纯碱的生产历史 PDF

**纯碱的生产历史** 侯氏制碱法的目的是得到Na~2~CO~3~。Na~2~CO~3~有什么用？为什么要制备它呢？ Na~2~CO~3~俗称纯碱或苏打，是最基本的化工原料之一。不同的历史时期，用途有所变化。在很早以前，人们需要Na~2~CO~3~主要用于洗濯和制造玻璃。美国曾将Na~2~CO~3~产量的40%用于发酵粉配方，15%用于化学试剂生产，12%用于...

**纯碱的生产历史** 侯氏制碱法的目的是得到Na~2~CO~3~。Na~2~CO~3~有什么用？为什么要制备它呢？ Na~2~CO~3~俗称纯碱或苏打，是最基本的化工原料之一。不同的历史时期，用途有所变化。在很早以前，人们需要Na~2~CO~3~主要用于洗濯和制造玻璃。美国曾将Na~2~CO~3~产量的40%用于发酵粉配方，15%用于化学试剂生产，12%用于化学制药，10%用于灭火器中。现在，Na~2~CO~3~大量用于玻璃、搪瓷、肥皂、造纸、纺织和有色金属的冶炼。 Na~2~CO~3~在生活、生产中的需求量很大，但早期用碱的来源，不外是植物灰和碱湖水中的天然碱，但天然碱的产量和纯度，都不能满足人们的日常需要。Na~2~CO~3~的工业制法，历史上经历了3个阶段: 1. 硫酸钠法或路布兰(N. Leblanc)法 这种制备方法最早是法国人路布兰在1971年提出的。反应如下：2NaCl＋H~2~SO~4~Na~2~SO~4~＋2HCl，Na~2~SO~4~＋2CNa~2~S＋2CO~2~↑，Na~2~S＋CaCO~3~Na~2~CO~3~＋CaS。路布兰制碱法的生产过程在固相进行，难以实现 连续生产，不仅需要高温，还需要硫酸作为原料，导致设备腐蚀严重，原料没有充分利用，副产品多，产品质量不高。 2. 氨碱法或索尔维(E. Solvay)法 1861年比利时工程师索尔维提出了新的制碱方法------氨碱法，1867年正式命名为索尔维法。这种生产方法用食盐、石灰石和氨为原料，在气、液两相或气、液、固三相之间进行，工艺流程如图所示。其先将NH~3~通入饱和食盐水制成氨盐水，再向氨盐水中通入CO~2~来获得NaHCO~3~沉淀；析出的NaHCO~3~经过滤分离，再煅烧转化成产品纯碱。其中，"碳酸化"过程所需的CO~2~，既来自煅烧石灰石，又循环利用了煅烧NaHCO~3~过程中产生的CO~2~。由于索尔维法可以连续生产，生产能力大，原料利用率高，产品质量好，到20世纪初几乎完全取代了路布兰法，成为近代制碱工业的基础。 图1 氨碱法的流程图 2NaHCO~3~Na~2~CO~3~＋H~2~O＋CO~2~↑，CaCO~3~CaO＋CO~2~↑，CaO＋H~2~OCa(OH)~2~， 2NH~4~Cl+Ca(OH)~2~CaCl~2~＋2NH~3~↑＋2H~2~O 索尔维法的优点是：技术成熟，原料来源丰富且价廉，生产中产生的NH~3~和CO~2~，可以回收利用。缺点是：食盐的利用率低，仅有70%，约有30%的NaCl留在了NH~4~Cl母液中。且氨损失大，副产品CaCl~2~用处不大。 3. 联合制碱法或侯氏联碱法 20世纪初的中国，纯碱完全依赖进口。第一次世界大战期间，纯碱的进口价格一度上涨七八倍，对我国的国计民生造成了很大影响。1941年，我国著名化工学家侯德榜优化并改进了索尔维法，取得了巨大成功，并将其命名为侯氏联碱法。 