氨碱法纯碱生产的主要原料概述讲课教案

氨碱法纯碱生产的主要原料概述

氨碱法纯碱生产的主要原料概述

一、原盐（食盐）

1、原盐的物化性质及成份规格：

原盐是氨碱法纯碱生产的主要原料。原盐的主要成份为氯化钠，化学分子式为NaCL，纯氯化钠为无色等轴晶体，但是由于原盐是由许多晶体机和而成，晶体之间的缝隙中往往含有卤水或者空气，因而变成白色而且不透明体，同时又因含有泥沙等杂质，使原盐常呈现灰褐色，氯化钠晶体通常是正六面体。

（1）食盐的物化性质：

氯化钠的分子量 58.45

熔点 800℃

沸点 1440℃

20℃时比热 0.867(J/g℃)

25℃时密度 2.161t/m3

原盐中因为含有氯化镁等杂质，容易吸收空气中的水分而潮解。氯化钠易溶于水，其溶解热为——4.9KJ/mol，溶解过程为吸热反应，当制成饱和盐水时，可使溶液温度降低6℃多。氯化钠的溶解度随温度升高没有明显的变化，这一性质与绝大多数易溶物质溶解度随着温度升高而增加的性质不同，所以其水溶液（卤水）在冷冻工业中被用作载冷体。

（2）食盐的质量标准：

作为制碱工业的原料，要求原盐中的主要成份NaCL含量尽可能高，而泥沙及其他杂质，特别是钙、镁杂质越低越好。因为食盐中的氯化镁、硫酸镁、硫酸钙等杂质，在盐水精制、吸氨、碳化过程中，会生成炭酸镁、碳酸钙及其他

复盐等，使塔器与管道堵塞，这些杂质如不能在碳化以前清除掉，就会较多地混入纯碱中，使产品的品位降低，因此用于氨碱法的食盐一般需要符合以下标准：

NaCL% ≥ 90%；水分% ≤ 4.2%；Mg2+% ≤0.8%；SO

4

2-%≤ 0.8%。

2、原盐的需要用量

氨碱法纯碱生产的全过程，可以归结为一个综合的化学反应方程式。即

CaCO

3+2NaCL= CaCL

2

+Na

2

CO

3

2×58.45 106

X 1000kg

按照上述反应方程式,可以计算出生产1t纯碱理论上所需要的氯化钠量 X=58.45×2×1000/106=1103kg

所求出的X 是指生产每吨纯碱(含Na

2CO

3

100%) 所需要的纯的氯化钠(折

NaCL100%) 的量。实际生产中,由于食盐中只有90%左右的氯化钠,而且又只能有70-75%的NaCL可以转化为Na2CO3, Na+离子至少损失27%以上，加之过程中跑、冒、滴、漏等各项损失，实际耗用食盐的量远远超过上述理论用量，这样使每生产1吨工业纯碱所需耗用的原盐实物量高达1.6—1.7t之多。氨碱法制碱的食盐消耗量是很大的，纯碱工业从来就是用盐大户，因此必须保证有大量、廉价的原盐供应，才能维持生产并在经济上获益。就其纯度而言，矿盐多数要比海盐为高，并可以采用注入高压水压裂地下化盐方法进行开采，得到接近饱和的卤水，节省设备和人力，降低成本。十分适用于由湿法精制盐水的氨碱法生产，不过要铺设卤水输送管道或久盐矿附近建厂均存在其他制约因素，而我国又以盛产海盐为主，尽管其质量不如矿盐，也仍然是氨碱厂原料的天然宝库，所以我国大多数碱厂是以海盐为原料，临海发展纯碱生产。

3、我国盐资源概况

3.1分类

盐是NaCl(氯化钠)的俗称。在我国，根据来源和生产方法可分为3类：以海水为原料晒制而得的盐叫作“海盐”；开采现代盐湖矿加工制得的盐叫作“湖盐”；开采地下天然卤水或古代岩盐矿床加工制得的盐则称“井矿盐”。我国井矿盐工艺以钻井水溶汲取卤水，进而真空蒸发结晶生产高品质盐为主，因此，又称真空盐。

按照产品形式又分为固体盐和液体盐，我国以固体盐为主，液体盐主要指汲取的天然地下卤水或注水溶解地下岩盐矿床而得到的卤水，目前我国液体盐的比例不足10%，但国外发达国家较高，如美国达到51%。

