Ultimi processi di produzione del cianuro di sodio

1. introduzione

Il cianuro di sodio (NaCN) è un composto chimico fondamentale ampiamente utilizzato in diversi settori industriali, come l'estrazione dell'oro, la galvanostegia e la sintesi chimica. I processi di produzione del cianuro di sodio si sono evoluti costantemente per migliorarne l'efficienza, ridurne i costi e aumentarne la sostenibilità ambientale. Questo articolo illustrerà alcuni dei più recenti processi di produzione del cianuro di sodio.

2. Metodo ammoniaca-sodio

2.1 Principio del processo

Nel metodo ammoniaca-sodio, sodio metallico e coke di petrolio vengono inizialmente aggiunti a un reattore in una determinata proporzione. La temperatura viene quindi innalzata a 650 °C e viene introdotto gas ammoniaca. Aumentando ulteriormente la temperatura a 800 °C, si verifica una reazione che dura 7 ore, durante la quale il sodio metallico viene completamente convertito in cianuro di sodio . Successivamente, i reagenti vengono filtrati a una temperatura di 650 °C per rimuovere il coke di petrolio in eccesso. Il prodotto fuso viene quindi scaricato e colato nella forma desiderata per ottenere prodotti di cianuro di sodio.

2.2 Vantaggi e svantaggi

• Vantaggi : Questo processo ha un principio di reazione relativamente semplice e le materie prime, sodio e ammoniaca, sono relativamente comuni nell'industria chimica.

• Svantaggi : Le condizioni di reazione ad alta temperatura richiedono un elevato consumo di energia. Inoltre, l'utilizzo di sodio metallico comporta alcuni rischi per la sicurezza a causa della sua elevata reattività.

3. Metodo della fusione del cianuro

3.1 Principio del processo

La fusione di cianuro e l'ossido di piombo vengono aggiunti a un serbatoio di estrazione. Il rapporto tipico tra fusione di cianuro e ossido di piombo è (500-700):1. L'aggiunta di ossido di piombo favorisce la desolforazione formando un precipitato di solfuro di piombo. Il liquido di estrazione viene quindi lasciato sedimentare e il liquido limpido risultante contiene 80-90 g/L di NaCN. In un generatore, questo liquido reagisce con acido solforico concentrato per generare gas di cianuro di idrogeno. Dopo la condensazione per rimuovere l'acqua, il gas di cianuro di idrogeno entra in un reattore di assorbimento e reagisce con un alcali liquido (soluzione di idrossido di sodio) per formare cianuro di sodio.

3.2 Vantaggi e svantaggi

• Vantaggi : Questo processo può rimuovere efficacemente le impurità di zolfo mediante l'aggiunta di ossido di piombo, il che è vantaggioso per migliorare la qualità del prodotto finale.

• Svantaggi : L'utilizzo dell'ossido di piombo può comportare problemi di inquinamento ambientale associati al piombo. Inoltre, il processo prevede diverse fasi, come estrazione, reazione e assorbimento, il che aumenta la complessità operativa.

4. Processo Andrussow (metodo Anshig)

4.1 Principio del processo

Il processo Andrussow utilizza gas naturale, ammoniaca e aria come materie prime. Innanzitutto, il gas naturale viene lavato in una torre di lavaggio ad acqua per rimuovere lo zolfo inorganico e parte dello zolfo organico. Dopo la filtrazione, il gas naturale raffinato deve avere un contenuto di zolfo ≤1 mg/m³ e un contenuto di idrocarburi superiori a C₂ inferiore al 2%. L'ammoniaca liquida viene vaporizzata in un vaporizzatore e l'aria viene filtrata attraverso un filtro. Le tre materie prime vengono quindi miscelate in un miscelatore in un rapporto ammoniaca:metano:aria = 1:(1.15 - 1.17):(6.70 - 6.80). Il gas miscelato entra in un reattore di ossidazione con una lega di platino-rodio come catalizzatore. A una temperatura di 1070 - 1120 °C, avviene una reazione che genera un gas miscelato contenente l'8.5% di acido cianidrico.

