亚硫酸钠的生产工艺及应用介绍

亚硫酸钠，分子式为H₂SO₃，分子量126.04，无水品为无色至白色六方晶系结晶或粉末，相对密度(d415)2.633，溶于水(13.9%，0℃)，微溶于乙醇，溶于甘油，1%水溶液的pH值为8.3~9.4。亚硫酸钠有强还原性，在空气中易被氧化生成硫酸钠。其溶液对石芯和酚酞呈碱性，与酸反应产生二氧化硫(SO₂)气体。亚硫酸钠生产工艺流程虽有多种，但其基本工序大同小异，均含有(SO₂)吸收、亚硫酸氢钠中和无水亚硫酸钠结晶的制备等工序。亚硫酸钠属于无机盐工业中较成熟的无机化工产品，在众多行业中被广泛应用。

一、亚硫酸钠的生产工艺

1、以硫为原料的亚硫酸钠传统生产工艺

亚硫酸钠传统的生产工艺是以单质硫为原料产生SO₂，SO₂再与纯碱(Na2CO3) 和烧碱(NaOH) 反应生成亚硫酸钠和亚硫酸氢钠，然后经中和、浓缩干燥而制得成品。生产过程所涉及的化学反应如下：
S+O₂=SO₂
3SO₂+2Na₂CO3+H₂O=Na₂SO3+2NaHSO3+2CO₂
NaHSO3+NaOH=Na₂SO3+H₂O

传统生产工艺的亚硫酸钠产品质量较好，技术成熟，原料不受限制，但所需原料硫和纯碱的价格较高，生产成本较高，且有大量废气(CO2)产生。
我国天然碱资源丰富，而以含有盐、硝及水不溶物等杂质的天然碱(日晒碱)为原料，将硫磺粉燃烧产生SO₂，采用碳酸钠-碳酸氢钠吸收SO₂法直接制取工业无水亚硫酸钠，产品符合国家标准，而且具有原料成本低，工艺先进，经济效益显著的特点，为天然碱的综合利用及深加工开辟了一条新途径。
李春萍等研究利用天然芒硝、石灰和SO₂反应制取亚硫酸钠。此法与纯碱制取亚硫酸钠比较，由于原料路线不同，单位成本大大降低，经济效益显著提高，为亚硫酸钠的原料来源开拓了新领域。
陆海芬利用地下卤水、废硫和碳酸氢铵3种原料生产亚硫酸钠。废硫主要来源于以煤为原料的化肥厂、发电厂和焦化厂等企业的回收废料。卤水和碳酸氢铵进行复分解反应生成碳酸氢钠，再利用碳酸氢钠碱液吸收由废硫磺燃烧所产生的SO₂，获得亚硫酸钠，同时副产氯铵。虽然该工艺原料成本有所降低，但工艺路线较复杂，设备较多，占用场地较大，产品质量不够稳定。

2、以含SO₂工业尾气为原料生产亚硫酸钠的工艺

大型火电厂、有色金属冶炼厂和工业锅炉等都产生大量含SO₂的工业尾气。这些工业尾气中SO₂的含量最低可至几百ppm， 最高可达10%(体积分率) ， 而SO₂含量大于1.5%的工业尾气可生产工业硫酸。但就目前的技术及装备水平来看，一方面硫酸生产对烟气中的SO₂含量和排放规模有一定的要求，另一方面产品硫酸受到贮存、运输及市场等因素的制约，而如何进一步利用含SO₂工业尾气烟气开发新产品，对于治理环境、减少硫资源流失具有重要意义。利用冶炼生产产生的SO₂烟气，采用液碱法生产工艺建立了一套年产2万t的亚硫酸钠生产线，技术水平先进，产品质量稳定。用SO₂工业尾气生产亚硫酸钠，不仅可解决含SO₂工业尾气对环境的污染，还可降低亚硫酸钠生产成本。

