纯碱生产工艺简介

纯碱生产工艺主要分天然碱法和合成碱法，而合成碱法又分氨碱法和联碱法。

1．天然碱

目前全世界发现天然碱矿的仅有美国、中国、土耳其、肯尼亚等少数国家，其中以美国的绿河天然碱矿最有名。绿河地区的天然碱矿床,有42个含倍半碳酸钠的矿层。已知矿层厚度在1.2m以上(最厚达11m),含矿面积在670km2(最大达2007km2)的有25层,位于地表以下198～914m,,计算倍半碳酸钠(Na2CO3.NaHCO3.2H2O)储量为613亿t,即使全世界所有碱厂全部停产,美国天然碱也可供世界1300年纯碱用量。绿河地区各公司主要采用机械化开采。地面加工装置,主要采用一水碱流程生产重质纯碱。美国各天然碱厂目前的市场运作方法是:国内,各厂进行有序竞争;国外出口,各厂联合,成立一个专营出口的组织“ANSAC”(美国天然碱公司)， 美国天然碱不但质量好，而且生产成本仅为60美元／吨左右，远低于我国合成纯碱成本90美元／吨-100美元／吨左右，因此它具有很强的竞争力。

而位于河南省桐柏县的天然碱矿，总储量达１．５亿吨，远景储量３亿～５亿吨，占全国天然碱储量的８０％，位居亚洲第一、世界第二位。内蒙古伊化集团在桐柏建立了以天然碱为主的化工园区,其优质的低盐重质纯碱设计年产量达１0０万吨。

天然碱生产工艺主要有三种：

a. 倍半碱流程

矿石开采－溶解－澄清除去杂质－循环母液－三效真空结晶－240度煅烧

b. 卤水碳化流程

天然卤水－碳化塔碳化为重碱－干燥－煅烧为粗碱－用硝酸钠在155度漂白－煅烧，煅烧用二氧化碳由自备电厂提供

c. 一水碱流程

矿石开采－破碎到7厘米以下－200度停留30分钟－粗碱－溶解、澄清－三效真空结晶－240度煅烧 天然碱法的主要优点是：

a. 成本低，每吨约60美元左右，而合成碱为90-100美元，完全可以抵消运输成本。

b. 质量方面盐分非常低，往往小于0.10％，产品粒度也非常好。 缺点是因为倍半碱矿容易和芒硝矿共生，产品中硫酸根含量比氨碱法要高，但现在用户对硫酸根的要求基本不高，所以这个缺点影响不大。

2．氨碱法（索尔维法）

我公司使用的就是氨碱法，中国的大碱厂中，潍坊、唐山、连云港，大化和天碱的一部分，青海，吉兰泰都是采用氨碱法。

a. 氨碱法主要优点是产品质量好，可以生产低盐碱，硫酸盐的含量也非常低。缺点是：a.有石灰和蒸馏工序，原材料消耗高，原盐的利用率低，而氨碱法只能达到73-76％（就是转化

率），氯的利用率为0，总利用率只有28％。产品成本高。 b.环保方面，生产一吨纯碱要排放10立方米的废液，几大碱厂的废液都采取了在海里围堰，向内排放废液，使废液在池内固液分离，清液溢流入海，废渣留在堰内的办法，现在碱厂已经在使用第三渣场了。清液虽然没有其它有毒有害的物质，COD也不高，但其碱性较强，在溢流口附近造成海水PH高，对海洋生物有影响。围堰内的废渣长期存放，对环境也是一种潜在的威胁，一旦围堰垮塌，后果非常严重。虽然各大碱厂都有氯化钙生产线，但回收利用的部分也很有限（生产1吨纯碱的废液中含有1.05吨氯化钙），废渣的综合利用目前还处于试验阶段，天碱的方法是和其它材料混合后作为工程回填土，但也只能使用一小部分碱渣，目前我们厂正在做这方面的试验。

目前日本和韩国的氨碱厂已经全部停产了，欧洲还有一部分企业使用氨碱法，主要集中在经济欠发达的东欧地区。在国内，因为部分企业地理位置处于大城市或港口附近，受到环保方面的压力，已经在谋划搬迁。大化公司的氨碱已经全部停产，整个公司即将搬迁，天碱也计划迁出塘沽，去年年底新厂已经奠基，新厂全部采用联碱。

3．联碱法

大连、天碱的一部分，青岛、湖北双环采用的是联碱法，全国大部分年产量在4万吨以下的碱厂几乎都是联碱，联碱的主要工艺在前半部分和氨碱一样，在滤过工序后不是回收氨，而是进行再次加盐、吸氨，生产化肥氯化铵.