Il gas viene raffreddato e poi entra in una torre di assorbimento dell'ammoniaca, dove l'ammoniaca residua viene assorbita dall'acido solforico. Successivamente, viene raffreddato con acqua e l'acido cianidrico viene assorbito da acqua a bassa temperatura. Il gas di coda viene scaricato dopo essere stato lavato da una torre di lavaggio alcalina. La soluzione di acido cianidrico assorbita dall'acqua subisce uno scambio termico e poi entra in una torre di desorbimento. In cima alla torre di desorbimento si ottiene acido cianidrico con una purezza del 98%. Questo acido cianidrico reagisce quindi con una soluzione alcalina per formare una soluzione di cianuro di sodio, che viene ulteriormente processata tramite evaporazione, cristallizzazione, essiccazione e formatura per ottenere il prodotto finale di cianuro di sodio.

4.2 Vantaggi e svantaggi

• Vantaggi : Nelle regioni ricche di risorse di gas naturale, il costo delle materie prime è relativamente basso. Il processo è relativamente maturo nelle applicazioni industriali e la scala di produzione può essere relativamente elevata.

• Svantaggi : Nelle aree prive di risorse di gas naturale, influenzate da fattori quali la scarsità di gas naturale, le politiche e i prezzi, il costo di produzione può variare significativamente. Le condizioni di reazione ad alta temperatura richiedono apparecchiature resistenti alle alte temperature e consumano una grande quantità di energia.

5. Processo a fiamma

5.1 Principio del processo

Gas naturale, ossigeno e ammoniaca vengono utilizzati come materie prime. Questi tre gas vengono filtrati separatamente per rimuovere le impurità e, dopo essere stati stabilizzati e dosati, vengono immessi in un miscelatore. Una parte dell'ossigeno viene utilizzata come ossigeno principale per entrare nel miscelatore, mentre l'altra parte viene immessa direttamente nell'ugello per l'accensione. Le tre materie prime vengono combinate in una certa proporzione e sottoposte a una reazione di combustione per sintetizzare acido cianidrico a una temperatura di 1500 °C.

Il gas di reazione viene spento spruzzando acqua e poi raffreddato in un refrigeratore. Entra quindi in una torre di assorbimento dell'ammoniaca, dove l'ammoniaca residua nel gas di reazione viene assorbita da acido solforico al 15%-20% e il solfato di ammonio può essere recuperato. Il gas di reazione contenente acido cianidrico viene raffreddato con acqua e poi assorbito da acqua a bassa temperatura per formare una soluzione di acido cianidrico all'1.5%. Questa soluzione viene distillata in una torre di distillazione per ottenere acido cianidrico con un contenuto del 98%-99%. Infine, viene assorbito da una soluzione alcalina e, dopo evaporazione, cristallizzazione, essiccazione e formatura, si ottiene il prodotto finale, il cianuro di sodio.

5.2 Vantaggi e svantaggi

• Vantaggi : Questo processo consente di ottenere una produzione di acido cianidrico di purezza relativamente elevata. Il recupero del solfato di ammonio come sottoprodotto può apportare alcuni benefici economici.

• Svantaggi : La reazione di combustione ad alta temperatura richiede un grande apporto di energia. Il processo prevede inoltre operazioni complesse come la miscelazione dei gas, la combustione, il raffreddamento e l'assorbimento, che richiedono un controllo di processo di alto livello.

6. Metodo di pirolisi dell'olio leggero

6.1 Principio del processo

Petrolio leggero e ammoniaca vengono miscelati in un atomizzatore in una determinata proporzione e preriscaldati a 280 °C. La miscela entra quindi in un forno ad arco elettrico per una reazione di pirolisi. Il coke di petrolio viene utilizzato come vettore e l'azoto come gas protettivo per prevenire l'ossidazione in ambiente chiuso. A una temperatura di 1450 °C, avviene una reazione che genera acido cianidrico gassoso. Il gas viene quindi rimosso dalle polveri, raffreddato e ulteriormente trattato attraverso fasi come la rimozione dell'ammoniaca, il lavaggio con acqua, l'assorbimento e la distillazione per ottenere acido cianidrico puro. Infine, l'acido cianidrico reagisce con una soluzione alcalina (idrossido di sodio) per formare cianuro di sodio.

