純堿的工業(yè)制取

索爾維制堿法與侯氏制堿法（也叫做氨堿法與聯(lián)堿法）

無水碳酸鈉，俗名純堿、蘇打。它是玻璃、造紙、肥皂、洗滌劑、紡織、制革等工業(yè)的重要原料，還常用作硬水的軟化劑，也用于制造鈉的化合物。它的工業(yè)制法主要有氨堿法和聯(lián)合制堿法兩種。

一、氨堿法（又稱索爾維法）

它是比利時工程師蘇爾維（1838～1922）于1892年發(fā)明的純堿制法。他以食鹽（氯化鈉）、石灰石（經(jīng)煅燒生成生石灰和二氧化碳）、氨氣為原料來制取純堿。先使氨氣通入飽和食鹽水中而成氨鹽水，再通入二氧化碳生成溶解度較小的碳酸氫鈉沉淀和氯化銨溶液。其化學(xué)反應(yīng)原理是：NaCl＋NH3＋H2O＋CO2＝NaHCO3↓＋NH4Cl

將經(jīng)過濾、洗滌得到的NaHCO3微小晶體，再加熱煅燒制得純堿產(chǎn)品。2NaHCO3＝Na2CO3＋H2O＋CO2↑放出的二氧化碳氣體可回收循環(huán)使用。含有氯化銨的濾液與石灰乳[Ca(OH)2]混合加熱，所放出的氨氣可回收循環(huán)使用。CaO＋H2O＝Ca(OH)2，2NH4Cl＋Ca(OH)2＝CaCl2＋2NH3↑＋2H2O其工業(yè)生產(chǎn)的簡單流程如圖所示。

氨堿法的優(yōu)點是：原料（食鹽和石灰石）便宜；產(chǎn)品純堿的純度高；副產(chǎn)品氨和二氧化碳都可以回收循環(huán)使用；制造步驟簡單，適合于大規(guī)模生產(chǎn)。但氨堿法也有許多缺點：首先是兩種原料的成分里都只利用了一半——食鹽成分里的鈉離子（Na＋）和石灰石成分里的碳酸根離子（CO32－）結(jié)合成了碳酸鈉，可是食鹽的另一成分氯離子（Cl－）和石灰石的另一成分鈣離子（Ca2＋）卻結(jié)合成了沒有多大用途的氯化鈣（CaCl2），因此如何處理氯化鈣成為一個很大的負擔(dān)。氨堿法的最大缺點還在于原料食鹽的利用率只有72％～74％，其余的食鹽都隨著氯化鈣溶液作為廢液被拋棄了，這是一個很大的損失。

二、聯(lián)合制堿法（又稱侯氏制堿法）

它是我國化學(xué)工程專家侯德榜（1890～1974）于1943年創(chuàng)立的。是將氨堿法和合成氨法兩種工藝聯(lián)合起來，同時生產(chǎn)純堿和氯化銨兩種產(chǎn)品的方法。原料是食鹽、氨和二氧化碳——合成氨廠用水煤氣制取氫氣時的廢氣。其化學(xué)反應(yīng)原理是：C＋H2O＝CO＋H2 CO＋H2O＝CO2＋H2

聯(lián)合制堿法包括兩個過程：第一個過程與氨堿法相同，將氨通入飽和食鹽水而成氨鹽水，再通入二氧化碳生成碳酸氫鈉沉淀，經(jīng)過濾、洗滌得NaHCO3微小晶體，再煅燒制得純堿產(chǎn)品，其濾液是含有氯化銨和氯化鈉的溶液。第二個過程是從含有氯化銨和氯化鈉的濾液中結(jié)晶沉淀出氯化銨晶體。由于氯化銨在常溫下的溶解度比氯化鈉要大，低溫時的溶解度則比氯化鈉小，而且氯化銨在氯化鈉的濃溶液里的溶解度要比在水里的溶解度小得多。所以在低溫條件下，向濾液中加入細粉狀的氯化鈉，并通入氨氣，可以使氯化銨單獨結(jié)晶沉淀析出，經(jīng)過濾、洗滌和干燥即得氯化銨產(chǎn)品。此時濾出氯化銨沉淀后所得的濾液，已基本上被氯化鈉飽和，可回收循環(huán)使用。其工業(yè)生產(chǎn)的簡單流程如圖所示。

