Proces proizvodnje i tehnološki napredak natrijevog cijanida

Natrijev cijanid (NaCN) važna je osnovna kemijska sirovina koja se naširoko koristi u poljima kao što su vađenje rudnika zlata, galvanizacija i sinteza farmaceutskih međuproizvoda. Njegovo Proces proizvodnje je prošao kroz više od stotinu godina tehnoloških ponavljanja, a trenutno je formiran industrijski sustav kojim dominira metoda sinteze. Ovaj će članak sustavno razvrstati glavne proizvodne procese Natrijev cijanid i njihovom tehnološkom napretku te razgovarati o budućim pravcima razvoja.

I. Evolucija procesa proizvodnje natrijevog cijanida

1. Rani procesi (kasno 19. stoljeće - sredina 20. stoljeća)

U ranim danima, proizvodnja natrijev cijanid uglavnom se oslanjao na crpljenje iz prirodnih resursa. Na primjer, "postupak cijanizacije za ekstrakciju zlata" izumljen 1887. ekstrahirao je cijanidi preradom biljaka koje sadrže cijanid (kao što su gorki bademi). Međutim, ova je metoda bila neučinkovita, skupa i teško je zadovoljila potrebe industrijalizacije. Početkom 20. stoljeća, njemački kemičar Friedrich Kahlbaum razvio je metodu taljenja cijanida, koja je pripremila Natrijev cijanid reakcijom kalcijevog cijanida s natrijevim karbonatom. Zbog niske cijene sirovina i jednostavnosti procesa, ovaj je proces u ranim danima postao glavna tehnologija.

2. Uspon metode sinteze (od sredine 20. stoljeća do danas)

S razvojem petrokemijske industrije, metoda sinteze postupno je zamijenila tradicionalne procese. Trenutno se više od 90% natrijevog cijanida na globalnoj razini proizvodi pomoću sljedeća tri procesa sinteze:

• Andrussowski proces

Koristeći metan, amonijak i kisik kao sirovine, dolazi do reakcije oksidacije pod djelovanjem katalizatora legure platine i rodija:

Generirani plin vodikov cijanid (HCN) apsorbira natrijev hidroksid da bi se dobila otopina natrijevog cijanida. Ovaj proces ima prednosti niske cijene sirovina i brze reakcije, ali visoka temperatura (1000 - 1200°C) i upotreba katalizatora od plemenitih metala rezultiraju visokim troškovima.

• Metoda pirolize lakog ulja

Koristeći laku naftu (kao što je nafta) kao sirovinu, HCN se stvara pirolizom na visokoj temperaturi (1400 - 1500°C), a naknadna obrada je slična onoj u Andrussow procesu. Ovaj proces je prikladan za proizvodnju velikih razmjera, ali ima izuzetno visoku potrošnju energije i proizvodi veliku količinu čađe kao nusproizvoda.

• Metoda oksidacije metanola amonijakom

Koristeći metanol, amonijak i zrak kao sirovine, HCN se stvara pod djelovanjem katalizatora (kao što je V₂O5-MoO3):

Ovaj proces ima niske troškove sirovina i blage reakcijske uvjete (400 - 500°C), te je postupno postao preferirani izbor za novoizgrađene proizvodne kapacitete.

II. Smjerovi tehnološkog napretka i inovacija

1. Razvoj zelenih procesa

Tradicionalni procesi imaju problema s velikom potrošnjom energije i velikim zagađenjem. Posljednjih su godina istraživači istraživali sljedeće zelene tehnologije:

• Metoda biosinteze

Korištenje mikroorganizama (kao što je Pseudomonas) za kataliziranje hidrolize nitrilnih spojeva za stvaranje cijanidi, ali je još uvijek u laboratorijskoj fazi.

• Elektrokemijska sinteza

Recikliranje natrijevog cijanida elektrolizom otpadne vode koja sadrži cijanid kako bi se postiglo recikliranje resursa, ali sadašnju učinkovitost i troškove treba dodatno optimizirati.

2. Inteligentne upravljačke i sigurnosne tehnologije

Proizvodnja natrijeva cijanida uključuje vrlo toksične tvari, a kontrola sigurnosti je od vitalne važnosti. Moderne tvornice općenito koriste distribuirani kontrolni sustav (DCS) kako bi postigle potpuno automatizirano praćenje cijelog procesa i uvode tehnologiju online spektralne analize za praćenje koncentracije HCN u stvarnom vremenu, smanjujući rizik od istjecanja.

3. Model kružnog gospodarstva

Poboljšajte korištenje resursa kroz tehnologije koprodukcije. Na primjer, ugljični dioksid proizveden u Andrussow procesu može se koristiti za proizvodnju uree, a čađa proizvedena u Metoda pirolize lakog ulja može se koristiti kao sredstvo za ojačavanje gume, tvoreći zatvoreni industrijski lanac "resursi - proizvodi - otpad - reciklirani resursi".

III. Izazovi i budući trendovi

1. Fluktuacije u troškovima sirovina

Andrussow proces i metanolna metoda oslanjaju se na prirodni plin (metan) i ugljen (kao sirovinu za metanol). Oscilacije međunarodnih cijena energije izravno utječu na troškove proizvodnje. Razvoj nefosilnih sirovinskih ruta (kao što je biomasa do metanola) je vruća tema istraživanja u budućnosti.

2. Sve veći pritisak na zaštitu okoliša

Uz pooštravanje globalnih propisa o zaštiti okoliša, proizvodnja natrijevog cijanida treba dodatno smanjiti emisije dušikovih oksida (NOx) i otpadne vode koje sadrže cijanid. Tehnologija odvajanja membrane, denitrifikacija katalitičkom oksidacijom i drugi procesi isprobani su u nekim tvornicama.

3. Širenje vrhunskih aplikacija

Potražnja za natrijevim cijanidom visoke čistoće (čistoća ≥ 99.9%) u sintezi prekursora katodnog materijala za litij-ionske baterije brzo raste, promičući nadogradnju proizvodnog procesa prema profinjenosti i visokoj čistoći.

Zaključak

Razvoj procesa proizvodnje natrijevog cijanida uvijek se razvijao oko tri glavna cilja "sigurnosti, učinkovitosti i zelenila". U budućnosti, s prodorima u novim tehnologijama za energiju i zaštitu okoliša, kao i dubokom integracijom digitalne proizvodnje, industrija natrijevog cijanida nastavit će se optimizirati u smjeru manje potrošnje energije, manjeg zagađenja i veće dodane vrijednosti.