氧化钠与二氧化碳反应

35小吃技术网推荐阅读 2022年09月08日19时56分32秒 421 0

01 简介及性质

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。

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。

02 生产工艺

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。

氨碱法生产工艺

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。

联碱法生产工艺

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。

天然碱法生产工艺

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。

03 使用途径

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。