Produktionsproces og teknologiske fremskridt for natriumcyanid

Natriumcyanid (NaCN) er et vigtigt grundlæggende kemisk råmateriale, som er meget udbredt inden for områder som guldmineudvinding, galvanisering og syntese af farmaceutiske mellemprodukter. Dens Produktions proces har gennemgået mere end hundrede års teknologiske iterationer, og i øjeblikket er et industrielt system domineret af syntesemetoden blevet dannet. Denne artikel vil systematisk sortere de almindelige produktionsprocesser fra Natriumcyanid og deres teknologiske fremskridt, og diskutere de fremtidige udviklingsretninger.

I. Udvikling af natriumcyanidproduktionsprocesser

1. Tidlige processer (slutningen af ​​det 19. århundrede - midten af ​​det 20. århundrede)

I de tidlige dage, produktion af natriumcyanid hovedsagelig baseret på udvinding fra naturressourcer. For eksempel udvindes "cyanideringsprocessen til guldudvinding", der blev opfundet i 1887 cyanider ved forarbejdning af cyanidholdige planter (såsom bitre mandler). Denne metode var imidlertid ineffektiv, dyr og vanskelig at opfylde industrialiseringens behov. I begyndelsen af ​​det 20. århundrede udviklede den tyske kemiker Friedrich Kahlbaum cyanidsmeltemetoden, som forberedte Natriumcyanid ved at omsætte calciumcyanid med natriumcarbonat. På grund af de lave omkostninger til råmaterialer og enkelheden i processen, blev denne proces den almindelige teknologi i de tidlige dage.

2. Fremkomsten af ​​syntesemetoden (midten af ​​det 20. århundrede til i dag)

Med udviklingen af ​​den petrokemiske industri har syntesemetoden gradvist erstattet traditionelle processer. I øjeblikket produceres mere end 90 % af natriumcyanid globalt ved hjælp af følgende tre synteseprocesser:

• Andrussow-processen

Ved at bruge metan, ammoniak og ilt som råmaterialer sker der en oxidationsreaktion under påvirkning af en platin-rhodium-legeringskatalysator:

Den dannede hydrogencyanidgas (HCN) absorberes af natriumhydroxid for at opnå en natriumcyanidopløsning. Denne proces har fordelene ved billige råmaterialer og hurtige reaktionshastigheder, men den høje temperatur (1000 - 1200°C) og brugen af ​​ædelmetalkatalysatorer resulterer i høje omkostninger.

• Metode til let oliepyrolyse

Ved at bruge let olie (såsom naphtha) som råmateriale dannes HCN gennem pyrolyse ved høj temperatur (1400 - 1500°C), og den efterfølgende behandling ligner den i Andrussow-processen. Denne proces er velegnet til produktion i stor skala, men har et ekstremt højt energiforbrug og producerer en stor mængde carbon black som biprodukt.

• Methanol Ammoniak oxidationsmetode

Ved at bruge methanol, ammoniak og luft som råmaterialer dannes HCN under påvirkning af en katalysator (såsom V₂O₅-MoO₃):

Denne proces har lave råvareomkostninger og milde reaktionsbetingelser (400 - 500°C), og den er efterhånden blevet det foretrukne valg til nybyggede produktionskapaciteter.

II. Teknologiske fremskridt og innovationsretninger

1. Udvikling af grønne processer

Traditionelle processer har problemer med højt energiforbrug og høj forurening. I de senere år har forskere udforsket følgende grønne teknologier:

• Biosyntesemetode

Brug af mikroorganismer (såsom Pseudomonas) til at katalysere hydrolysen af ​​nitrilforbindelser for at generere cyanider, men det er stadig i laboratoriestadiet.

• Elektrokemisk syntese

Genanvendelse af natriumcyanid ved at elektrolysere cyanidholdigt spildevand for at opnå ressourcegenanvendelse, men den nuværende effektivitet og omkostninger skal optimeres yderligere.

2. Intelligente kontrol- og sikkerhedsteknologier

Produktionen af ​​natriumcyanid involverer meget giftige stoffer, og sikkerhedskontrol er af afgørende betydning. Moderne fabrikker bruger generelt et distribueret kontrolsystem (DCS) til at opnå fuldautomatisk overvågning af hele processen og introducerer online spektralanalyseteknologi til at overvåge HCN-koncentrationen i realtid, hvilket reducerer risikoen for lækage.

3. Cirkulær økonomimodel

Forbedre ressourceudnyttelsen gennem samproduktionsteknologier. For eksempel kan kuldioxiden, der er biproduceret i Andrussow-processen, bruges til fremstilling af urinstof, og kulsorten, der produceres i Metode til let oliepyrolyse kan bruges som gummiforstærkningsmiddel, der danner en industriel kæde med lukket kredsløb af "ressourcer - produkter - affald - genbrugte ressourcer".

III. Udfordringer og fremtidige tendenser

1. Udsving i råvareomkostninger

Andrussow-processen og methanolmetoden er afhængig af naturgas (methan) og kul (som råmateriale til methanol). Udsving i internationale energipriser påvirker produktionsomkostningerne direkte. Udvikling af ikke-fossile råstofruter (såsom biomasse til methanol) er et varmt forskningsemne i fremtiden.

2. Eskalerende miljøbeskyttelsestryk

Med stramningen af ​​de globale miljøbeskyttelsesregler skal produktionen af ​​natriumcyanid yderligere reducere emissionerne af nitrogenoxider (NOx) og cyanidholdigt spildevand. Membranseparationsteknologi, katalytisk oxidationsdenitrifikation og andre processer er blevet afprøvet på nogle fabrikker.

3. Udvidelse af high-end applikationer

Efterspørgslen efter højrent natriumcyanid (renhed ≥ 99.9%) i syntesen af ​​katodemateriale-prækursorer til lithium-ion-batterier vokser hurtigt, hvilket fremmer opgraderingen af ​​produktionsprocessen mod forfining og høj renhed.

Konklusion

Udviklingen af ​​natriumcyanidproduktionsprocesser har altid udviklet sig omkring de tre hovedmål "sikkerhed, effektivitet og grønhed". I fremtiden, med gennembruddene inden for nye energi- og miljøbeskyttelsesteknologier, samt den dybe integration af digital fremstilling, vil natriumcyanidindustrien fortsætte med at optimere i retning af lavere energiforbrug, mindre forurening og højere værditilvækst.