背景及概述[1]
純堿又稱蘇打或堿灰。學(xué)名碳酸鈉。白色粉末或細(xì)粒。人工合成純堿始于18世紀(jì)末，法國(guó)N.路布蘭發(fā)明了路布蘭法。19世紀(jì)60～70年代，比利時(shí)E.索爾維用食鹽、氨和二氧化碳制得純堿，稱索爾維法或氨堿法，并取代了路布蘭法，從此成為制取純堿的主要方法。1937年中國(guó)侯德榜在索爾維法基礎(chǔ)上開發(fā)了侯氏制堿法(現(xiàn)稱聯(lián)合制堿法)，可以同時(shí)制得純堿和氯化銨。1952年在大連化學(xué)廠建立了中試車間，1964年正式建成聯(lián)合制堿工業(yè)裝置。純堿還有另一重要來源，即用天然堿加工制取。美國(guó)是天然堿制純堿的主要國(guó)家，1999年由天然堿制得的純堿達(dá)1113.5萬t，占總產(chǎn)量90%以上，中國(guó)和俄羅斯也有生產(chǎn)。20世紀(jì)90年代末，世界生產(chǎn)純堿3700萬t，中國(guó)2000年共產(chǎn)純堿825萬t(其中天然堿18.4萬t)。世界純堿消耗量，玻璃工業(yè)占50%，化學(xué)品占15%～18%，肥皂及洗滌劑占10%，造紙、水處理、食用等占20%。
性質(zhì)[2]
純堿一般為白色粉末，在空氣中為含十個(gè)結(jié)晶水的無色晶體，但結(jié)晶水不穩(wěn)定，高溫下會(huì)成為白色粉末狀，成為強(qiáng)電解質(zhì)，具有熱穩(wěn)定性，易溶于水，在35℃下可達(dá)到飽和溶解度，隨溫度提高溶解度不再增加，純堿的水溶液呈堿性。碳酸納是弱酸強(qiáng)堿鹽，稱它為＂純堿＂的原因是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室中用化學(xué)方法制出的碳酸鋼比天然堿要純凈，在目前我國(guó)生產(chǎn)的工業(yè)產(chǎn)品中，純堿的純度一般為98％-99％么間，根據(jù)純堿的堆積密度進(jìn)行分類如表。
應(yīng)用[2-3]
純堿最常用于基本化工原料。在工業(yè)上用途廣泛，需求量大，在制備其他種類的堿類或者無機(jī)鹽等化工常用產(chǎn)品過程中，純堿是最為常見的原料，例如：
1）制備燒堿可采用石灰苛化法，所用的主要原料即方純堿、重堿等，主要過程是通過石灰苛化法，即利用氨氧化巧與純堿進(jìn)行復(fù)分解反應(yīng)，制得燒堿，整體工藝節(jié)約資源，方便操作，所得產(chǎn)品質(zhì)量較高，適用于間歇反應(yīng)的小范圍工業(yè)生產(chǎn)；
2）碳酸化法可用來制取重堿（小蘇打），小蘇打作為日常生活中常見的日用品，同時(shí)也作為制備純堿過程中的中間產(chǎn)物，其純度直接影響最終得到的純堿產(chǎn)物，在我國(guó)工業(yè)中，利用純堿碳酸化制備小蘇打十分常見，主要是向純堿溶液中通入二氧化碳得到碳酸氨鋼，其作為微溶物會(huì)發(fā)生沉淀，工藝流程十分簡(jiǎn)單；
3）泡花堿（硅酸鈉）在制備過程中也要純堿與珪砂為原料，使兩者在烙融條件下發(fā)生反應(yīng)，得到產(chǎn)物泡花堿，其用途十分廣泛，在國(guó)民工業(yè)體系中各部分都有所體現(xiàn)，比如泡花堿在化工系統(tǒng)中可用于制備各種硅酸鈉類產(chǎn)品，是珪化合物的基本原料，在輕工業(yè)中是洗衣粉、肥皂等洗涂劑不可缺少的原料，在紡織工業(yè)中可用于漂白、助染或者漿洗等，除此之外在建筑、機(jī)械行業(yè)中也被廣泛應(yīng)用于粘合劑、耐火材料等，其制備方法主要是通過將純堿與珪砂在烙融狀態(tài)下混合反應(yīng)，再加入水進(jìn)行溶解過濾，工藝易于操作，產(chǎn)量較大；在我國(guó)工業(yè)體系中，除上主要用途外，純堿在工業(yè)中也可作為中間原料制備各種含鋼盛類，同時(shí)可Ｗ作為輔料用作生產(chǎn)其他化工產(chǎn)品上，用途十分廣泛。因此，是衡量國(guó)家工業(yè)水平的重要指標(biāo)，在一定程度上標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家的工業(yè)水平。近年來，由于可降解塑料的發(fā)明，塑料制品越來越多，同時(shí)國(guó)家對(duì)于廢舊玻璃制品循環(huán)利用的為度加大，玻璃制品需求漸漸降低，逐漸被塑料制品取代，因此純堿在玻璃工業(yè)中的用量逐漸下降。但由于在發(fā)展中國(guó)家中如我國(guó)，純堿仍然占有十分重要的地位。另外純堿的廣泛用途也決定了其在工業(yè)體系中的重要地位，就全球工業(yè)發(fā)展而言，純堿需求量依舊會(huì)維持在較高水平，未來還會(huì)緩慢增長(zhǎng)。
制備[2-3]