联碱法的主要工艺为：一般为一次碳化、两次吸氨

MII 吸氨 MI 澄清 换热

CO2 碳化 盐析 洗盐

纯碱 煅烧 过滤 冷析 分离 氯化铵

吸氨

生产联碱需要配套合成氨系统，合成氨过程中会产生一部分CO2，所以一些化肥厂都有纯碱车间，但小厂产量不大，质量较差。

联碱法的主要优点是：

a.省略石灰和蒸馏工序，废液排放很少，吨碱只有几十公斤，环保较好，可以在任何地点建厂。

b. 在碳化工序没有转化的原盐又返回了生产系统，原盐的利用率高，可以达到93％左右，产品成本低，1吨纯碱和1吨氯化铵的总成本（双吨成本）只比氨碱法一吨纯碱的成本略高。

缺点：a.产品质量差，纯碱盐分最好只能控制在0.6％左右，为了降低盐分而加大洗水用量的话会造成母液膨胀，生产无法平衡。 b.母液内部循环，硫酸根无法排出，会全部随着纯碱出来，硫酸盐的含量无法控制，我们厂的硫酸根含量不足0.01％，而联碱法连0.03%的标准也很难控制。

目前国内的大型玻璃企业均采用浮法玻璃生产线，对盐分有很高的要求，一般没有使用联碱法纯碱的。

4．其它方法

除了这几种主要的方法外，还有俄罗斯的霞石制碱，苏联自60年代以来,以霞石（含有钠、钾、铝、硅氧化物的天然碱石）加工氧化铝同时副产纯碱、钾碱及水泥，实现了工业化，使霞石原料得到综合利用，没有排废的问题。

新旭法 日本因进口盐价高，为提高食盐利用率，采用的联碱法，70年代日本氯化铵的生产供过于求，除恢复部分氨碱法生产外，旭硝子创建了新旭法，又称N.A.法。新旭法的特点是可以调整氯化铵的产量，市场多余的氯化铵直接加石灰乳蒸馏回收氨。

第二部分 碱厂系统流程

1. 地下直流水：在草泊水库地下水源地共33眼井，最北在红眼桥附近，最南一口在沿海公路大桥南侧，分东西两线，遥控开关泵，通过30公里长的管线输送到厂东门外地下水蓄水池，供水量约2000立方米/小时，通过加压泵输送到厂内。供热电车间化学工序制造软水和厂区生活用水（各办公楼、食堂），2003-2004年经过技术改造，去热电部分在夏季先用于1、2组碳化塔冷却用，因为地下水温度较低，可以降低出碱温度。在这里要说明一下，因为碳化塔（ 在碳化塔里进行氨盐水里通二氧化碳，炉气-碳酸氢钠煅烧炉里产生的二氧化碳，窑气-石灰窑里产生的二氧化碳）塔压低于水压，只能是水往塔里渗漏，不会污染水源。在改造后，夏季的碳化转化率可以达到75％以上。

2. 地面直流水系统：由陡河水库泵站取水，流量1750立方米/小时，经61公里管线送至厂区地面水蓄水池。 3.开路循环水系统

地面水蓄水池 碳化冷却水 循环水池冷却 向闭路系统补水

吸收塔冷却水

复用水

盐水车间洗泥 石灰车间化灰

4．闭路循环水系统

缓蚀阻垢剂 闭路循环水池 开路循环水池 排放

空压机、压缩机、煅烧螺旋板换热器 重碱氨冷却器、钛板换热器，空调等

因为钛板、螺旋板换热器的板间隙很小，只有几毫米，换热过程中温度上升，钙镁离子容易在板间隙内结垢，影响换热效果，需要加入缓蚀剂，因为缓蚀剂的价格贵，比较经济的方法就是隔出一个系统，进行闭路循环。 闭路循环水系统工作流程：

a.酸洗预膜：先用酸将系统管道内结疤洗掉，再在管道内侧挂膜，防止再次结垢，酸洗时要做挂片试验。

b.加入缓蚀阻垢剂，缓蚀阻垢剂的作用有两个，一个是防止腐蚀管道，另一个就是把管道内的钙离子和有机磷离子结合，使其处于漂浮状态，不在管道内沉积。维持一定的有机磷浓度。

c.日常检测：闭路循环水系统日常监测指标主要时有机磷浓度和浓缩倍数，有机磷浓度低的时候要补加缓蚀剂。浓缩倍数控制在一般控制在3左右。目前为了环保和节约，许多研究机构正在研究在浓缩倍数高的时候运行。

浓缩倍数指的是某种物质在循环水和原水中的浓度比值。这种物质应选用体系内不能引入的物质，比如氯离子，有可能从系统内引入，钙镁离子有可能在系统内结垢，都不适合使用，根据我们公司的实际情况，选用SiO2最好，但因为分析过程繁琐，目前使用电导率的比值，同时以氯离子浓度作为参考，在氯离子浓度缓慢提高时，还比较适用。

d.排放。在系统浓缩倍数过高或发生系统泄漏时，就要排放一部分循环水，同时补加部分原水，保证缓蚀效果。

4.雨水、污水系统

雨水、污水 经污水泵房排入氧化塘 清液至石灰洗涤塔 排放黑沿子干沟 化纤厂 热电渣场 热电冲灰水