氯化钠除供食用外(惯称食盐)，大量用作工业原料(名曰工业用盐)，国家统计局的统计年表以“原盐”为总称。

3.2资源分布

我国盐资源非常丰富，开采历史悠久。基本分布状况是：东部海盐，中部及西南部井矿盐，西北部湖盐。

海水晒盐与国家的海岸线长度、滩涂面积及气候条件等有关，我国海盐以北方海盐区(含辽宁、河北、天津、山东和江苏)为主。

井矿盐矿床广泛分布在河南、四川、湖北、湖南、江西、四川、重庆、云南、江苏、山东、安徽及陕西等18个省区。据不完全统计，现已查明的氯化钠储量大于100亿t的盐矿床就有十余个。

湖盐主要分布在内蒙古、青海、新疆及西藏等西北部地区，以青海盐湖最为丰富，储量在3000多亿t，生产成本较为低廉，但我国西北地区经济相对落后，对盐的需求也较低，远距离运输一直是制约其发展的瓶颈。

我国1995年探明盐矿储量3824亿t，资源量在6.2万亿t以上。目前我国的盐总产量不足6000万t，因此，我国的盐资源可以满足制盐工业长期快速发展的需求，很多省市都有发展制盐工业以及盐化工的资源条件。

4、我国制盐工业概况

4.1生产情况

近十余年，受我国盐化工及下游行业快速发展的影响，我国对原盐的需求也快速增加。2007年，我国原盐生产和消费量5920万t，居世界第1位。从历年统计数据看，海盐产能最大，井盐次之，湖盐最低。

东部沿海地区制盐产能约占总产能的60%。海盐生产主要集中在环渤海湾的山东、河北、天津和辽宁四省市，四省市产量占全国海盐产量的90%以上。湖盐主要集中在内蒙、新疆和青海三省。井矿盐主要分布在四川、湖北、江苏、河南、江西、湖南、安徽、云南、重庆等省市。近年我国原盐产量见表1。

受沿海地区各类园区和工业等项目建设发展的影响，北方海盐区的盐田面积逐年萎缩，海盐产能增幅和所占比例逐渐降低，产能进一步增加的潜力不大。而井矿盐资源丰富且分布广，技术成熟，投资门槛不高，因此近年井矿盐产能增幅较快，在全国盐总产量中的比例逐年提高。目前规划建设的制盐产能(主要是井矿盐)超过1000万t／a，盐业产能的增长可以满足下游行业的需求。

4.2存在问题

(1)产品结构比较单一。公路化雪、畜牧、水处理、洗浴用盐、高纯度工业盐等高附加值产品的开发，从数量、品种、质量等各方面还没有拓展和满足市场需求。尤其是液体盐的开发利用仍处于较低水平，折盐产量仅占井矿盐总产量的12%。卤水化工的深加工系列产品，如钾镁肥、阻燃剂、农药、医药中间体等还没有形成规模化和产业化。

(2)资源利用水平低。目前，制盐工业仍主要以单一的制盐业为主，资源利用率很低。海盐苦卤利用率不足20%，莱州湾地下卤水的掠夺性开采使盐、溴比例失调，这一地区出现水位下降、浓度降低、流量减少等资源枯竭的现象；湖盐区由于单一提取盐，导致镁害严重，使湖盐资源遭到污染；矿盐区的芒硝提取率不足10%。国外则基本做到零排放。

(3)产业布局不合理。50%以上的原盐运输半径超过200km。在美国，80%以上的运输半径在150km以内，管输液体盐比例较高。

4.3发展思路

近年盐业行业效益起伏较大，为避免产能严重过剩，国家发展改革委员会2006年发布《制盐工业结构调整指导意见》。

(1)优先考虑与两碱项目的配套建设。制盐生产能力由2005年的5500万t提高至2010年的6500万t，年增幅控制在5%以内。但实际预测该指标将被大大突破。

(2)稳定海盐生产，主要作为化工用盐，关键是要提高产品质量。有序发展井矿盐。井矿盐生产成本相对较高，但生产稳定，产品质量相对较好，在适度增加产能的前提下，增加低耗能的液体盐的供应量。

(3)按需发展湖盐。湖盐区地处西部，运输条件还有待改善；但资源丰富，成本低廉，也具有一定优势。

4.4消费结构

我国盐化工用盐占73%，食用盐占16%，其它用盐占11%。盐化工是我国制盐工业发展的决定因素。我国盐消费结构与发达国家相比，主要体现在盐化工耗盐比例过大；道路除雪等行业的消费比例过低(美国融雪耗盐达到1900万t)；卤水直接消费比例过低(如美国达到51%)，而我国液体盐消费比例只有10%左右，可见我国制盐工业的产品结构不尽合理。

