一、純堿的定義和性質(zhì)
（一）純堿的定義
純堿（Soda Ash），又名蘇打、堿灰、堿面或洗滌堿，成分為碳酸鈉，分子式為Na2CO3，分子量105.99。
純堿
純堿是重要的基礎化工原料和“三酸兩堿”中的兩堿之一，廣泛地應用于建材、石油化工、冶金、食品、紡織、國防、醫藥等國民經(jīng)濟諸多領(lǐng)域，在國民經(jīng)濟中占有十分重要的地位。
（二）碳酸鈉的物理性質(zhì)
碳酸鈉常溫下為白色無(wú)氣味的粉末或顆粒，有吸水性，露置在空氣中逐漸吸收水分，會(huì )形成結塊。含有結晶水的碳酸鈉水合物有3種，分別為一水合碳酸鈉（Na2CO3·H2O），七水合碳酸鈉（Na2CO3·7H2O）和十水合碳酸鈉（Na2CO3·10H2O）。碳酸鈉易溶于水和甘油，微溶于無(wú)水乙醇，難溶于丙醇。20℃時(shí)每100克水能溶解20克碳酸鈉，35.4℃時(shí)溶解度最大，每100克水中可溶解49.7克碳酸鈉。
（三）碳酸鈉的化學(xué)性質(zhì)
碳酸鈉屬于鈉鹽。碳酸鈉在水溶液中水解，電離出的碳酸根離子與水中氫離子結合成碳酸氫根離子，導致溶液中氫離子減少，剩下電離的氫氧根離子，所以其水溶液呈堿性（pH=11.6）。碳酸鈉有一定的腐蝕性，穩定性較強，但高溫下也可分解生成氧化鈉和二氧化碳。長(cháng)期暴露在空氣中時(shí)，碳酸鈉能吸收空氣中的水分及二氧化碳，生成碳酸氫鈉。碳酸鈉可分別與酸、鹽、堿發(fā)生化學(xué)反應。與酸可發(fā)生復分解反應，如遇足量鹽酸時(shí)，生成氯化鈉和碳酸，不穩定的碳酸立刻分解成二氧化碳和水，碳酸鈉與其他種類(lèi)的酸也能發(fā)生類(lèi)似的反應。與鹽可發(fā)生復分解反應，例如一些鈣鹽、鋇鹽可與碳酸鈉生成沉淀和新的鈉鹽。與氫氧化鈣、氫氧化鋇等堿可發(fā)生復分解反應，生成沉淀和氫氧化鈉，工業(yè)上會(huì )用這種反應制備燒堿（氫氧化鈉），俗稱(chēng)苛化法。
二、純堿的分類(lèi)及用途
（一）純堿的分類(lèi)
1、根據密度的不同，純堿主要分為輕質(zhì)純堿（以下簡(jiǎn)稱(chēng)輕堿）和重質(zhì)純堿（以下簡(jiǎn)稱(chēng)重堿），其化學(xué)成分都是碳酸鈉，但物理形態(tài)不同：輕堿密度為500-600kg/ m3，呈白色結晶粉末狀；重堿密度為1000-1200kg/ m3，呈白色細小顆粒狀。與輕堿相比，重堿具有堅實(shí)、顆粒大、密度高、吸濕低、不易結塊、不易飛揚、流動(dòng)性好等特點(diǎn)。此外，也有超輕質(zhì)純堿和超重質(zhì)純堿，密度分別為370kg/ m3左右和1550-2553kg/ m3。
輕質(zhì)純堿
2、根據用途的不同，純堿可分為工業(yè)純堿和食用純堿。工業(yè)純堿執行的是中華人民共和國頒發(fā)的國家標準GB/T 210-2004《工業(yè)碳酸鈉及其試驗方法》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)國標），包括GB/T210.1-2004《工業(yè)碳酸鈉及其試驗方法第1部分工業(yè)碳酸鈉》和GB/T210.2-2004《工業(yè)碳酸鈉及其試驗方法第2部分工業(yè)碳酸鈉試驗方法》。食用純堿執行的是GB1886-1992《食品添加劑碳酸鈉》標準，在達到工業(yè)純堿的低鹽堿標準基礎上，增加了砷和重金屬的含量限制。
重質(zhì)純堿
3、根據氯化物含量的不同，純堿可分為普通堿、低鹽堿、超低鹽堿、特殊低鹽堿。依照國標標準，普通堿氯化鈉的質(zhì)量分數≤1.20％；低鹽堿氯化鈉的質(zhì)量分數≤0.90％；超低鹽堿氯化鈉的質(zhì)量分數≤0.70％；特殊低鹽堿氯化鈉的質(zhì)量分數≤0.30％。
（二）純堿的用途
純堿是重要的化工原料之一，用途主要包括以下領(lǐng)域：
一是建材領(lǐng)域，純堿作為平板玻璃的主要原料之一，為反應提供鈉離子，同時(shí)也是澄清劑的主要成分。
