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2018年07月

纯碱工业:飞速发展二百年

来源:科普中国   作者:

  纯碱是重要的化工原料之一, 绝大部分用于工业,一小部分为民用。在工业用纯碱中,主要用于轻工、建材、化学工业,约占2/3;其次是冶金、纺织、石油、国防、医药及其它工业。食用级纯碱用于生产味精、面食等。

 

  现代工厂的纯碱库存

  有人称纯碱是工业之母 ,其消费水平可以衡量一个国家的工业化水平 ,其实并不过分。事实上 ,我国的民族工业也正是从范旭东先生创建永利碱厂起步的。目前 ,我国的纯碱产量在国内化工产品中仅次于合成氨、化肥、硫酸 ,而列第四位。在美国 ,尽管纯碱的产值在整个国民产值中比例很小 ,但由于其终端用户如汽车业、建筑业 ,对整个国民经济举足轻重 ,因此 ,联邦储备局将其月产量纳入工业生产经济指数 ,足见纯碱在国民经济中的重要性。

  纯碱工业的历史纯碱的历史由来已久。据说 ,除了食盐以外 ,碱可能是人类最早制取和使用的化学物质。古时候人们就已经知道从海生和陆生植物中制取碱并将其用于制造玻璃。 18世纪以后 ,由于需求量的不断增长、原料消耗量大、以及价格高昂 ,人们开始研究用化学方法人工制碱。

  1775年法国科学院悬赏巨金,征求可供实用的制碱方法。吕布兰提出以普通食盐为原料,用硫酸处理得芒硝(见硫酸钠)及盐酸,芒硝再与石灰石、煤粉配合入炉煅烧生成纯碱的方法,即吕布兰法。

  1791年,吕布兰获得专利权,同年由奥尔良公爵筹集巨款,在巴黎附近的圣但尼建立第一个吕布兰法碱厂。1823年英国取消盐税,引进吕布兰法,在利物浦建成纯碱工厂投入生产。从此,英国制碱工业突飞猛进,远远领先于法国。

  1825~1880年间是吕布兰法制碱的极盛时期。它带动了硫酸、盐酸、漂白粉、芒硝以及硫磺等一系列化工产品的生产;对于化工装置,如气体洗涤器、旋转炉、机械烤炉、开口式特兰锅和香克式浸溶装置等的出现,也起了很大的促进作用。

  吕布兰制碱法是人类历史上第一个大规模化学制碱法。用此方法建成的碱厂曾遍布整个欧洲 ,最高年产量约60万吨。路布兰制碱法一直延续到1920~ 1930年。但因其产品纯度低,生产成本高,劳动效率低,生产过程均固相操作,难以连续作业,加之回收的盐酸腐蚀性强,必须外销或另作处理,所以被后来的索尔维法几乎完全取代。

 

  现存的老白灰窑(白灰窑是索尔维制碱工艺中必不可少的关键设备,资料图)

  1861年,E.索尔维在煤气厂从事稀氨水的浓缩工作时,在用盐水吸收氨和二氧化碳的试验中得到碳酸氢钠。同年,他获得了用食盐、氨和二氧化碳制取碳酸钠的工业生产方法的专利。此生产方法被称为索尔维法,又称氨碱法。 

  1863年,E.索尔维与兄弟A.索尔维筹集资金,组建至今依然存在的索尔维公司,并在比利时库耶建立纯碱厂,1865年1月投产,1872年产量达到日产 10t。1873年索尔维公司所产纯碱在维也纳国际博览会上获得了质量纯净荣誉奖,从此索尔维法为世人所公认。 

  1872年在法国南锡附近的栋巴勒另建一厂,现在年生产规模已达600kt。1874年英国在诺斯威奇附近的威灵顿、1881年美国在纽约州的锡拉丘兹、1883年俄国卢比莫夫索尔维公司在别列兹尼基相继建立碱厂。 

  中国实业家范旭东于1917年筹办永利制碱公司,1920年在天津塘沽兴建永利碱厂,1924年8月开工生产,1926年8月红三角牌纯碱获得万国博览会(美国费城)金质奖章。索尔维法生产纯碱所用原料易得,成本低廉,产品纯净,而且是以液相和气相作业过程为主,适于大规模连续生产,因而使当时每吨纯碱价格由13英镑降到4英镑多,并逐步取代了吕布兰法。但索尔维法仍有不少缺点,如盐利用率低,废渣淤塞港湾,污染环境。因此,索尔维法不断演变,在德国、中国和日本出现了多种改进的方法。 

 

  索尔维制碱法流程示意图。(资料图)    

  19世纪末,德国人Н.施赖布建议将索尔维法的碳化滤过母液所含氯化铵直接制成晶体作为副产品,既可避免产生大量废液,又可提高盐利用率。各国对此曾先后加以研究,但当时合成氨未工业化,缺乏推广的物质条件,未能得到满意结果。1924年,德国W.格伦德教授、Β.勒普曼博士在多斯特费尔德煤炭技术研究所进行研究,至1929年取得专利。但工艺过程是间断的,即先使碳酸氢铵结晶与饱和的盐卤反应,析出碳酸氢钠,过滤后的母液冷却降温,再加食盐溶解以置换出氯化铵结晶。1935年此专利售与德国察安公司,并在捷克斯洛伐克、荷兰等国设厂生产,故又称察安法。同年,察安公司为朝鲜设计一个日产50t的工厂,投产后产品质量较差。

  1937年,日本进一步入侵中国。位于塘沽的永利碱厂被迫迁至四川五通桥。当时盐价昂贵,牛华溪一带地下黄卤浓度过淡,不符合索尔维法要求,加之在该地区排放废液亦有困难,必须予以改进。该厂在侯德榜博士主持下,从事改进索尔维法的研究。几年后,获得成功。1941年 3月15日永利公司总经理范旭东集会宣布,决定将新法命名为侯氏碱法。1943年12日侯氏制碱法在中国化学学会第十一届年会上公布,现称联合制碱法。

   

 

  永利制碱厂外景。(资料图) 

   侯氏制碱法的突出特点,在于使工艺过程连续化,从而规模得到扩大;其次,此法不从固体碳酸氢铵开始,而是用盐卤先吸氨后碳酸化进行连续生产。由于该法不需中间盐作辅助剂,成本可以降低。1952年,中国在大连化工厂建立了日产10t的联合制碱中试车间,1957年加以改进,通过实验确定了一次加盐、二次吸氨、一次碳化的工艺流程,并对设备选型、操作指标加以肯定。1964年,大型联合制碱装置在大连化学工业公司建成投产。

   

  建国后的60年里,中国纯碱工业发生了翻天覆地的变化,用六个第一确立了自己在世界的领先地位,产量在世界的比重将近40%。在上世纪六十年代中国纯碱产量突破100万吨大关,改革开放更是让纯碱行业发展进入快车道,80年代“两级跳”产量分别突破200万吨和300万吨。2003年,纯减产量突破1000万吨大关,成为世界产能最大、产量最大的纯碱生产国。

  中国纯碱工业与祖国同呼吸、共命运,经历了由小到大的历史蜕变,为我国国民经济的发展做出了重要贡献。展望未来,中国纯碱工业将以崭新的姿态继续保持世界纯碱大国的地位,向世界纯碱工业强国迈进!

 

  现代化纯碱工厂 

 

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  作者:   [责任编辑: 孙晓倩]