侯氏制碱法与合成氨联合生产，充分利用合成氨工业提供的氨气、二氧化碳等原料，因此也称为"联合制碱法"，其工艺流程如图所示。它的最大特点是：滤去NaHCO~3~晶体后的母液是含有大量NH~4~Cl的NaHCO~3~饱和溶液，这时不用石灰回收氨，而是加人食盐使母液中的NH~4~C1结晶出来作为氮肥，并将最后留下的含有NaCl的母液循环使用再来制碱，把食盐的利用率从原来的70%一下子提高到98%，同时把用途较少、产值较小的副产品CaCl~2~改换为有用的主产品NH~4~Cl。需要特别说明的是:虽然侯氏制碱法是对索尔维法的改进，但在当时，掌握索尔维制碱法的国家为了独享技术成果，采取了严密的保密措施，许多研究此技术的专家都以失败告终。最终，侯德榜经过数百次实验，揭开了索尔维法的神秘面纱，将制碱技术发展到新的水平。但不同于索尔维法发明者的垄断行为，侯德榜将制碱法的全部技术和自己的实践经验写成专著《纯碱制造》，于1933年在美国以英文出版，让世界各国人民共享这一科技成果，赢得了国际化工界的高度评价。 图2　侯氏制碱法的流程图 下面，我们就来详细分析一下侯氏制碱法的思路和生产原理。 首先，要制得纯碱，考虑到设备耐受力和生产成本问题，最好在水溶液中发生此反应。由于NaHCO~3~在溶液中溶解度较小，所以先通过复分解反应制得NaHCO~3~，再利用其不稳定性分解得到纯碱。要在水溶液中得到NaHCO~3~沉淀，显然需要大量Na^+^和HCO~3~^-^，钠元素在自然界中资源的存在形式主要是NaCl,因此应以NaCl作为钠离子的基础原料。已知饱和NaCl溶液中NaCl的浓度大于NaHCO3饱和溶液的浓度。因此，从NaCl溶液中析出NaHCO~3~,晶体的关键在于如何得到较高浓度的HCO~3~^-^。就HCO~3~^-^的基本来源而言，显然与CO~2~有关。但CO~2~微弱的溶解性以及弱酸性都不足以提供较高浓度的HCO~3~^-^，为了促进CO~2~向HCO~3~^-^的转化，理应加碱。这就涉及高中常用碱NaOH、Ca(OH)~2~和氨水的选择，微溶的Ca(OH)~2~得不到高浓度的HCO~3~^-^；NaOH价格高，且钠源已由食盐提供；最终能供选择的可溶性碱就只有氨水了。标准状况下CO~2~在水中的溶解度远小于氨气,因此向氨水中通人CO~2~是产生较高浓度的HCO~3~^-^的基本原则，也就形成了制碱过程通气的先后顺序，即向饱和NaCl溶液中通人氨气直至达到饱和，然后再通人CO~2~。由于NaHCO~3~饱和溶液浓度小于NH~4~HCO~3~饱和溶液的浓度。因此，Na^+^将优先与HCO~3~^-^结合以NaHCO~3~晶体的形式析出。 **参考文献：** \[1\]江敏.学科思维与社会生活的融合------兼谈"氨碱法制碱"的教学与思考\[J\].中学化学教学参考,2015,(17):1-5. \[2\]北京师范大学，华中师范大学，南京师范大学无机化学教研室，无机化学（下册）\[M\].4版.北京：高等教育出版社,2003:664-665. \[3\]张晶,王长艳.核心素养视域下的高中化学项目式学习------以"模拟侯氏制碱法制备纯碱及产品含量测定"为例\[J\].化学教与学,2023,(06):23-25. \[4\]燕聪聪,崔继文.基于化学史情境的高中化学微项目教学研究------以"了解纯碱的生产历史"为例\[J\].云南化工,2023,50(11):203-205.