二是化工生產(chǎn)領(lǐng)域，純堿廣泛用于制造硅酸鈉（俗稱(chēng)泡花堿、水玻璃）、碳酸氫鈉（俗稱(chēng)小蘇打）、氟化鈉、重鉻酸鹽等產(chǎn)品。
三是印染冶金領(lǐng)域，純堿充當紡織物生產(chǎn)過(guò)程的軟水劑，或是用作冶煉的助溶劑、選礦的浮選劑以及煉鋼的脫硫劑等。
四是食品加工領(lǐng)域，純堿作為面食添加劑起到中和劑、膨松劑、緩沖劑、面團改良劑作用，增加面食口感和柔韌度，也可作為主要輔助添加劑應用于味精、醬油的生產(chǎn)。
此外，純堿也廣泛地應用于環(huán)保脫硫、醫藥制品、制革、造紙等，高端純堿還可用于顯像管玻殼和光學(xué)玻璃制造。
在沒(méi)有工業(yè)生產(chǎn)方法之前，人們從天然堿湖中采得或從含堿植物灰中制造出純堿，用于洗滌劑以及玻璃、肥皂、皮革制造等方面。隨著(zhù)工業(yè)發(fā)展，原始的純堿提取方式已經(jīng)不能滿(mǎn)足用堿需求，大規模工業(yè)制堿生產(chǎn)工藝應運而生。目前，制堿工藝主要分為合成堿法和天然堿法，世界純堿產(chǎn)能中合成堿法約占三分之二，天然堿法約占三分之一。
（一）合成堿法
1、發(fā)展歷史
第一階段：路布蘭法
1788年法國化學(xué)家路布蘭研究出以食鹽為原料的制堿法，即路布蘭法（Leblanc Process）。路布蘭法是歷史上第一個(gè)大規模工業(yè)制堿法，它帶動(dòng)了硫酸、鹽酸、漂白粉、芒硝以及硫磺等一系列化工產(chǎn)品的生產(chǎn)。但其所產(chǎn)出的純堿成品純度低，生產(chǎn)成本高，回收的高腐蝕性鹽酸銷(xiāo)售困難。
第二階段：氨堿法
19世紀中后期，比利時(shí)的索爾維兄弟研制出索爾維制堿法（Solvay Process），因生產(chǎn)過(guò)程中需用氨作為媒介，故又稱(chēng)氨堿法。氨堿法原料價(jià)廉易得，生產(chǎn)連續，產(chǎn)品純度高，適合大規模生產(chǎn)，至20世紀初，逐漸取代路布蘭制堿法。
第三階段：聯(lián)堿法
20世紀三十年代，我國“現代化工先驅”制堿專(zhuān)家侯德榜博士結合國內實(shí)際生產(chǎn)情況，經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗，研制出侯氏制堿法（Hou's Process），也稱(chēng)為聯(lián)合制堿法或聯(lián)堿法。該方法將合成氨廠(chǎng)和純堿廠(chǎng)建在一起，生產(chǎn)純堿的同時(shí)產(chǎn)出副產(chǎn)品氯化銨。聯(lián)堿法使合成氨和制堿兩大生產(chǎn)體系有機地結合起來(lái)，將世界制堿技術(shù)水平推向了一個(gè)新高度，與氨堿法一同成為合成堿法的主流工藝。
2、氨堿法生產(chǎn)工藝
氨堿法的生產(chǎn)流程如圖所示，主反應過(guò)程如下：向飽和食鹽水中通入氨氣，制得氨鹽水，再通過(guò)氨鹽水吸收二氧化碳得到碳酸氫鈉（俗稱(chēng)小蘇打），最后將碳酸氫鈉煅燒，即得到輕堿。
氨堿法生產(chǎn)中用到的氨氣來(lái)自于合成氨廠(chǎng)，二氧化碳來(lái)自于石灰石煅燒。石灰石的主要成分是碳酸鈣，煅燒后生成二氧化碳和氧化鈣（生石灰）。其中二氧化碳用于制造純堿的主反應過(guò)程；而氧化鈣與水反應生產(chǎn)氫氧化鈣（熟石灰），加入沉淀出碳酸氫鈉后的母液中，生成氨氣和主要成分為氯化鈣的廢液和廢渣，而氨氣則可循環(huán)用于主反應過(guò)程。
氨堿法的局限主要表現在原鹽利用率低和廢液廢渣污染環(huán)境兩方面。氨堿法中氯化鈉的利用率最高只能達到75％，其余的都隨廢液和廢渣排出。據統計，氨堿法生產(chǎn)一噸純堿大約要排出十噸廢液。廢液和廢渣中含有大量氯化鈣，很難加以利用且污染性較強。因此，采用氨堿法生產(chǎn)的純堿企業(yè)一般都沿?；蜓睾硬季?，工廠(chǎng)選址受限。
3、聯(lián)堿法生產(chǎn)工藝