我国以盐为原料的盐化工产业，主要是纯碱和氯碱两大行业(俗称“两碱”)。近年来，氯酸钠和金属钠也发展较快，但这两种下游产品的盐的消耗较低，不足总消费量的1%，对全行业的供需平衡影响较小。“两碱”的发展拉动了盐业的发展，我国已形成以纯碱和氯碱为龙头，下游产品开发并存的盐化工产业格局。

二、石灰石

1、石灰石的物化性质及规格成分

石灰石为氨碱法纯碱生产的第二大重要原料，其消耗量不亚于食盐。

（1）石灰石的物化性质：

石灰石颜色有灰白、茶色、褐色等，单纯从色泽不能判断其品质的好坏。典型的矿石时方解石、大理石，主要成份是碳酸钙，其结晶大部分为六方晶系。化学分子式为CaCO3。

碳酸钙的分子量 100.09

密度 2.711T/M3

分解温度 825℃

熔点 1339℃

石灰石在石灰窑中煅烧，发生CaCO3的分解反应。生成的CaO称为生石灰，为无色等轴晶系，熔点2372℃，密度3.37 t/m3，在氨碱厂将它用水消化而制得氢氧化钙悬浊液，用于蒸氨反应。CaO+H2O=Ca（OH）2+65.65KJ/mol 生成的

Ca（OH）

2

称为熟石灰或消石灰，其分子量为74.09，为无色斜方晶系，密度2.24t/m3，无吸湿性，溶解度很小，而且温度越高，溶解度越小。氢氧化钙与水混合呈白色悬浊液即石灰乳，呈强碱性，用于蒸氨及盐水除镁过程。CaCO3

+ 2HCl === CaCl

2 + H

2

O + CO

2

↑摩氏硬度值（MOH）:3

化学分析：

二氧化硅0.07%、三氧化二铝0.02%、三氧化二铁0.03%、氧化钙55.22%、氧化镁0.08%、

石灰石块状/粉状：烧失量40.79％，硅4.62％，铝1.21％，铁0.52％，钙50.16％，镁1.10％

白云石粉/块：硅0.19％，铝0.15％，铁0.17％，钙32.1％，镁21.19％

石灰石是生产玻璃的主要原料。

二氧化碳(CO2)能使熟石灰变混浊。

石灰和石灰石大量用做建筑材料，也是许多工业的重要原料。石灰石可直接加工成石料和烧制成生石灰。石灰有生石灰和熟石灰。生石灰的主要成分是CaO，一般呈块状，纯的为白色，含有杂质时为淡灰色或淡黄色。生石灰吸潮或加水就成为消石灰，消石灰也叫熟石灰，它的主要成分是

Ca(OH)2。熟石灰经调配成石灰浆、石灰膏、石灰砂浆等，用作涂装材料和砖瓦粘合剂。水泥是由石灰石和粘土等混合，经高温煅烧制得。玻璃由石灰石、石英砂、纯碱等混合，经高温熔融制得。炼铁用石灰石作熔剂，除去脉石。炼钢用生石灰做造渣材料，除去硫、磷等有害杂质。

(2)石灰石的质量指标：

石灰石的成份规格：

CaCO

3 % ≥ 90% ；SiO

2

≤5.5%；MgCO

3

≤3.5%；R

2

O

3

≤ 0.5% （R

2

O

3

为

铁铝氧化物）

2、石灰石的用量

根据反应方程式：CaCO

3+2NaCL= CaCL

2

+Na

2

CO

3

100106

X 1000（kg）

可求出 X=100×1000/106=943（kg）

即每生产1吨纯碱（折100%）理论上需耗用的100% CaCO

3

约943kg。实际生产中石灰石不是纯的CaCO3，也不能百分之百分解，加上各个环节的损失，其耗用量同样大大超过理论值，因此实物耗量达到1.3—1.6t/t之多。

因此，应尽可能采用纯度高的石灰石才较为经济，从而，可以提高CO

气

2

及石灰乳质量，提高关键设备的生产强度，减少系统物料当量，一般要求石灰石含碳酸钙不低于90%，其他酸性杂质如SiO2+ R2O3以不超过6%为佳。这样可使石灰窑生产出的CaO达到80%以上，而窑气含CO2则可以达到40%以上，此外，氨碱厂对石灰石的粒度有特殊要求，其直径在70—150mm较为适宜。

3、我国石灰石的储量及分布情况

石油是经济的命脉，国力发展的命脉，谁拥有了石油，谁就拥有了21世纪的发展。储备石油，参与石油期货市场的交易，不仅仅是经济活动，而是出于战略发展目标的考虑。因此控制石油资源是爆发伊拉克战争的因素之一。中国有句古语，民以食为天，天命也。石灰石就是水泥工业的粮食，是水泥生产的命脉。水泥厂只要生产，就一刻离不开石灰石，谁占有了石灰石资源，谁就占有了水泥工业的发展。目前我国水泥企业争夺市场之战，也可以说是争夺石灰石资源之战，因此大企业集团把占有优势石灰石资源作为实现自身发展战略的措施之一。

