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(chǔ)化工原料和“三酸兩堿”中的兩堿之一，廣泛地應(yīng)用于建材、石油化工、冶金、食品、紡織、國(guó)防、醫(yī)藥等國(guó)民經(jīng)濟(jì)諸多領(lǐng)域，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(jié)塊。含有結(jié)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(jié)合成碳酸氫根離子，導(dǎo)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(wěn)定性較強(qiáng)，但高溫下也可分解生成氧化鈉和二氧化碳。長(zhǎng)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(yīng)。與酸可發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，如遇足量鹽酸時(shí)，生成氯化鈉和碳酸，不穩(wěn)定的碳酸立刻分解成二氧化碳和水，碳酸鈉與其他種類的酸也能發(fā)生類似的反應(yīng)。與鹽可發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，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(fù)分解反應(yīng)，生成沉淀和氫氧化鈉，工業(yè)上會(huì)用這種反應(yīng)制備燒堿（氫氧化鈉），俗稱苛化法。

二、純堿的分類及用途

（一）純堿的分類

1、根據(jù)密度的不同，純堿主要分為輕質(zhì)純堿（以下簡(jiǎn)稱輕堿）和重質(zhì)純堿（以下簡(jiǎn)稱重堿），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(jié)晶粉末狀；重堿密度為1000-1200kg/ m3，呈白色細(xì)小顆粒狀。與輕堿相比，重堿具有堅(jiān)實(shí)、顆粒大、密度高、吸濕低、不易結(jié)塊、不易飛揚(yáng)、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(jù)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(zhí)行的是中華人民共和國(guó)頒發(fā)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 210-2004《工業(yè)碳酸鈉及其試驗(yàn)方法》（以下簡(jiǎn)稱國(guó)標(biāo)），包括GB/T210.1-2004《工業(yè)碳酸鈉及其試驗(yàn)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(yàn)方法第2部分工業(yè)碳酸鈉試驗(yàn)方法》。食用純堿執(zhí)行的是GB1886-1992《食品添加劑碳酸鈉》標(biāo)準(zhǔn)，在達(dá)到工業(yè)純堿的低鹽堿標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，增加了砷和重金屬的含量限制。
 

重質(zhì)純堿

3、根據(jù)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(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，普通堿氯化鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤1.20％；低鹽堿氯化鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤0.90％；超低鹽堿氯化鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤0.70％；特殊低鹽堿氯化鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤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(yīng)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（俗稱泡花堿、水玻璃）、碳酸氫鈉（俗稱小蘇打）、氟化鈉、重鉻酸鹽等產(chǎn)品。

三是印染冶金領(lǐng)域，純堿充當(dāng)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(tuán)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(yīng)用于味精、醬油的生產(chǎn)。

此外，純堿也廣泛地應(yīng)用于環(huán)保脫硫、醫(yī)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。隨著工業(yè)發(fā)展，原始的純堿提取方式已經(jīng)不能滿足用堿需求，大規(guī)模工業(yè)制堿生產(chǎn)工藝應(yīng)運(yùn)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(guó)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(guī)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售困難。

第二階段：氨堿法

19世紀(jì)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，故又稱氨堿法。氨堿法原料價(jià)廉易得，生產(chǎn)連續(xù)，產(chǎn)品純度高，適合大規(guī)模生產(chǎn)，至20世紀(jì)初，逐漸取代路布蘭制堿法。

第三階段：聯(lián)堿法

20世紀(jì)三十年代，我國(guó)“現(xiàn)代化工先驅(qū)”制堿專家侯德榜博士結(jié)合國(guó)內(nèi)實(shí)際生產(chǎn)情況，經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，研制出侯氏制堿法（Hou's Process），也稱為聯(lián)合制堿法或聯(lián)堿法。該方法將合成氨廠和純堿廠建在一起，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(jī)地結(jié)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(yīng)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，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(yīng)過(guò)程；而氧化鈣與水反應(yīng)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(yīng)過(guò)程。

氨堿法的局限主要表現(xiàn)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(dá)到75％，其余的都隨廢液和廢渣排出。據(jù)統(tǒng)計(jì)，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(qiáng)。因此，采用氨堿法生產(chǎn)的純堿企業(yè)一般都沿?；蜓睾硬季郑S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(yīng)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(yīng)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(yīng)原料循環(huán)使用。

此外，由于和合成氨廠聯(lián)合生產(chǎn)，聯(lián)堿法反應(yīng)中的氨氣和二氧化碳都可以由合成氨廠直接提供。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(yīng)生成二氧化碳。

聯(lián)堿法在氨堿法工藝基礎(chǔ)上改進(jìn)發(fā)展而來(lái)，與氨堿法相比主要有以下優(yōu)勢(shì)：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(yùn)礦和石灰窯等一系列輔助設(shè)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(duì)復(fù)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(rùn)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(guó)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(guó)第一次利用西爾斯湖（Searles Lake）的天然堿嘗試大規(guī)模生產(chǎn)純堿。1938年，美國(guó)山間燃料供應(yīng)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(xiàn)了世界最大的天然堿礦，之后美國(guó)純堿工業(yè)以其得天獨(dú)厚的天然堿資源優(yōu)勢(shì)迅速發(fā)展起來(lái)。至1976年，美國(guó)通過(guò)天然堿法產(chǎn)出的純堿占其國(guó)內(nèi)總產(chǎn)量的70％，到1982年該比例高達(dá)94％，之后美國(guó)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(guó)、中國(guó)、土耳其、墨西哥和非洲南部等少數(shù)國(guó)家和地區(qū)，其中美國(guó)、土耳其和中國(guó)是主要的天然堿法生產(chǎn)國(guó)。天然堿法工藝的應(yīng)用受限于資源的地理位置、供應(yīng)等基礎(chǔ)條件，與其他兩種主流生產(chǎn)工藝相比，最大優(yōu)勢(shì)在于成本較低。

2、天然堿法生產(chǎn)工藝

根據(jù)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(duì)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(duì)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(jié)晶生成一水合碳酸鈉，再加熱趕出結(jié)晶水，制得的重堿保留了結(jié)晶的形態(tài)，結(jié)構(gòu)比輕堿更為密實(shí)。擠壓法采用純機(jī)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(xì)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(yù)測(cè)_河南金山化工集團(tuán)