6.2 Vantaggi e svantaggi

• Vantaggi : La tecnologia di processo è relativamente matura. Può utilizzare olio leggero, una materia prima relativamente comune nell'industria petrolchimica.

• Svantaggi : La desolforazione e la rimozione delle impurità del cianuro di idrogeno presentano delle difficoltà. Il prodotto ha un elevato consumo energetico e il trattamento dei "tre rifiuti" (gas di scarico, acque reflue e residui di scarto) è complesso. Il costo di produzione è relativamente alto.

7. Metodo del sottoprodotto dell'acrilonitrile

7.1 Principio del processo

Nel processo di produzione di acrilonitrile mediante ammossidazione del propilene, si produce acido cianidrico gassoso come sottoprodotto (la quantità è equivalente al 4-10% della produzione di acrilonitrile). Il gas contenente acido cianidrico viene assorbito da una soluzione alcalina. Dopo evaporazione, concentrazione, separazione ed essiccazione, si ottiene il prodotto finale, il cianuro di sodio.

7.2 Vantaggi e svantaggi

• Vantaggi : Si tratta di un processo di utilizzo dei sottoprodotti, che consente di sfruttare appieno le risorse e di ridurre, entro certi limiti, i costi di produzione.

• Svantaggi : La produzione di cianuro di sodio è limitata dalla scala di produzione dell'acrilonitrile. La qualità del sottoprodotto, il cianuro di idrogeno, può essere influenzata dal processo di produzione principale dell'acrilonitrile, che richiede un controllo e una purificazione rigorosi.

8. Metodo di ammossidazione del metanolo

8.1 Principio del processo

L'aria passa attraverso un filtro e un preriscaldatore, per poi entrare in un forno di reazione. L'ammoniaca liquida viene vaporizzata e il metanolo evapora. Entrambi entrano in un preriscaldatore di miscelazione e reagiscono con l'aria nel forno di reazione. Sotto l'azione di un catalizzatore composto principalmente da ossido di Fe-Mo, la reazione genera acido cianidrico. Il gas di acido cianidrico entra in una torre di deammoniaca per rimuovere l'ammoniaca e quindi ottenere acido cianidrico. Infine, viene assorbito da una soluzione alcalina per preparare cianuro di sodio.

8.2 Vantaggi e svantaggi

• Vantaggi : L'utilizzo di metanolo e ammoniaca come materie prime è relativamente comune e il catalizzatore può essere riciclato e riutilizzato in una certa misura. Il processo può essere adattato alle esigenze di produzione.

• Svantaggi : Il catalizzatore è sensibile alle condizioni di reazione e piccole variazioni di temperatura, pressione e rapporto tra le materie prime possono influenzare l'attività e la selettività del catalizzatore, incidendo quindi sulla resa e sulla qualità del prodotto.

9. CONCLUSIONE

I processi di produzione del cianuro di sodio presentano ciascuno caratteristiche specifiche. La scelta del processo produttivo dipende da diversi fattori, quali la disponibilità delle materie prime, il costo, i requisiti ambientali e la scala di produzione. Con il continuo sviluppo tecnologico, in futuro potrebbero emergere nuovi processi produttivi, volti a migliorare ulteriormente l'efficienza e le prestazioni ambientali della produzione di cianuro di sodio. Con la continua crescita della domanda di cianuro di sodio in diversi settori industriali, l'ottimizzazione e l'innovazione dei processi produttivi svolgeranno un ruolo cruciale nel soddisfare le esigenze del mercato, garantendo al contempo uno sviluppo sostenibile.