin se hladi i zatim ulazi u toranj za apsorpciju amonijaka, gdje se preostali amonijak apsorbira sumpornom kiselinom. Nakon toga se hladi vodom, a cijanovodik se apsorbira vodom niske temperature. Otpadni plin se ispušta nakon pranja u tornju za pranje lužinom. Otopina cijanovodik koju je apsorbirala voda podvrgava se izmjeni topline, a zatim ulazi u desorpcijski toranj. Na vrhu desorpcijskog tornja dobiva se cijanovodik čistoće od 98%. Ovaj cijanovodik zatim reagira s otopinom lužine i tvori otopinu natrijevog cijanida, koja se dalje obrađuje isparavanjem, kristalizacijom, sušenjem i oblikovanjem kako bi se dobio konačni proizvod natrijevog cijanida.

4.2 Prednosti i nedostaci

• Prednosti : U regijama s bogatim resursima prirodnog plina, cijena sirovina je relativno niska. Proces je relativno zreo u industrijskim primjenama, a opseg proizvodnje može biti relativno velik.

• Nedostaci : U područjima kojima nedostaju resursi prirodnog plina, a na koja utječu čimbenici poput nestašice prirodnog plina, politika i cijena, troškovi proizvodnje mogu značajno varirati. Reakcijski uvjeti na visokim temperaturama zahtijevaju opremu otpornu na visoke temperature i troše veliku količinu energije.

5. Proces plamena

5.1 Princip procesa

Prirodni plin, kisik i amonijak koriste se kao sirovine. Ova tri plina se odvojeno filtriraju kako bi se uklonile nečistoće, a zatim ulaze u miješalicu nakon stabilizacije i mjerenja. Dio kisika koristi se kao glavni kisik za ulazak u miješalicu, a drugi dio se izravno dovodi u mlaznicu za paljenje. Tri sirovine se kombiniraju u određenom omjeru i prolaze kroz reakciju izgaranja kako bi se sintetizirao vodikov cijanid na temperaturi od 1500 °C.

Reakcijski plin se gasi prskanjem vode, a zatim hladi u hladnjaku. Nakon toga ulazi u toranj za apsorpciju amonijaka, gdje se preostali amonijak u reakcijskom plinu apsorbira pomoću 15% - 20%-tne sumporne kiseline, a amonijev sulfat se može dobiti. Reakcijski plin koji sadrži vodikov cijanid hladi se vodom, a zatim apsorbira vodom niske temperature kako bi se formirala 1.5%-tna otopina vodikovog cijanida. Ova otopina se destilira u destilacijskom tornju kako bi se dobio vodikov cijanid s udjelom od 98% - 99%. Konačno, apsorbira se lužnatom otopinom, a nakon isparavanja, kristalizacije, sušenja i oblikovanja dobiva se produkt natrijevog cijanida.

5.2 Prednosti i nedostaci

• Prednosti : Ovim postupkom može se postići proizvodnja vodikovog cijanida relativno visoke čistoće. Oporaba amonijevog sulfata kao nusproizvoda može donijeti određene ekonomske koristi.

• Nedostaci : Reakcija izgaranja na visokoj temperaturi zahtijeva veliku količinu unosa energije. Proces također uključuje složene operacije poput miješanja plinova, izgaranja, gašenja i apsorpcije, što zahtijeva visoku razinu kontrole procesa.

6. Metoda pirolize lakog ulja

6.1 Princip procesa

Lako ulje i amonijak miješaju se u atomizeru u određenom omjeru i prethodno zagrijavaju na 280 °C. Smjesa zatim ulazi u elektrolučnu peć za reakciju pirolize. Naftni koks se koristi kao nosač, a dušik kao zaštitni plin za sprječavanje oksidacije u zatvorenom okruženju. Na temperaturi od 1450 °C dolazi do reakcije stvaranja cijanovodikovog plina. Plin se zatim uklanja prašinom, hladi i dalje obrađuje kroz korake kao što su uklanjanje amonijaka, pranje vodom, apsorpcija i destilacija kako bi se dobio čisti cijanovodik. Konačno, cijanovodik reagira s lužnatom otopinom (natrijevim hidroksidom) i tvori natrijev cijanid.

6.2 Prednosti i nedostaci

• Prednosti : Tehnologija procesa je relativno zrela. Može koristiti laku naftu, relativno uobičajenu sirovinu u petrokemijskoj industriji.

• Nedostaci : Postoje poteškoće u odsumporavanju i uklanjanju nečistoća vodikovog cijanida. Proizvod ima visoku potrošnju energije, a obrada "tri vrste otpada" (otpadni plin, otpadna voda i ostaci otpada) je teška. Troškovi proizvodnje su relativno visoki.

7. Metoda nusproizvoda akrilonitrila

7.1 Princip procesa

U procesu proizvodnje akrilonitrila amoksidacijom propilena, kao nusprodukt nastaje plinoviti vodikov cijanid (količina je ekvivalentna 4% - 10% proizvodnje akrilonitrila). Plin koji sadrži vodikov cijanid apsorbira se lužnatom otopinom. Nakon isparavanja, koncentriranja, odvajanja i sušenja dobiva se natrijev cijanid.

7.2 Prednosti i nedostaci

• Prednosti : Ovo je proces iskorištavanja nusproizvoda koji može u potpunosti iskoristiti resurse i do određene mjere smanjiti troškove proizvodnje.

• Nedostaci : Proizvodnja natrijevog cijanida ograničena je opsegom proizvodnje akrilonitrila. Na kvalitetu nusproizvoda vodikovog cijanida može utjecati glavni proizvodni proces akrilonitrila, koji zahtijeva strogu kontrolu i pročišćavanje.

8. Metoda amoksidacije metanolom

8.1 Princip procesa

Zrak prolazi kroz filter i predgrijač, a zatim ulazi u reakcijsku peć. Tekući amonijak isparava, a metanol isparava. Ulaze u miješajući predgrijač, a zatim reagiraju sa zrakom u reakcijskoj peći. Pod djelovanjem katalizatora koji se uglavnom sastoji od Fe-Mo oksida, reakcija stvara vodikov cijanid. Plinoviti vodikov cijanid ulazi u toranj za uklanjanje amonijaka radi uklanjanja amonijaka, a zatim se dobiva vodikov cijanid. Konačno, apsorbira se lužnatom otopinom za pripremu natrijevog cijanida.

8.2 Prednosti i nedostaci

• Prednosti : Upotreba metanola i amonijaka kao sirovina relativno je uobičajena, a katalizator se može reciklirati i ponovno upotrijebiti do određene mjere. Proces se može prilagoditi prema potrebama proizvodnje.

• Nedostaci : Katalizator je osjetljiv na reakcijske uvjete, a male promjene temperature, tlaka i omjera sirovina mogu utjecati na aktivnost i selektivnost katalizatora, što utječe na prinos i kvalitetu produkta.

9. Zaključak

Proizvodni procesi natrijevog cijanida imaju svoje karakteristike. Izbor proizvodnog procesa ovisi o raznim čimbenicima kao što su dostupnost sirovina, troškovi, ekološki zahtjevi i opseg proizvodnje. S kontinuiranim razvojem tehnologije, u budućnosti se mogu pojaviti novi proizvodni procesi s ciljem daljnjeg poboljšanja učinkovitosti i ekoloških performansi proizvodnje natrijevog cijanida. Kako potražnja za natrijevim cijanidom u različitim industrijama nastavlja rasti, optimizacija i inovacija proizvodnih procesa igrat će ključnu ulogu u zadovoljavanju potreba tržišta uz istovremeno osiguranje održivog razvoja.