1. 化學(xué)合成法：是國(guó)際上目前主要用到的制備純堿方法。但在此之前，國(guó)際上有很多其他化學(xué)合成純堿的方法，例如法國(guó)醫(yī)生路布蘭利用食鹽為原料，制得了純堿，獲得專利，因此這種方法被稱為路布蘭制堿法。工藝原理如下所示：
這種方法被稱之為路布蘭制堿法，可從化學(xué)反應(yīng)方程式中看出，整體工藝所需條件較為苛刻，同時(shí)所產(chǎn)生的廢料、廢氣都難再進(jìn)行利用，因此這種方法并沒能在國(guó)際上被廣泛應(yīng)用。
2. 聯(lián)合制堿法：包括兩個(gè)過程：個(gè)單元與氨堿法類似，主要是向飽和食鹽水中持續(xù)通入氨氣，Ｗ此得到氨鹽水，再將二氧化碳?xì)怏w通入到其中，此時(shí)可得到微溶物碳酸氨鋼沉淀，經(jīng)過濾、洗涂后可得到叛酸氨鉆微小晶體，此時(shí)將所得中間產(chǎn)物碳酸氨鋼再送入般燒爐中鍛燒制得純堿產(chǎn)品。除去碳酸氨鑰沉淀的澄清濾液中含有大量的氯化錢和少量氯化鋼，需要對(duì)其進(jìn)行處理，這部分即為第二單元，主要是通過處理使氯化鎊晶體能夠從澄清濾液中析出。根據(jù)兩種物質(zhì)在水中的溶解度曲線，氯化按與氯化納的溶解度隨溫度變化趨勢(shì)差別較大，因此通過濃縮冷凝，可Ｗ將氯化倭副產(chǎn)物析出。送種方法可實(shí)現(xiàn)循環(huán)制堿，大幅度提高了制堿效率，同時(shí)還克服了索爾維制堿法的缺點(diǎn)，在國(guó)際上受到了很大程度的認(rèn)可。但是后期在處理氯化較分離過程中仍存在較大問題，難Ｗ妥善解決循環(huán)過程中母液的回收利用，同時(shí)氯化錢的純度很難得到保證，廢液也存在較大的污染，這些缺點(diǎn)極大地限制了送種工藝的發(fā)展。
3.復(fù)分解法
1）復(fù)分解法制備純堿的研究進(jìn)展
通過對(duì)碳酸氨按和氯化納復(fù)分解法制堿的研究后得出此方法不能同時(shí)制得兩種純產(chǎn)品，凡是用復(fù)分解法合成鹽類，如欲得出兩種純產(chǎn)品鹽，從相圖上看，必須具各下面兩個(gè)條件：從復(fù)分解相圍上分析來說，兩種原料鹽應(yīng)該是相對(duì)不穩(wěn)定的一對(duì)反應(yīng)物，可完全進(jìn)行反應(yīng)后得到純產(chǎn)物，而所得兩種產(chǎn)物應(yīng)為兩種相對(duì)穩(wěn)定的鹽類。選取碳酸氨錢和氯化納作為反應(yīng)的原料，進(jìn)行復(fù)分解反應(yīng)時(shí)候，這兩種原料是符合上述要求，滿足條件的。需要采用一高一低兩種溫度來同時(shí)制得兩種產(chǎn)品，通過相圖分析，當(dāng)處于這兩種溫度的時(shí)候，所選用的不穩(wěn)定鹽的溶解度相圖需要有較大幅度變化。這樣有利于在高溫時(shí)單獨(dú)析出一種產(chǎn)品；而另一種產(chǎn)品可在低溫時(shí)輕易析出。對(duì)于復(fù)分解制取純堿和氯化按的Na+，NH4+/HCO32-，Cr加到50℃的時(shí)候，從相圖上可看出，氯化較和碳酸氨鋼的相區(qū)的界線位置基本不會(huì)改變，另外在高溫相區(qū)和低溫相區(qū)，兩物質(zhì)的相界線出現(xiàn)了交疊。送就使得同時(shí)制取兩種純產(chǎn)品鹽的發(fā)生相對(duì)比較困難。
2）中間鹽法
利用硫酸中間鹽法在福建省永安合成氨廠建了復(fù)分解法制堿裝置，該法是在析出碳酸氨鋼后的母液中加入濃硫酸，去除母液中HCO3-，可防止在析出氯化錢的過程中碳酸氨納的析出。但加濃硫酸時(shí)，由于濃硫酸加入后大量放熱，造成煙霧大量出現(xiàn)，環(huán)境較差。
3）常溫結(jié)晶法
在硫酸中間鹽或硝酸中間鹽法基礎(chǔ)上對(duì)常溫結(jié)晶法進(jìn)行改進(jìn)，直接像母液中添加中間鹽，使得氯化鎊能夠直接析出。在工藝中省去濃縮后冷析的工藝段，工藝流程簡(jiǎn)化，節(jié)約成本，提高了復(fù)分解法制備純堿的競(jìng)爭(zhēng)力。
4）其他工藝改良辦法
常用的生產(chǎn)方法，可用來降低現(xiàn)在純堿行業(yè)中制備純堿時(shí)其中所含的鹽分，種可采用重堿離屯、機(jī)再度對(duì)過濾所得碳酸氨納沉淀進(jìn)行二次脫水工藝，第二種是對(duì)濾堿機(jī)水洗裝置的改造，第三種是對(duì)水洗過程的改進(jìn)即加入更多水洗步驟，這種措施原理都是通過增加水洗過程的能效來去碳酸氨鋼沉淀中所含的鹽組分，使最終所得純堿產(chǎn)品中雜質(zhì)鹽分小于0.4％。
主要參考資料
[1] 百科知識(shí)數(shù)據(jù)辭典
[2] 工業(yè)廢鹽制備純堿工藝的開發(fā)
[3] 近幾年我國(guó)純堿生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)展及發(fā)展前景