1、制碱工业的发展 远在几千年前,劳动人民就有使用碱的知识,在没有工业方法生产碱以前人们所需要的碱都取自天然碱和草木灰。至于应用化学方法制取纯碱,还只是近两百年的事情。1、路步兰法1791年,法国人路步兰成功地研究出以食盐为原料的制碱法,即路步兰法,该发首先用硫酸和食盐制取硫酸钠、石灰石和炭,按100:100:35.5的重量比混合,在反射炉或回转炉内煅烧(9501000C),生成熔块(黑灰),再经浸取、蒸发、短少等过程而得到纯碱。产品中含碳酸钠约为95%左右。 该法的主要化学反应为: H2SO4+2NaCl =Na2SO4+2HCl Na2SO4+ CaCO3+2C Na2CO3+CaS+2CO2
2、 制取硫酸钠时产生的氯化氢气体,经水吸收制成或用氧化法制成氯气。浸取“黑灰”后的废渣,经与二氧化碳作用可得到硫化氢;从硫化氢中可回收硫磺。路步兰法盛行一时。但其放的主要生产过程系在固相中进行,并且需要高温,生产不能、连续,原料利用不充分,设备腐蚀严重。因此,人们除了改进路步兰法之外,又在探索新的制碱方法。 2、氨碱法(索尔维法) 1861年,比利时人索尔维综合前人的工作并实现了改进,于1863年实现索尔维法制碱,即氨碱法。该法以食盐、石灰石为原料,借氨的媒介作用,经石灰石煅烧,盐水精制、吸氨、碳酸化,碳酸氢钠过滤、煅烧,母液蒸馏等工序制得纯碱。氨碱法生产过程主要工序的基本化学反应如下: (1)
3、石灰乳的制备:CaCO3CaO+ CO2 CaO+H2O=Ca(OH)2 (2) 盐水 吸氨、碳酸化,生成碳酸氢钠和氯化铵: NaCl+NH3+ CO2+H2O= NaHCO3+NH4Cl(3) 碳酸氢钠(重碱)煅烧制得纯碱;分解出二氧化碳循环使用: 2NaHCO3 Na2 CO3CO2 H2O (4)氯化铵母液加石灰乳蒸馏,回收氨:2 NH4Cl+Ca(OH)2 = 2CaCl2+2NH3+H2O 氨碱法生产纯碱其主要化工过程:以氨和二氧化碳与氯化钠(食盐)水溶液反应,生成碳酸氢钠和氯化铵,将碳酸氢钠结晶煅烧制得纯碱;氯化铵母液蒸馏回收氨循环使用。 氨碱法具有原料普遍易得,价格低廉,生产连续
4、,产品纯度高(含碳酸钠98.5%以上),适合大规模工业生产等优点。但仍然存在两个缺点:其一,氯化钠的利用率低,氯化钠的转化率在理论上可以达到84%,实际生产中由于氯化钠在氨水中的溶解度和碳酸化反应速率的限制,工业上一般只能达到72%76%氯化钠只利用了其中的部分钠离子,24%28%的钠离子和全部的氯离子被废弃。氯化钠的总利用率不足30%。其二,废液的处理问题。每生产1 吨碱约有10米3左右的废液排除,难以处理。因此,此法生产纯碱成本太高。3、联合制碱法(侯氏制碱法)在创新中不断提升对于氨碱法中所存在的缺点,长期以来国内外科学工作者,不遗余力地合理的解决办法。一种比较理想的方法是将氨、碱两大工业联合生产,以氯化钠、合成氨及生产合成氨的副产物二氧化碳为原料,同时生产纯碱和氯化铵两种产品。称为“联合生产纯碱和氯化铵的方法”或“联合制碱法”。1942年我国化学家侯德榜同志综合了我国实验研究的结果,结合他多年的实践经验,提出了比较完整的联合制碱流程,科学地把合成氨工艺与制碱工艺联合起来,同时生产纯碱和氯化铵,称“联合制碱法”,但是,在本帝国主义和国民党反动派的破坏下,这项技术没有得到发展,直到解放后才得以大力的推广,于1964年经国家技术鉴定后投入大规模的工业生产。