四通道电渗析的亚硝酸钙合成法

发布日期:2024/2/20 9:05:12

介绍

亚硝酸钙（Calcium nitrite）是一种无机化合物，化学式为Ca(NO2)2，广泛应用于钢筋混凝土工程中。

亚硝酸钙.png

图一亚硝酸钙

应用

亚硝酸钙广泛应用于医药工业、有机合成等领域，在混凝土中也是优良的水泥添加剂，需求量很大。在混凝土中用亚硝酸钙作为混合添加剂不仅对钢筋有防腐蚀作用，同时还有良好的防冻、防锈、速凝和增强作用；当混凝土中亚硝酸钙的添加量为2%(质量分数) 时，可使桥梁使用寿命延长15～50a，抗压强度增加10～25MPa。

合成

步骤一：按照预设浓度值配置亚硝酸钠溶液和硝酸钙溶液，将配置好的亚硝酸钠溶液和硝酸钙溶液分别加入到亚硝酸钠脱盐液箱和硝酸钙脱盐液箱中；亚硝酸钠脱盐液箱的溶液溢流后进入亚硝酸钠脱盐液下级电渗析再浓缩处理单元进行再浓缩，浓缩后的浓液作为原液循环补充至亚硝酸钠脱盐液箱；硝酸钙脱盐液箱的溶液溢流后进入硝酸钙脱盐液下级电渗析再浓缩处理单元进行再浓缩，浓缩后的浓液作为原液循环补充至硝酸钙脱盐液箱。

步骤二：电渗析采用四通道电渗析装置，四通道电渗析装置包括按一定顺序设置的一定数量的四通道模块，四通道模块中设有交错排列的阴离子交换膜和阳离子交换膜，四通道模块由于阴离子交换膜和阳离子交换膜的分隔形成A通道、B通道、C通道和D通道；使亚硝酸钠溶液进入A通道，硝酸钙溶液进入B通道，四通道电渗析装置的阴极液和阳极液均采用浓度3%‑5%质量浓度的硝酸钠溶液；四通道电渗析运行前，向C通道通入5%浓度的硝酸钠溶液，向D通道通入5%质量浓度的亚硝酸钙溶液，作为启机溶液，后期运行一般不需要另外配置；开启四通道电渗析循环系统的循环泵循环30min至四通道中的溶液流通循环至稳定后，开启四通道电渗析装置配套直流电源进行电渗析。

步骤三：电渗析过程中，A通道的钠离子通过阳离子交换膜进入C通道，亚硝酸根离子通过阴离子交换膜进入D通道；B通道的硝酸根离子通过阴离子交换膜进入C通道，钙离子通过阳离子交换膜进入D通道；随着电渗析的进行，C通道中得到浓缩的硝酸钠溶液含盐量浓度在200g/L以上，D通道中得到浓缩的亚硝酸钙溶液含盐量浓度在200g/L以上；电渗析同时，检测四通道模块的各通道中溶液的电导率，当A通道和B通道中的溶液电导率与C通道和 D通道的溶液电导率相近时，分别向亚硝酸钠脱盐液箱和硝酸钙脱盐液箱添加高浓度的亚硝酸钠溶液和硝酸钙溶液，直到A通道和B通道中的电导率值稳定且均保持在预设浓度值对应电导率后停止添加。

步骤四：C通道中得到的硝酸钠溶液进入硝酸钠浓缩液箱中，硝酸钠浓缩液箱中的溶液溢流后进入硝酸钠蒸发结晶单元，蒸发结晶得到硝酸钠产品；D通道中得到亚硝酸钙溶液进入亚硝酸钙浓缩液箱中，高浓度浓缩液可以进一步进行蒸发结晶制备纯度大于99.5%的亚硝酸钙盐[1]。

电渗析的四个通道将分别形成A和B两个脱盐液通道，C和D两个浓缩液通道，并且通过循环泵一直在四通道电渗析装置内循环；A通道和B通道溶液含盐量不断下降，需要间歇的补充亚硝酸钠溶液和硝酸钙溶液以维持10%左右的浓度；在C和D通道中分别形成两股浓缩液，其中C通道是以A通道所提供的钠（Na+）离子和B通道所提供的硝酸根（NO3‑）离子混合在一起的硝酸钠（NaNO3）溶液；D通道是以A通道所提供的亚硝酸根（NO2‑）离子和B通道所提供的钙（Ca2 +）离子混合在一起的亚硝酸钙（Ca(NO2) 2 ）溶液；亚硝酸钙（Ca(NO2) 2 ）浓缩液溢流到硝酸钠蒸发结晶单元进行处理，进行蒸发结晶制备亚硝酸钙盐（Ca(NO2) 2 ）；硝酸钠（NaNO3）浓缩液溢流到亚硝酸钙蒸发结晶单元进行处理，进行蒸发结晶制备硝酸钠盐（NaNO3）。采用特殊构造的四通道电渗析装置，引入亚硝酸根离子（NO2‑）离子和钙（Ca2 + ）离子进行配对，四通道电渗析最终形成两股浓缩液分别是硝酸钠溶液与亚硝酸钙溶液，此方法无需引进其他原料药剂，设备操作方便，运行工况稳定，工艺流程简单，而且整个工艺制备过程中，不含有碳酸根离子，有效的避免电渗析单元浓缩液测易结垢、离子汇集析出结晶结垢的问题。

该方法存在的增益：

1、率先提出亚硝酸钙的四通道电渗析浓缩方法，采用四通道电渗析装置，亚硝酸钠和硝酸钙溶液进行离子配对后，脱盐液进一步采用常规电渗析处理回用，常规电渗析浓水返回原水池循环处理，四通道电渗析形成两股浓缩液分别是含盐量在200g/L以上的亚硝酸钙浓缩液和含盐量在200g/L以上的硝酸钠浓缩液，高浓度亚硝酸钙浓缩液和硝酸钠浓缩液可以进一步进行蒸发结晶制备纯度大于99.5%的亚硝酸钙盐与纯度大于99.5%的硝酸钠盐。

2、采用四通道电渗析置换和蒸发结晶的方法来生产高纯度亚硝酸钙，大大缩短了制备亚硝酸钙的工艺流程，高浓度的亚硝酸钙溶液更易蒸发沉淀，缩小蒸发结晶器的规模，降低能量的消耗，提高亚硝酸钙的整体回收率，且除原料药剂亚硝酸钠和硝酸钙之外无需添加其他药剂，显著降低亚硝酸钙制备的总体成本，同时也更为环保，不会对环境产生二次污染。

3、工艺简化，需求的设备较少，大幅节省了生产原辅药剂、减小占地面积、设备简单易于操作降低设备运行维护成本，降低了总体的系统投资和运行成本。

4、通过检测溶液电导率来监控溶液的浓度变化，操作方便，并且间歇性的补充亚硝酸钠溶液和硝酸钙溶液使得两个脱盐液通道的溶液浓度保持预设浓度值，使得整个电渗析过程保持高效稳定的运行。

亚硝酸钙的合成.png