Введение

Промышленные методы получения сульфида натрия предусматривают использование как природного сырья, так и попутных или побочных продуктов химический производств.

Сульфид натрия производят следующими способами:

)восстановление сульфата натрия твёрдыми углеродистыми материалами;

) восстановление сульфата натрия газообразными восстановителями;

) абсорбция сероводорода гидроксида натрия;

)электролитический (амальгамный) способ;

)обменное разложение сульфида бария сульфатом, карбонатом и гидроксидом натрия.

Но основным способом получения сульфида натрия является термическое восстановление сульфида натрия твёрдыми углеродистыми материалами.

На протяжении всего времени существования производства сульфида натрия, менялось только его аппаратурное оформление. Вначале это были подовые печи, затем вращающиеся барабанные и, наконец, шахтные печи непрерывного действия. Практика работы шахтный печей выявила ряд её существенных преимуществ: высокая интенсивность, высокий коэффициент использования тепла, возможность работы печи на влажном сырье, а главное непрерывность процесса.

Достигнутый на практике выход сульфида натрия по отношению к израсходованному сульфату натрия составляет 60-75% от теоретического.

1. Физические свойства сульфида натрия Na2S

сульфид натрий абсорбция электролитический

Na2S - сульфид натрия, безкислородная соль, белого цвета, очень гигроскопична, плотность 1,856 г/см3, tпл =1180 °С, tкип = 1300 оС. Молекулярная масса сульфида натрия М=78,01. Растворимость в воде (%): 13,6 (20 °С), 45,0 (97,5 °С). При температуре ниже 48оС из водного раствора кристаллизуется кристаллогидрат Na2S·9H2O, выше 48оС - Na2S·6H2O.

В воде сульфид натрия гидролизуется: Na2S + H2O = NaOH + NaHS.

Сульфид натрия при взаимодействии с кислотами выделяет сероводород, легко окисляется кислородом воздуха до тиосульфата, а затем до сульфита и сульфата натрия, а также образует политионовые кислоты. Он раствори в низших спиртах (метанол, эталон), что используется на практике для получения чистого сульфида натрия.

Na2S является сильным восстановителем: разбавленная азотная кислота окисляет сульфид натрия до серы S, концентрированная HNO3 - до Na2SO4 (сульфат натрия). Сульфид натрия взаимодействует с галогенводородными кислотами и разбавленной H2SO4 с выделением H2S и гидроксида натрия.

. Получение сульфида натрия восстановлением сульфата натрия коксом

Теоретические основы

При нагревании смеси сульфата натрия с коксом до 950-1200 °С протекают следующие суммарные реакции:

2S04 + 2С = Na2S + 2СО2(а)

Na2S04 + 4C = Na2S+4CO(б)

Na2S04 + 4CO = Na2S + 4CО2(в)

Значительное количество сульфида натрия образуется по реакции (а). Одновременно с основным химическим процессом идут побочные, в результате которых в плаве присутствуют примеси карбоната Na2CО3, тиосульфата Na2SО3 и силиката натрия Na2SiO3 и другие соли. Побочные реакции приводят к расходованию сырья и загрязнения продуктов балластными солями.

Степень восстановления сульфата натрия зависит от поверхности соприкосновения фаз, соотношения сульфата натрия и угля и содержания примесей в шихте, от температуры и т. д.

Для увеличения поверхности соприкосновения реагирующих фаз шихту составляют из брикетов сульфата натрия и кусочков кокса. Однако в производственных условиях интенсивное восстановление начинается лишь после появления жидкой фазы сульфата натрия, смачивающей поверхность частиц кокса.

Кокс вводят в шихту в избытке, так как часть его в печи выгорает и не участвует в процессе восстановления. Избыток кокса увеличивает вязкость плава, уменьшает его теплопроводность, и, в конечном итоге, снижает производительность печи. Оптимальное соотношение Na2SО4 и кокса устанавливают опытным путем в заводских условиях.

Процесс получения плава сульфида натрия можно разбить на три основные периода: плавление, "кипение" и созревание.

В первый период шихта прогревается и сульфат натрия плавится. Чистый сульфат натрия плавится при 890°С, но при наличии в шихте примесей сульфида натрия, сульфатов и сульфидов щелочных и щелочноземельных металлов температура плавления сульфата натрия понижается. В период плавления сульфата натрия скорость его восстановления, постепенно растет. Образование Na2S сопровождается выделением газообразного оксида углерода (IV).

Второй период восстановления характеризуется бурным выделением газа, плав как бы "кипит". Оптимальная температура процесса 950°С. Этот период соответствует наибольшей скорости восстановления сульфата натрия. Образующийся сульфид растворяется в расплаве, образуя жидкий раствор с сульфатом натрия. Когда концентрация Na2S в растворе достигает 70%, раствор становится насыщенным. Образующийся далее Na2S уже не растворяется, а будет находиться в твердом состоянии. Раствор начинает густеть.