①、石灰石是用途极广的宝贵资源石灰石是石灰岩作为矿物原料的商品名称。石灰岩在人类文明史上，以其在自然界中分布广、易于获取的特点而被广泛应用。作为重要的建筑材料有着悠久的开采历史，在现代工业中，石灰石是制造水泥、石灰、电石的主要原料，是冶金工业中不可缺少的熔剂灰岩，优质石灰石经超细粉磨后，被广泛应用于造纸、橡胶、油漆、涂料、医药、化妆品、饲料、密封、粘结、抛光等产品的制造中。据不完全统计，水泥生产消耗的石灰石和建筑石料、石灰生产、冶金熔剂，超细碳酸钙消耗石

灰石的总和之比为1∶3。石灰岩是不可再生资源，随着科学技术的不断进步和纳米技术的发展，石灰石的应用领域还将进一步拓宽。

②、我国石灰石资源概况及其地理分布我国是世界上石灰岩矿资源丰富的国家之一。除上海、香港、澳门外，在各省、直辖市、自治区均有分布。据原国家建材局地质中心统计，全国石灰岩分布面积达43.8万KM2(未包括西藏和台湾)，约占国土面积的1/20，其中能供做水泥原料的石灰岩资源量约占总资源量的1/4～1/3。为了满足环境保护、生态平衡，防止水土流失，风景旅游等方面的需要，特别是随着我国小城镇建设规划的不断完善和落实，可供水泥石灰岩的开采量还将减少。

全国已发现水泥石灰岩矿点七、八千处，其中已有探明储量的有1286处，其中大型矿床257处、中型481处、小型486处(矿石储量大于8000万吨为大型、4000～8000万吨为中型、小于4000万吨为小型)，共计保有矿石储量542亿吨，其中石灰岩储量504亿吨，占93%；大理岩储量38亿吨，占7%。保有储量广泛分布于除上海市以外29个省、直辖市、自治区，其中陕西省保有储量49亿吨，为全国之冠；其余依次为安徽省、广西自治区、四川(含重庆市)省，各保有储量34～30亿吨；山东、河北、河南、广东、辽宁、湖南、湖北7省各保有储量30～20亿吨；黑龙江、浙江、江苏、贵州、江西、云南、福建、山西、新疆、吉林、内蒙古、青海、甘肃13省各保有储量20～10亿吨；北京、宁夏、海南、西藏、天津5省各保有储量5～2亿吨。

三、焦炭或白煤

1、无烟煤（白煤）的物化性质

无烟煤（英文名称anthracite），俗称白煤或红煤。是煤化程度最大的煤。无烟煤固定碳含量高，挥发分产率低，密度大，硬度大，燃点高，燃烧时不冒烟。黑色坚硬，有金属光泽。以脂摩擦不致染污，断口成介壳状，燃烧时火焰短而少烟。不结焦。一般含碳量在90%以上，挥发物在10%以下。无胶质层厚度。热值约8000-8500千卡/公斤。有时把挥发物含量特大的称做半无烟煤；特小的称做高无烟煤。

无烟煤为煤化程度最深的煤，含碳量最多，灰分不多，水分较少，发热量很高，可达25000~32500kJ/kg，挥发分释出温度较高，其焦炭没有黏着性，着火和燃尽均比较困难，燃烧时无烟，火焰呈青蓝色。煤样在规定条件下隔绝空气加热，煤中的有机物质受热分解出一部分分子量较小的液态（此时为蒸汽状态）和气态产物，这些产物称为挥发物。挥发物占煤样质量的分数成为挥发分产率或简称为挥发分。以干燥无灰基为分析基，挥发分低于10%的煤称为无烟煤。挥发分大于6.5%小于10%的无烟煤称为无烟煤三号。01号无烟煤为年老无烟煤；02号无烟煤为典型无烟煤；03号无烟煤为年轻无烟煤。

2、焦炭的物化性质

焦炭定义：烟煤在隔绝空气的条件下，加热到950-1050℃，经过干燥、热解、熔融、粘结、固化、收缩等阶段最终制成焦炭，这一过程叫高温炼焦（高温干馏）。由高温炼焦得到的焦炭用于高炉冶炼、铸造和气化。炼焦过程中产生的经回收、净化后的焦炉煤气既是高热值的燃料，又是重要的有机合成工业原料。