纯碱的生产方法

（一）布置任务

归纳当前国内外纯碱工业生产的方法、反应原理。

（二）任务总结

1．芒硝制碱法——路布兰法。

这是世界上最早实现碳酸钠工业生产的一种方法。

（1）用硫酸将食盐转变成硫酸钠。

NaCl＋H2SO4—→NaHSO4＋HCl↑

NaCl＋NaHSO4—→Na2SO4＋HCl↑

（2）将硫酸钠与木炭、石灰石一起加热，反应生成碳酸钠和硫化钙。

Na2SO4＋2C—→Na2S＋2CO2↑

Na2S＋CaCO3—→Na2CO3＋CaS

该方法的缺点是原料利用不充分、成本较高，设备腐蚀严重等。直到19世纪60年代后逐渐被氨碱法所取代。

2．氨碱法——索尔维制碱法。

氨碱法是以碳酸钙和氯化钠为原料生产碳酸钠（副产物为氯化钙）的过程。尽管食盐和碳酸钙是生产纯碱最廉价的原料，但食盐和碳酸钙并不能直接发生反应而生成碳酸钠，必须通过中间产物作为过渡。

索尔维发明的氨碱法以食盐、氨（来自炼焦副产品）和二氧化碳（来自碳酸钙）为原料，通过一系列反应来生产碳酸钠。

（1）生成碳酸氢钠和氯化铵。

将二氧化碳通入含氨的饱和食盐溶液中，可得到碳酸氢钠和氯化铵。

NH3＋CO2＋H2O —→NH4HCO3

NaCl＋NH4HCO3—→NaHCO3＋NH4Cl

（2）制取碳酸钠。

2NaHCO3—→Na2CO3＋CO2↑＋H2O↑

氨碱法生产原料如图4－1所示。

图4－1　氨碱法生产原料示意图

优点：原料便宜，成品纯度高，氨和部分二氧化碳可循环使用，制作步骤简单。

不足：氯化钠利用率低，约70%，产生了当时认为无用的氯化钙。

3．联合制碱法——侯氏制碱法。

联合制碱法是我国化学工程专家侯德榜（1890—1974）于1943年创立的，将氨碱法和合成氨法两种工艺联合起来，同时生产纯碱和氯化铵两种产品的方法，原料是食盐、氨和二氧化碳（合成氨厂用水煤气制取氢气时的废气）。

联合制碱法的化学反应原理为

C＋H2—→O CO＋H2

CO＋H2—→O CO2＋H2

联合制碱法包括两个过程：第一个过程与氨碱法相同，将氨通入饱和食盐水而成氨盐水，再通入二氧化碳生成碳酸氢钠沉淀，经过滤、洗涤得NaHCO3微小晶体，再煅烧制得纯碱产品，其滤液是含有氯化铵和氯化钠的溶液。第二个过程是从含有氯化铵和氯化钠的滤液中结晶沉淀出氯化铵晶体。由于氯化铵在常温下的溶解度比氯化钠要大，低温时的溶解度则比氯化钠小，而且氯化铵在氯化钠的浓溶液里的溶解度要比在水里的溶解度小得多，所以在低温条件下，向滤液中加入细粉状的氯化钠并通入氨气，可以使氯化铵单独结晶沉淀析出，经过滤、洗涤和干燥即得氯化铵产品。此时滤出氯化铵沉淀后所得的滤液，已基本上被氯化钠饱和，可回收循环使用。

优点：联合制碱法不仅提高了食盐的利用率（达98%），由于把制碱和制氨的生产联合起来，省去了石灰石煅烧产生CO2和蒸氨的设备，从而节约了成本，大大提高了经济效益。