烧碱专题系列研究(一) 烧碱基础知识介绍
烧碱的定义
烧碱学名氢氧化钠,化学式为NaOH,俗称火碱、苛性钠,是一种具有强腐蚀性的强碱,常温下为白色晶体,易溶于水(溶于水时放热)并形成碱性溶液,另有潮解性,易吸收空气中的水蒸气发生潮解,吸收二氧化碳发生变质。烧碱是国民经济基础性化工原材料,与纯碱同为“三酸两碱”中的两碱之一,按存在形式主要有液碱和固碱两种,广泛应用于氧化铝、纸浆、印染、化纤、水处理、金属冶炼、石油精制、棉织品整理、煤焦油产物的提纯、食品加工和木材加工以及机械工业和化学工业等方面。
分类与用途
分类
烧碱按存在形式一般分为液碱和固碱两种。根据氢氧化钠质量分数不同又可分为30%液碱、32%液碱、45%液碱、50%液碱和73%固碱、95%固碱、96%固碱、99%固碱、99.5%固碱等系列产品。固碱从其形状上又可分为桶装固碱、片碱、粒碱。国内固碱市场以片碱为主,主要原因是片碱具有生产工艺简单、生产成本低、使用场景多、市场需求量大等优点。
用途
烧碱是重要的基础化工原料,广泛应用在化学工业、纸浆生产和造纸、印染和化纤、冶金、肥皂和洗涤剂、环保等国民经济各行业。
在化学工业领域,烧碱是大量化学反应中不可缺少的重要物质。同时也是生产聚碳酸酯、超级吸收质聚合物、沸石、环氧树脂、磷酸钠、亚硫酸钠和大量钠盐的重要原材料之一。
在纸浆和造纸工业领域,烧碱作为助剂,可以去除纸浆中的木质素、碳水化合物和树脂等非纤维素,并中和其中的有机酸,制出以纤维素为主要成分的纸浆,提高纸张质量。
在印染和化纤工业领域,烧碱也有广泛应用。在印染工业中,烧碱可作为软水剂,提高印染环节的上色率和均匀度,并提高着色速度。在化纤工业中,烧碱可作为退浆剂,洗除棉纤维中无机盐类杂质;也可作为煮炼剂,去除大部分的天然杂质;也可被用作丝光剂,精炼提纯纤维素,改进织物的外观,提高织物的吸湿性。
在冶金工业领域,烧碱可以把矿石中的有效成分转变成可溶性的钠盐,以便除去其中不溶性的杂质。例如,烧碱溶液加温可以溶出铝土矿中的氧化铝,得到铝酸钠溶液,溶液与残渣(赤泥)分离后,降低温度,加入氢氧化铝作晶种,经长时间搅拌,铝酸钠分解析出氢氧化铝,洗净,并在950~1200℃温度下煅烧,便得氧化铝成品。又如冶炼钨时,也是首先将精矿和烧碱焙烧成可溶的钨酸钠后,再经酸析、脱水、还原等过程而制得粉末状钨。
在日常洗涤工业领域,肥皂、香皂和其他种类的洗涤用品对烧碱需求占比较大。肥皂属于高级脂肪酸的钠盐,一般是用油脂在略为过量的烧碱作用下进行皂化而制得的。烧碱也被用于生产各种洗涤剂、洗衣粉等。
在环保领域,烧碱主要用于水处理行业,通过中和反应降低水的硬度、调节水的PH值;可以和废水中的酸性物质发生中和反应生成无害的盐和水,也可通过吸附沉淀消除水中的重金属离子。
生产工艺
烧碱有两种生产方法,一种是化学法或称为苛化法,另一种是电解法。苛化法主要以纯碱溶液与石灰(固体或石灰乳)为原料。在19世纪末电解法出现之前,苛化法一直是世界上生产烧碱的主要方法。但由于苛化法制得的烧碱纯度低、经济效益差,目前只有少数国家有小规模的生产。目前烧碱生产主要为电解法,因电解法生产烧碱产品稳定性较高,且经济性高于苛化法。电解法主要原料为原盐,相较苛化法,在供应稳定性及价格方面都有较大优势。
苛化法
苛化法以纯碱溶液与石灰(固体或石灰乳)为原料,通过苛化反应生成烧碱,反应式如下:
Na2CO3+Ca(OH)2=2NaOH+CaCO3↓
苛化法生产过程分为:化碱、苛化、澄清、蒸发四个工序。具体工艺原理为:分别将纯碱化碱制成纯碱溶液,和将石灰制成石灰乳,于99~101℃进行苛化反应,苛化液经澄清、蒸发浓缩至40%以上,制得液体烧碱。将浓缩液进一步熬浓固化,制得固体烧碱成品。苛化泥用水洗涤,洗水用于化碱。
电解法
电解法主要原料为原盐,根据电解槽结构、电解材料和隔膜材料的区别,电解法又分为隔膜法、水银法和离子交换膜法。水银法由于对环境污染较大已被淘汰,隔膜法由于能耗较高及产品质量较低的原因,国内也基本淘汰,仅有个别厂家保留隔膜碱装置用来配套自身下游产品,不做对外销售。离子交换膜法技术是当今世界的主流生产方法,中国市场以离子交换膜法为主,产能在中国烧碱总产能中占比达99.65%。
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