纯碱工业的发展历程

纯碱制造工艺的发展历程纯碱，化学名叫做碳酸钠，俗名苏打。化学式：Na2CO3，普通情况下为白色粉末，为强电解质。密度为2.532g/cm3，熔点为851 C，易溶于水，具有盐的通性。纯碱是一种重要的基本化工原料，广泛应用于建材、轻工、化工、冶金、纺织等工业部 门和人们的日常生活。在建材方面主要用于制造平板玻璃；在轻工方面主要用于洗衣粉、三 聚磷酸钠、保温瓶、灯泡、白糖、塘瓷、皮革、日用玻璃、造纸等；在化工方面主要用于苛 化烧碱、小苏打、红矾钠、硝酸钠、亚硝酸钠、硅酸钠、硼砂等；在冶金方面主要用作冶炼 助熔剂等。另外，纯碱还可用于显像管、石油、医药、国防军工等部门。早期纯碱都是取自天然的植物碱或矿物碱，由于技术落后，产量很低，渐渐地无法满足 人们的生活需求。随着18世纪中期工业革命从英国开始后，纺织、印染、造纸、制皂和玻 璃等工业需求的碱量剧增，单靠从植物碱和矿物碱提取的碱明显不足，人工制碱在这个时候 诞生了。一、吕布兰法1. 产生背景1783 年，法国科学院以 1200 法郎高额奖金悬赏征求制造纯碱的方法。 1789 年，法国奥 尔良地区封建主公爵的侍从医生吕布兰(N . Leblanc,17421806 )成功地创造了一种制碱 的方法,1791年获得专利，建立起日产250300 kg的碱厂。吕布兰制碱法所用的原料主要 有食盐、硫酸、木炭和石灰石。直到20世纪20年代被索尔维法所取代。2. 生产工艺第一步利用硫酸将食盐转变为硫酸钠：2NaCl + H2SO4=Na2SO4 + 2HCl第二步将硫酸钠与木炭、石灰石在炉中共热。炉中硫酸钠与木炭作用后生成硫化钠和一 氧化碳：Na2SO4 + 4C=Na2S + 4COf接着硫化钠与石灰石（CaCO3 ）进行反应，生成碳酸钠和硫化钙：Na2S + CaCO3=Na2CO3 + CaS由于产物中混有未反应的黑炭，因此产物成黑色灰状物，称为黑灰。黑灰中含 40%45% 的碳酸钠。第三步将黑灰用水浸取，溶液经浓缩后碳酸钠结晶析出。硫化钙不易溶于水，沉淀成渣 子被弃掉。吕布兰制碱法掀起了化工制碱，解决了当时严重缺碱的现象，促进了社会发展，具有跨 时代的意义。但是由于副产物CaS、HCl未能得到有效的回收，给环境造成了严重影响，产 生了不小的负面影响，为了更好的可持续性发展，对吕布兰法的革新迫在眉睫。1836 年肥皂制造商科塞（ WGossage， 17991877）创造用焦炭填充的洗涤塔。在塔 内使从塔底上升的氯化氢气体被下降的水吸收，制得盐酸。1866 年生产工作者迪肯（ HDeacon， 18221876）和胡尔特（ FHurter， 18441896） 将此氯化氢气体与预热的空气混合通过铜和锰的氧化物，生成氯气：4HCl + O2=2H2O + 2Cl2然后将氯气通入石灰水中，得到漂白液：2Cl2 + 2Ca（OH）2=Ca（ClO）2+ CaCl2 + 2H2O工业化学家钱斯（ AMChance， 18441917）将含有二氧化碳的烟道气通入生产废 料中，使废料硫化钙转变成硫化氢，然后用氧气氧化成硫磺：CaS + CO2 + H2O=CaCO3 J+ H2S2h2S + O2=2SJ+ 2H2O对吕布兰法进行革新后污染物减少了，有用副产品增加了，此举大大推动了制碱业的发 展。3. 历史意义面临产业革命的急需，吕布兰法制纯碱等技术应运而生，这使已有的铅室法制硫酸也得 到发展，解决了纺织、玻璃、肥皂等工业对酸、碱的需要。有力的带动了工业浪潮的发展， 书写了化学史上新的篇章。二、索尔维制碱法1.产生背景欧内斯特索尔维（E.Ernest Solvay 1838-1922），比利时工业化学家。I860年索尔维到其叔父的煤气厂工作，研究煤气废液的用途。他想从废液中提取碳酸铵，但实验失败。 1861 年他又用氨溶液、二氧化碳与食盐混合制成碳酸钠（称为氨碱法），但不知此反应已为前人 发现过了。当年他获得比利时政府给他的专利，在布鲁塞尔开设一个小厂从事试验。 1863 年创办一个正式的制碱工厂，实现了氨碱法的工业化，此时他才知道以前已有人取得氨碱法 制碱的专利权，但均未能实现工业生产。索尔维制碱法在世界上获得迅速发展，到20世纪 20年代，已完全取代吕布兰制碱法。2.生产工艺第一步：使氨气通入饱和食盐水中而成氨盐水，再通入二氧化碳生成溶解度较小的碳酸 氢钠沉淀和氯化铵溶液。NaCl + NH3 + H2O + CO2=NaHCO3 J + NH4C1将经过滤、洗涤得到的NaHCO3微小晶体。第二步：加热煅烧制得纯碱产品。2NaHCO3=Na2CO3 + H2O + CO2f放出的二氧化碳气体可回收循环使用。第三步：含有氯化铵的滤液与石灰乳Ca（0H）2 混合加热，所放出的氨气可回收循环使用。CaO+ H2O=Ca(OH)22NH4C1 + Ca(OH)2=CaCl2 + 2NH3f + 2H2O逝 ITHi氨盐水过滬NaHCO s一 Os （彳使用）C1C0(H)aNHS（循环使用）段祓 C4dc,Nad石 A/tiJ.iO3历史意义氨碱法使生产实现了连续性生产，食盐的利用率得到提高（原盐利用率72%74% ）, 产品质量纯净，因而被称为纯碱，但最大的优点还在于成本低廉。1867年索尔维设厂制造 的产品在巴黎世界博览会上获得铜制奖章，此法被正式命名为索尔维法。此时，纯碱的价格 也大大降低了，有利于化工产业链的良性发展。后被更为先进的侯氏制碱法取代。三、联合制碱法1产生背景1862年，比利时人索尔维（Ernest Solvay 18381922 ）发明了以食盐、氨、二氧化 碳为原料制取碳酸钠的“索尔维制碱法”（又称氨碱法）。此后，英、法、德、美等国相继建 立了大规模生产纯碱的工厂，并组织了索尔维公会，对会员以外的国家实行技术封锁。第- 次世界大战期间，欧亚交通梗塞。由于我国所需纯碱都是从英国进口的，一时间纯碱非常 缺乏，一些以纯碱为原料的民族工业难以生存。1917年，爱国实业家范旭东在天津塘沽创 办了永利碱业公司决心打破洋人的垄断，生产出中国的纯碱。他聘请正在美国留学的侯德 榜先生出任总工程师。1920年，侯德榜先生毅然回国任职。他全身心地投入制碱工艺和设 备的改进上，终于摸索出了索尔维法的各项生产技术。1924年8月，塘沽碱厂正式投产。终 于在1926年生产出合格的纯碱。