聯(lián)堿法將合成氨生產(chǎn)與純堿生產(chǎn)聯(lián)合，利用合成氨廠(chǎng)的氨氣和二氧化碳同時(shí)生產(chǎn)出純堿和氯化銨兩種產(chǎn)品。
聯(lián)堿法產(chǎn)出純堿的反應過(guò)程與氨堿法相同，同樣是向飽和食鹽水中先后通入氨氣和二氧化碳，生成碳酸氫鈉，再煅燒碳酸氫鈉產(chǎn)出純堿。
與氨堿法相比，聯(lián)堿法的核心創(chuàng )新在于利用不同溫度下溶解度的變化，將反應剩余的母液（主要成分為碳酸氫鈉、氯化鈉和氯化銨）降溫，并加入氯化鈉晶體，使氯化銨能以晶體的形式析出。剩余的飽和食鹽水母液可以作為反應原料循環(huán)使用。
此外，由于和合成氨廠(chǎng)聯(lián)合生產(chǎn)，聯(lián)堿法反應中的氨氣和二氧化碳都可以由合成氨廠(chǎng)直接提供。因此，聯(lián)堿法中無(wú)需再進(jìn)行石灰石煅燒等一系列反應生成二氧化碳。
聯(lián)堿法在氨堿法工藝基礎上改進(jìn)發(fā)展而來(lái)，與氨堿法相比主要有以下優(yōu)勢：一是能同時(shí)得到純堿和副產(chǎn)品氯化銨；二是綜合利用了原料資源，既將原鹽的利用率提升到了95％以上，又省去了焦炭和石灰石等資源型原料的投入；三是免去了采礦、運礦和石灰窯等一系列輔助設備的投入；四是避免了氨堿法中大量廢渣和廢液的排放。
但是，與氨堿法相比，聯(lián)堿法也存在一些不足，主要是檢修相對復雜，以及產(chǎn)出的純堿品質(zhì)控制難度大。此外，聯(lián)堿法生產(chǎn)企業(yè)的利潤同時(shí)受上游原材料合成氨成本和下游氯化銨市場(chǎng)價(jià)格影響。
（二）天然堿法
1、發(fā)展歷史
1849年，拓荒者在美國懷俄明州的甜水河找到了碳酸氫鈉，將其用于洗滌劑和制藥。1905年，美國第一次利用西爾斯湖（Searles Lake）的天然堿嘗試大規模生產(chǎn)純堿。1938年，美國山間燃料供應公司在懷俄明州綠河盆地（Green River Basin， Wyoming）勘探油氣資源時(shí)，發(fā)現了世界最大的天然堿礦，之后美國純堿工業(yè)以其得天獨厚的天然堿資源優(yōu)勢迅速發(fā)展起來(lái)。至1976年，美國通過(guò)天然堿法產(chǎn)出的純堿占其國內總產(chǎn)量的70％，到1982年該比例高達94％，之后美國的純堿幾乎全部采用天然堿法生產(chǎn)。
目前全世界已探明的天然堿礦只分布于美國、中國、土耳其、墨西哥和非洲南部等少數國家和地區，其中美國、土耳其和中國是主要的天然堿法生產(chǎn)國。天然堿法工藝的應用受限于資源的地理位置、供應等基礎條件，與其他兩種主流生產(chǎn)工藝相比，最大優(yōu)勢在于成本較低。
2、天然堿法生產(chǎn)工藝
根據堿礦成分的不同，天然堿法生產(chǎn)工藝主要分為蒸發(fā)法和碳化法兩種。對于以晶堿石（Na2CO3？NaHCO3？2H2O）為主要成分的天然堿礦，一般采用蒸發(fā)法生產(chǎn)工藝，通過(guò)分解或中和的方式使晶堿石中的碳酸氫鈉分解，再蒸發(fā)提純制得純堿。對于堿、硝、鹽共生的泡堿型天然堿湖水或者主要成分為泡堿（Na2CO3？10H2O）的固體礦，一般采用鹵水碳化法生產(chǎn)工藝，提取天然鹵水進(jìn)行碳化、干燥和煅燒，生產(chǎn)出純堿。
（三）輕堿制重堿工藝
無(wú)論是合成堿法還是天然堿法，生產(chǎn)出來(lái)的純堿均為輕堿。輕堿經(jīng)再加工制得重堿。目前，主流的加工工藝有水合法和擠壓法兩種。水合法是將輕堿加水結晶生成一水合碳酸鈉，再加熱趕出結晶水，制得的重堿保留了結晶的形態(tài)，結構比輕堿更為密實(shí)。擠壓法采用純機械在兩輥之間通過(guò)高壓將輕堿擠壓成薄而硬的堿餅，然后破碎堿餅篩選出最佳粒度，再將過(guò)粗的顆粒重新破碎，過(guò)細的顆粒重返擠壓，即制得重堿。
【11.9-11.16】純堿價(jià)格與市場(chǎng)行情預測_河南金山化工集團
