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一、什么是烧碱
烧碱学名氢氧化钠,化学式为NaOH,俗称火碱、苛性钠,是一种具有强腐蚀性的强碱,常温下为白色晶体,易溶于水(溶于水时放热)并形成碱性溶液;另有潮解性,易吸收空气中的水蒸气发生潮解,吸收二氧化碳发生变质。是国民经济基础性化工原材料,与纯碱同为“三酸两碱”中的两碱之一,用途十分广泛。
烧碱的存在形式一般分为液碱和固碱两种。液碱即氢氧化钠溶液,按质量分数划分为30%碱、32%液碱、50%液碱等。其中烧碱期货的基础交割品为32%液碱,替代交割品为50%液碱。固体烧碱简称固碱,主要外观形态为片状。按氢氧化钠质量分数可分为73%固碱、95%固碱等系列产品,含碱量相对液碱更高。
由于烧碱的强腐蚀性及潮解性,它的存储及运输条件有一定要求。液碱在存储时需要液化罐,32%液碱使用内层涂有抗腐蚀保护膜的普通碳素钢储罐,50%液碱储罐使用含镍的不锈钢储罐,且大多具备保温装置。片碱目前多采用袋装,存储在通风、干燥、清洁的库房,不与易燃物和酸类一起存储。
从运输方式看可分为管道运输、汽运、铁运、水运。园区内采用管道运输,公里内采用汽运,距离较远可采用船运或铁路运输。液碱、固碱运输车辆均需配备危险品标识和押运员,运输时需要槽罐车或散装船只,需注意防潮、防雨,存储时也要注意防潮、防雨和密封。
二、烧碱制备工艺
烧碱制备方法可分为两种,一种是化学法或称为苛化法,另一种是电解法。
苛化法主要以纯碱溶液与石灰(固体或石灰乳)为原料。由于苛化法制得的烧碱纯度低、经济效益差,目前只有少数国家有小规模的生产。年前后,我国碱矿资源有限、苛化法产量较小,国家政策予以限制,所以我国企业全面淘汰该生产工艺。
根据电解槽结构、电解材料和隔膜材料的区别,电解法又分为隔膜电解法、水银法和离子交换膜法。
隔膜电解法主要工序包括盐水精制、盐水电解、电解液蒸发、氯气处理、氢气处理和废气吸收工序。因隔膜电解法缺点明显:产品纯度低、环境污染大等;目前已被取代。国内隔膜法使用小型槽作为电解槽,10万吨/年的生产规模需安装至个电解槽,占地面积大、不利于集中管理,且系统电能损耗量大。同时,因为我国采用固定盒式金属阳极隔膜电解槽及普通石棉隔膜,运行电流密度较低,直流电耗较高。在废物处理方面,隔膜法在更换隔膜时冲洗下的碱性废水、含氯废水、电解槽内的料液应进行处理和循环使用;然而对于以上废弃物,我国生产企业多直接未经处理而废气排放。
目前,离子交换膜电解法制烧碱工艺成熟,为主流生产方法。离子交换膜法,是用有选择性的离子交换膜来分割阳极和阴极。这种离子交换膜是一种半透膜,只允许钠离子和水通过。中国烧碱工业主要采用离子交换膜法,其工艺流程主要分为:整流、盐水精制、电解、氯氢处理、液碱蒸发、固碱生产六个工序。与隔膜法相比,离子膜法对环境污染小、投资少、单位能耗更低。离子膜电解槽具有更强的选择性,能够得到高纯度的电解液。不但降低了直流电耗,而且使电解液蒸发过程中的蒸汽消耗量大幅降低。且离子膜法蒸发步骤简便,成品中氢氧化钠含量高,氯化钠杂质含量低,仅为0.%。