聯(lián)合制堿法與氨堿法比較，其最大的優(yōu)點是使食鹽的利用率提高到96％以上，應(yīng)用同量的食鹽比氨堿法生產(chǎn)更多的純堿。另外它綜合利用了氨廠的二氧化碳和堿廠的氯離子，同時，生產(chǎn)出兩種可貴的產(chǎn)品——純堿和氯化銨。將氨廠的廢氣二氧化碳，轉(zhuǎn)變?yōu)閴A廠的主要原料來制取純堿，這樣就節(jié)省了堿廠里用于制取二氧化碳的龐大的石灰窯；將堿廠的無用的成分氯離子（Cl－）來代替價格較高的硫酸固定氨廠里的氨，制取氮肥氯化銨。從而不再生成沒有多大用處，又難于處理的氯化鈣，減少了對環(huán)境的污染，并且大大降低了純堿和氮肥的成本，充分體現(xiàn)了大規(guī)模聯(lián)合生產(chǎn)的優(yōu)越性。

碳酸鈉有什么用？

碳酸鈉（純堿） 化學(xué)式為Na2CO3，俗名純堿，又稱蘇打、堿灰，一種重要的化工基本原料，純堿工業(yè)的主產(chǎn)品。通常為白色粉末，高溫下易分解，易溶于水，水溶液呈堿性。純堿在潮濕的空氣里會潮解，慢慢吸收二氧化碳和水，部分變?yōu)樘妓釟溻c，所以包裝要嚴，否則會吸潮結(jié)塊，碳酸鈉與水生成Na2CO3·10H2O，Na2CO3·7H2O，Na2CO3·H2O三種水合物，其中Na2CO3·10H2O最為穩(wěn)定，且溶于水的溶解熱非常小。多應(yīng)用于照相行業(yè)，其商品名稱為碳氧。Na2CO3·10H2O又稱晶堿，以前，晶堿常用于家庭洗滌和洗羊毛，故又稱“洗濯堿”①。過去，我國民間習(xí)慣使用既能洗衣又能發(fā)面的“塊堿”，那是用純堿加大量水?dāng)嚢柚瞥傻模砑佑幸恍┬√K打（NaHCO3），其含水量在50%以上。碳酸鈉溶于水時呈吸熱反應(yīng)，在空氣中易風(fēng)化。Na2CO3·7H2O不穩(wěn)定，僅在32.5～36℃范圍內(nèi)才能從碳酸鈉飽和溶液中析出。碳酸鈉是弱酸強堿鹽。用化學(xué)方法制出的Na2CO3比天然堿純凈，人們因此稱它為“純堿”。

純堿的用途很廣，一般都是利用它的堿性。它可用于制造玻璃，如平板玻璃、瓶玻璃、光學(xué)玻璃和高級器皿；還可利用脂肪酸與純堿的反應(yīng)制肥皂；在硬水的軟化、石油和油類的精制、冶金工業(yè)中脫除硫和磷、選礦、以及銅、鉛、鎳、錫、鈾、鋁等金屬的制備、化學(xué)工業(yè)中制取鈉鹽、金屬碳酸鹽、漂白劑、填料、洗滌劑、催化劑及染料等均要用到它，在陶瓷工業(yè)中制取耐火材料和釉也要用到純堿。

純堿是一種重要的大噸位的化工原料。純堿生產(chǎn)有索爾維法①，侯氏制堿法②和天然堿加工法等，所用原料因加工方法不同而異。主要原料為原鹽（包括海鹽、池鹽、礦鹽及地下鹵水）、天然堿、石灰石、氨等。中國主要純堿廠有大連化工公司堿廠，天津堿廠，青島堿廠，自貢鴻鶴化工總廠，湖北省化工廠。