摘要
烧碱学名氢氧化钠(Sodium Hydroxide),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,吸收二氧化碳发生质变。烧碱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,按存在形式分为液碱和固碱两种,广泛应用于金属冶炼、纸浆、印染、化纤、水处理、石油精制、棉织品整理、煤焦油产物的提纯、食品和木材加工以及机械和化学工业等方面。 2021年,我国烧碱市场规模约950 亿元。
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烧碱的物理、化学性质
烧碱有固体和液体两种形态,固体烧碱呈白色,有块状、片状、棒状、粒状,质脆;液体烧碱为无色透明液体。纯的无水氢氧化钠(固碱)为白色半透明、结晶状固体,极易溶于水,溶解度随温度的升高而增大,溶解时放出大量的热。烧碱水溶液有涩味和滑腻感,呈强碱性,能与酸性物质反应,具备碱的一切通性。
烧碱易溶于乙醇、甘油,但不溶于乙醚、丙酮、液氨,对纤维、皮肤、玻璃、陶瓷等有腐蚀作用,溶解时会放出热量;与无机酸发生中和反应也放出大量热,生成相应的盐类;与金属铝和锌、非金属硼和硅等反应放出氢气;与氯、溴、碘等卤素发生歧化反应;能从水溶液中沉淀金属离子成为氢氧化物;能使油脂发生皂化反应,生成相应的有机酸钠盐和醇,这是去除织物上油污的原理。
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烧碱的分类
工业烧碱执行《中华人民共和国国家标准 工业用氢氧化钠》(GB/T 209-2018)(以下简称国标)。国标将工业用氢氧化钠分为两大类,国标 IL(Liquid sodium hydroxide forindustrial use)为液体工业用氢氧化钠(通称液碱)。国标 IS(Solid sodium hydroxide for industrial use)为固体工业用氢氧化钠(通称固碱)。
根据氢氧化钠质量分数不同,烧碱又可分为30%液碱、32%液碱、45%液碱、48%液碱、49%液碱、50%液碱和73%固碱、95%固碱、96%固碱、98.5%固碱、99%固碱、99.5%固碱等系列产品
固碱从其形状上又可分为桶装固碱、片碱、粒碱。国内固碱市场以片碱为主,主要原因是片碱具有生产工艺简单、生产成本低、使用场景多、市场需求量大等优点。液碱根据氢氧化钠含量的不同,又可分为低浓度碱和高浓度碱,浓度达到 45%及以上的液碱可称为高浓度碱。目前国内低浓度碱的主流规格为32%离子膜碱,高浓度碱的主流规格为50%液碱,二者市场认可度较高。
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烧碱的主要用途
烧碱广泛应用于金属冶炼、纸浆、印染、化纤、水处理、石油精制等领域。
化学工业
氢氧化钠的活泼的化学性质决定了这一产品在大量的化学反应中是不可缺少的重要物质。氢氧化钠是生产聚碳酸酯,超级吸收质聚合物,沸石,环氧树脂,磷酸钠,亚硫酸钠和大量钠盐的重要原材料之一。
纸浆和造纸
氢氧化钠在造纸工业中发挥着重要的作用。由于其碱性特质,它被用于煮和漂白纸页的过程。
食品工业
氢氧化钠可以被广泛使用于下列生产过程:容器的清洗过程;淀粉的加工过程;羧甲基纤维素的制备过程。
水处理
氢氧化钠被广泛应用于水处理。在污水处理厂,氢氧化钠可以通过中和反应减小水的硬度。在工业领域,是离子交换树脂再生的再生剂。
人造纤维和纺织
在纺织工业中,氢氧化钠被用于纤维的最终处理和染色。主要用途 :丝光处理法人造纤维
冶金
用于处理铝土矿,在铝土矿中含有氧化铝,铝金属即存在于氧化铝中。由于工艺技术的提高,氧化铝(矾土)是世界上使用第二多的金属。氢氧化钠还被用于生产锌合金和锌锭。
肥皂和洗涤
工业火碱一直被用于传统的生活用途,直到今天,肥皂、香皂和其它种类的洗涤用品对烧碱的需求量依然占烧碱的15%左右。制造肥皂是烧碱最古老和最广泛的用途,在制造肥皂的过程中,烧碱被用来中和脂肪酸。同时,烧碱也被用于生产各种洗涤剂的过程当中。
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烧碱的生产工艺
离子交换膜法技术是当今世界的主流生产方法,中国市场以离子交换膜法为主,产能在中国烧碱总产能中占比达99.65%。此方法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,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、固碱生产六道工序。
通过将二次精制的盐水电解,于阳极室生成氯气,阳极室盐水中的钠离子通过离子膜进入阴极室与阴极室的OH-生成氢氧化钠,H+直接在阴极上放电生成氢气。电解过程中向阳极室加入适量的高纯度盐酸以中和返迁的OH-,阴极室中加入所需纯水。在阴极室生成的高纯烧碱浓度为30%~32%,可以直接作为液碱产品。整个反应原理的化学方程式如下:2NaCl+2H₂O=2NaOH+H₂↑+Cl₂↑
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烧碱的包装、存储和运输
出厂的烧碱产品外包装上应有明显牢固的标志,内容包括:企业名称、地址、产品名称、执行标准号、规格型号、生产日期和批号、净质量和生产许可证编号及《危险货物包装标志》(GB190-2009)中规定的“腐蚀性物品” 标志,固碱还应有《包装储运图示标志》(GBT191-2008)规定的“怕雨” 标志。通常烧碱的运输采用,管道运输、汽运、铁运、水运的方式。通常, 园区内采用管道运输,300公里内采用汽运,距离较远可采用船运或铁路运输。一般32%液碱使用普通碳素钢储罐槽罐车,50%液碱储罐需使用含镍不锈钢储罐槽罐车。此外,液碱、固碱运输车辆均需配备危险品标识和押运员。
烧碱被《危险货物品名表》(GB12268-2012)划为第8.2 类碱性腐蚀品,属八级危险品,危规编码:1823,具有极强的腐蚀性。从事烧碱生产、贸易、运输等业务,需要具有危险品经营许可证。由于烧碱,有强烈刺激和腐蚀性。因此,操作人员工作时
必须穿戴工作服、口罩、防护眼镜、橡皮手套、橡皮围裙、长筒胶靴等防护用品;应涂以中性和疏水软膏于皮肤上;工作现场严禁吸烟、进食和饮水,生产车间应通风良好。
一般,液碱储存在储罐当中。罐容一般在4000~7000立方米不等。32%的液碱使用普通碳素钢储罐,内层涂有抗腐蚀保护膜。50%的液碱储罐使用含镍不锈钢储罐,且多具备保温装置。固态碱,多采用袋装包装,且由于其活泼的化学属性,一般存储在通风、干燥、清洁的库房,且不得与易燃物和酸类存储。