Nātrija cianīda ražošanas process un tehnoloģiskais progress

Nātrija cianīds (NaCN) ir svarīga ķīmiskā pamata izejviela, ko plaši izmanto tādās jomās kā zelta raktuvju ieguve, galvanizācija un farmaceitisko starpproduktu sintēze. Tās Ražošanas process ir piedzīvojusi vairāk nekā simts gadu tehnoloģiskas iterācijas, un šobrīd ir izveidojusies industriālā sistēma, kurā dominē sintēzes metode. Šajā rakstā tiks sistemātiski sakārtoti galvenie ražošanas procesi Nātrija cianīds un to tehnoloģisko progresu, un apspriest turpmākās attīstības virzienus.

I. Nātrija cianīda ražošanas procesu attīstība

1. Agrīnie procesi (19. gadsimta beigas–20. gadsimta vidus)

Pirmajās dienās ražošana no nātrija cianīds galvenokārt balstījās uz dabas resursu ieguvi. Piemēram, 1887. gadā izgudrotais "cianidēšanas process zelta ieguvei" tika iegūts cianīdi apstrādājot cianīdu saturošus augus (piemēram, rūgtās mandeles). Tomēr šī metode bija neefektīva, dārga un grūti apmierināt industrializācijas vajadzības. 20. gadsimta sākumā vācu ķīmiķis Frīdrihs Kālbaums izstrādāja cianīda kausēšanas metodi, kas sagatavoja Nātrija cianīds reaģējot kalcija cianīdam ar nātrija karbonātu. Pateicoties zemajām izejvielu izmaksām un procesa vienkāršībai, šis process pirmajās dienās kļuva par galveno tehnoloģiju.

2. Sintēzes metodes attīstība (no 20. gadsimta vidus līdz mūsdienām)

Attīstoties naftas ķīmijas rūpniecībai, sintēzes metode pakāpeniski ir aizstājusi tradicionālos procesus. Pašlaik vairāk nekā 90% nātrija cianīda visā pasaulē tiek ražoti, izmantojot šādus trīs sintēzes procesus:

• Andrusova process

Izmantojot metānu, amonjaku un skābekli kā izejvielas, platīna-rodija sakausējuma katalizatora iedarbībā notiek oksidācijas reakcija:

Izveidoto ūdeņraža cianīda (HCN) gāzi absorbē nātrija hidroksīds, lai iegūtu nātrija cianīda šķīdumu. Šim procesam ir zemu izmaksu izejvielu priekšrocības un ātrs reakcijas ātrums, bet augstā temperatūra (1000 - 1200°C) un dārgmetālu katalizatoru izmantošana rada augstas izmaksas.

• Vieglās eļļas pirolīzes metode

Izmantojot vieglo eļļu (piemēram, ligroīnu) kā izejvielu, HCN tiek iegūts pirolīzē augstā temperatūrā (1400–1500 °C), un turpmākā apstrāde ir līdzīga Andrusova procesa apstrādei. Šis process ir piemērots liela mēroga ražošanai, taču tam ir ārkārtīgi augsts enerģijas patēriņš un kā blakusprodukts rada lielu daudzumu ogļu.

• Metanola amonjaka oksidēšanas metode

Izmantojot kā izejvielas metanolu, amonjaku un gaisu, HCN tiek ģenerēts katalizatora (piemēram, V2O5-MoO3) iedarbībā:

Šim procesam ir zemas izejvielu izmaksas un viegli reakcijas apstākļi (400 - 500°C), un tas pakāpeniski ir kļuvis par vēlamo izvēli jaunbūvējamām ražošanas jaudām.

II. Tehnoloģiskā progresa un inovāciju virzieni

1. Zaļo procesu attīstība

Tradicionālajiem procesiem ir problēmas ar lielu enerģijas patēriņu un augstu piesārņojumu. Pēdējos gados pētnieki ir izpētījuši šādas zaļās tehnoloģijas:

• Biosintēzes metode

Mikroorganismu (piemēram, Pseudomonas) izmantošana, lai katalizētu nitrila savienojumu hidrolīzi, lai radītu Cianīdi, bet tas joprojām ir laboratorijas stadijā.

• Elektroķīmiskā sintēze

Nātrija cianīda otrreizēja pārstrāde, elektrolizējot cianīdu saturošus notekūdeņus, lai panāktu resursu pārstrādi, taču pašreizējā efektivitāte un izmaksas ir jāturpina optimizēt.

2. Inteliģentas kontroles un drošības tehnoloģijas

Nātrija cianīda ražošanā tiek izmantotas ļoti toksiskas vielas, un drošības kontrole ir ļoti svarīga. Mūsdienu rūpnīcas parasti izmanto dalītās vadības sistēmu (DCS), lai panāktu pilnībā automatizētu visa procesa uzraudzību, un ievieš tiešsaistes spektrālās analīzes tehnoloģiju, lai uzraudzītu HCN koncentrāciju reāllaikā, samazinot noplūdes risku.

3. Aprites ekonomikas modelis

Uzlabot resursu izmantošanu, izmantojot kopražošanas tehnoloģijas. Piemēram, oglekļa dioksīdu, kas tiek iegūts Andrusova procesā, var izmantot urīnvielas ražošanai, un oglekļa dioksīdu, kas iegūts Vieglās eļļas pirolīzes metode var izmantot kā gumijas pastiprināšanas līdzekli, veidojot slēgta cikla rūpniecisko ķēdi "resursi - produkti - atkritumi - pārstrādāti resursi".

III. Izaicinājumi un nākotnes tendences

1. Izejvielu izmaksu svārstības

Andrusova process un metanola metode balstās uz dabasgāzi (metānu) un oglēm (kā metanola izejvielu). Starptautisko enerģijas cenu svārstības tieši ietekmē ražošanas izmaksas. Nefosilo izejvielu ceļu izstrāde (piemēram, no biomasas līdz metanolam) ir aktuāls pētniecības temats nākotnē.

2. Pieaugošais vides aizsardzības spiediens

Pastiprinoties globālajiem vides aizsardzības noteikumiem, nātrija cianīda ražošanai vēl vairāk jāsamazina slāpekļa oksīdu (NOx) un cianīdu saturošu notekūdeņu emisijas. Dažās rūpnīcās ir izmēģināta membrānas atdalīšanas tehnoloģija, katalītiskās oksidācijas denitrifikācija un citi procesi.

3. Augstākās klases lietojumprogrammu paplašināšana

Pieprasījums pēc augstas tīrības pakāpes nātrija cianīda (tīrības pakāpe ≥ 99.9%) katoda materiālu prekursoru sintēzē litija jonu akumulatoriem strauji pieaug, veicinot ražošanas procesa modernizāciju uz pilnveidošanu un augstu tīrības pakāpi.

Secinājumi

Nātrija cianīda ražošanas procesu attīstība vienmēr ir attīstījusies ap trim galvenajiem mērķiem "drošība, efektivitāte un zaļums". Nākotnē līdz ar sasniegumiem jaunajās enerģētikas un vides aizsardzības tehnoloģijās, kā arī dziļi integrējot digitālo ražošanu, nātrija cianīda nozare turpinās optimizēt mazāka enerģijas patēriņa, mazāka piesārņojuma un augstākas pievienotās vērtības virzienā.