3、其他亚硫酸钠生产方法

利用氢氧化钠溶液吸收糖精钠生产过程中逸出的SO₂，生成亚硫酸钠，吸收液经除铁、沉降、脱色、过滤、浓缩、离心分离、烘干等工序，得到无水亚硫酸钠，含量可达96%以上。
以焦亚硫酸钠为原料生产亚硫酸钠，将焦亚硫酸钠与水作用水解生成NaHSO3，再用氢氧化钠固体中和， 脱水干燥制得产品。该方法不但缩短了工艺流程，减少所用设备量，而且在生产过程中大大减少了“三废”的产生。以该方法生产的亚硫酸钠产品的各项质量指标都能达到并且超过国家标准中的优等品要求。

二、亚硫酸钠的应用

1、亚硫酸钠在造纸行业的应用

造纸行业是消耗亚硫酸钠产品最多的行业。用亚硫酸钠蒸煮液在一定温度压力下对植物纤维原料进行蒸煮是造纸行业的重要制浆方法之一，特别适合非木材料制桨。该制浆法的优点是本色浆颜色浅，漂白剂及其他化学药品消耗少，废液可回收生产多种副产品。亚硫酸钠用于碱法麦草蒸煮中，制浆得率明显提高，浆料的泡沫少，滤水性好，易洗涤，节约用水，降低电耗。浆料打浆度降低，纤维强度好，易抄纸。浆料的颜色浅，易漂白，减少氯气用量。20%(质量)亚硫酸钠在160℃时对甘蔗渣有非常好的脱木素效果和分离纤维的能力，30min以后脱木素率达到48%以上。
随着造纸工业的不断发展，二次纤维再生利用受到造纸工业的高度重视，不仅可节约造纸成本，而且可节约森林资源，降低能量消耗，有利于环境保护。亚硫酸钠是一种性能良好的脱墨助剂，在脱墨中起的作用是防止纸浆返黄，而弱碱性条件下进行亚硫酸钠脱墨对于油墨的脱除更有利。在没有表面活性剂的情况下，在10%浆浓下碎解，添加2%亚硫酸钠有明显的效果。对旧报纸采用中性亚硫酸钠进行脱墨，亚硫酸钠用量为3%~4%，可获得良好的脱墨效果，可以降低废水污染负荷，有利于废水的后期处理。

2、亚硫酸钠在水处理行业的应用

为防止水中溶解氧对锅炉的腐蚀，大多数锅炉进水需要进行脱氧处理。亚硫酸钠是最早使用的一种脱除水中溶解氧的化学除氧剂，因具有物美价廉、来源方便、无毒、与氧反应速度较快等优点而被广泛应用。亚硫酸钠与稳剂、催化剂复配，可提高亚硫酸钠的稳定性，降低运行费用。
亚硫酸钠还原处理法是当前含铬废水处理工艺中最为环保节能的方法之一，既可以保证出水水质能够达到排放标准，又能够回收利用氢氧化铬，设备和操作也较为简单，节省经费，节约占地面积。

3、亚硫酸钠在化工行业的应用

亚硫酸钠作为原料或助剂，在化工行业的应用非常广泛。亚硫酸钠与硫磺沸腾反应，是生产硫代硫酸钠的主要方法之一。在氢氧化钠脱除淡盐水生产过程中，在碱性条件下加人Na2SO3，能除去残余的游离氯。亚硫酸钠法是国际上公认的TNT工业化成熟可靠的精制方法之一。亚硫酸钠作为磺化剂广泛用于精细化学品的合成。4-甲基苯亚磺酸钠是合成新型除草剂甲基磺草酮的重要中间体，它是以4-甲基苯磺酰氯为原料经亚硫酸钠还原得到。氟碳表面活性剂是迄今表面活性最高的一种表面活性剂，以八氟戊醇、顺丁烯二酸酐和亚硫酸钠为原料，经过酯化、磺化步骤可制得氟碳烷基琥珀酸酯磺酸盐表面活性剂。亚硫酸钠与其他缓蚀剂复配，可大大提高缓蚀效果。

