纯碱期货基础知识：纯碱产业框架

纯碱(Soda Ash),又名苏打、碱灰、碱面或洗涤碱,成分为碳酸钠,分子式为Na2CO3,分子量105.99。

纯碱是重要的基础化工原料和“三酸两碱”1中的两碱之一,广泛地应用于建材、石油化工、冶金、食品、纺织、国防、医药等国民经济诸多领域,在国民经济中占有十分重要的地位。

碳酸钠常温下为白色无气味的粉末或颗粒,有吸水性,露置在空气中逐渐吸收水分,会形成结块。碳酸钠易溶于水和甘油,微溶于无水乙醇,难溶于丙醇。20℃时每100克水能溶解20克碳酸钠,35.4℃时溶解度最大,每100克水中可溶解49.7克碳酸钠。

碳酸钠属于钠盐。碳酸钠在水溶液中水解,电离出的碳酸根离子与水中氢离子结合成碳酸氢根离子,导致溶液中氢离子减少,剩下电离的氢氧根离子,所以其水溶液呈碱性(pH=11.6)。

碳酸钠有一定的腐蚀性,稳定性较强,但高温下也可分解生成氧化钠和二氧化碳。长期暴露在空气中时,碳酸钠能吸收空气中的水分及二氧化碳,生成碳酸氢钠。

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纯碱期货基础知识：纯碱产业框架

碳酸钠可分别与酸、盐、碱发生化学反应。与酸可发生复分解反应,如遇足量盐酸时,生成氯化钠和碳酸,不稳定的碳酸立刻分解成二氧化碳和水,碳酸钠与其他种类的酸也能发生类似的反应。与盐可发生复分解反应,例如一些钙盐、钡盐可与碳酸钠生成沉淀和新的钠盐。与氢氧化钙、氢氧化钡等碱可发生复分解反应,生成沉淀和氢氧化钠,工业上会用这种反应制备烧碱(氢氧化钠),俗称苛化法。

制碱工艺主要分为合成碱法和天然碱法,世界纯碱产能中合成碱法约占三分之二,天然碱法约占三分之一。合成氨法中又分为氨碱法和联碱法两类主要工艺。

氨碱法的生产,主反应过程如下:向饱和食盐水中通入氨气,制得氨盐水,再通过氨盐水吸收二氧化碳得到碳酸氢钠(俗称小苏打),最后将碳酸氢钠煅烧,即得到轻碱。

氨碱法生产中用到的氨气来自于合成氨厂,二氧化碳来自于石灰石煅烧。石灰石的主要成分是碳酸钙,煅烧后生成二氧化碳和氧化钙(生石灰)。其中二氧化碳用于制造纯碱的主反应过程;而氧化钙与水反应生产氢氧化钙(熟石灰),加入沉淀出碳酸氢钠后的母液中,生成氨气和主要成分为氯化钙的废液和废渣,而氨气则可循环用于主反应过程。

联碱法将合成氨生产与纯碱生产联合,利用合成氨厂的氨气和二氧化碳同时生产出纯碱和氯化铵两种产品。

联碱法产出纯碱的反应过程与氨碱法相同,同样是向饱和食盐水中先后通入氨气和二氧化碳,生成碳酸氢钠,再煅烧碳酸氢钠产出纯碱。

与氨碱法相比,联碱法的核心创新在于利用不同温度下溶解度的变化,将反应剩余的母液(主要成分为碳酸氢钠、氯化钠和氯化铵)降温,并加入氯化钠晶体,使氯化铵能以晶体的形式析出。剩余的饱和食盐水母液可以作为反应原料循环使用。

此外,由于和合成氨厂联合生产,联碱法反应中的氨气和二氧化碳都可以由合成氨厂直接提供。因此,联碱法中无需再进行石灰石煅烧等一系列反应生成二氧化碳。

根据碱矿成分的不同,天然碱法生产工艺主要分为蒸发法和碳化法两种。对于以晶碱石(Na2CO3?NaHCO3?2H2O)为主要成分的天然碱矿,一般采用蒸发法生产工艺,通过分解或中和的方式使晶碱石中的碳酸氢钠分解,再蒸发提纯制得纯碱。对于碱、硝、盐共生的泡碱型天然碱湖水或者主要成分为泡碱(Na2CO3?10H2O)的固体矿,一般采用卤水碳化法生产工艺,提取天然卤水进行碳化、干燥和煅烧,生产出纯碱。

纯碱是重要的化工原料之一,用途主要包括以下领域:一是建材领域,纯碱作为平板玻璃的主要原料之一,为反应提供钠离子,同时也是澄清剂的主要成分;二是化工生产领域,纯碱广泛用于制造硅酸钠(俗称泡花碱、水玻璃)、碳酸氢钠(俗称小苏打)、氟化钠、重铬酸盐等产品;三是印染冶金领域,纯碱充当纺织物生产过程的软水剂,或是用作冶炼的助溶剂、选矿的浮选剂以及炼钢的脱硫剂等;四是食品加工领域,纯碱作为面食添加剂起到中和剂、膨松剂、缓冲剂、面团改良剂作用,增加面食口感和柔韧度,也可作为主要辅助添加剂应用于味精、酱油的生产。此外,纯碱也广泛地应用于环保脱硫、医药制品、制革、造纸等,高端纯碱还可用于显像管玻壳和光学玻璃制造。

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