4、亚硫酸钠在食品行业的应用

亚硫酸钠是国家允许使用、用途广泛的食品添加剂，可用作食品加工的漂白剂、防腐剂、疏松剂、抗氧化剂、护色剂及保鲜剂。亚硫酸钠是一种多酚氧化酶（PPO）活性抑制剂，可有效保护水果和蔬菜的褐变，提高它们的附加值。
菜花是我国的重要蔬菜之一，但其在贮存期易发生褐变，降低食用价值，采用0.15%抗坏血酸、0.35%柠檬酸、0.5%亚硫酸钠、0.35%焦亚硫酸钠复合水溶液处理菜花，具有良好的防褐变效果，贮期菜花质地不变软。采用400mg/kg浓度的葡萄糖酸锌溶液、200mg/kg浓度的Na2SO3溶液漂烫， 0.4%的CaCl2溶液硬化处理，杀菌后的蕨菜软罐头在室温下其色泽、口感、风味6个月保持不变。
以红富士苹果为原料，在亚硫酸钠浓度为0.3%、熏硫时间为80min、干燥温度为75℃、干燥时间为2.5h的条件下，可以得到色泽金黄均匀、酸甜适口、具有苹果清香的金黄色苹果干成品。
食品工业中应用亚硫酸钠的历史悠久，随着研究的逐步深入，亚硫酸钠的毒性日益受到关注。我国国家标准对亚硫酸钠的使用范围、最大使用量及残留量均有明确规定。

5、亚硫酸钠在冶金工业的应用

亚硫酸钠作为抑制剂广泛用于选矿。罗朝艳等研究了无氰药剂或者组合药剂对脆硫锑铅矿、铁闪锌矿可浮性的影响，硫酸锌+亚硫酸钠(摩尔比1：1)是铁闪锌矿的高效抑制剂，能够使铅锌矿物得到成功、有效地分离，并获得理想的铅精矿指标，而且可以减少污染，保护生态环境。铜铅混合精矿使用重铬酸钾与亚硫酸钠组合作抑制剂，可得到铜精矿品位24.99%，含铅5.48%，以及铅精矿品位34.34%，含铜6.56%，铜、铅可以分离，为解决铜、铅分离的选矿难题指出了一个新的研究方向。

6、亚硫酸钠在印染工业的应用

亚硫酸钠在印染工业作为脱氧剂和漂白剂，用于各种棉织物的煮炼，可防止棉布纤维在高温带碱情况下局部氧化而影响纤维强度，并提高煮炼物的白度；能使木质素形成易溶于碱的衍生物而被去除，能使蛋白质和果胶等杂质分解而溶于碱液中，对含杂质较多的低级棉去杂效果尤为突出。

7、亚硫酸钠在制革工业的应用

亚硫酸钠是制革工业的一种重要助剂，用于皮革处理，能使皮革柔软、丰满、坚韧，具有防水、抗折、耐磨等性能。同时，其还可用于皮革加脂剂的制造。

8、亚硫酸钠在医药方面的应用

可用于原料药的合成，以乙醇胺、硫酸、亚硫酸钠为主要原料，经酷化和磺化2步反应，再用盐酸和醇萃取分离可制得牛磺酸。

9、其他：亚硫酸钠是感光工业不可缺少的显影剂和定影剂；用作普通分析试剂和光敏电阻材料。

结语：亚硫酸钠有多种生产工艺流程，只是主要原料SO₂来源有所区别。利用含SO₂工业尾气为原料生产亚硫酸钠，可降低亚硫酸钠生产成本，解决含SO2工业尾气对环境污染的问题。随着我国工业的发展，亚硫酸钠新的用途不断被开发，市场对亚硫酸钠的需求将会逐年上升，亚硫酸钠具有广阔的市场前景。