烧碱（氢氧化钠）生产工艺

我国烧碱（氢氧化钠）行业起源于1929年上海天元电化厂的成立，烧碱生产工艺包括苛化法和电解法两种。其中，苛化法即纯碱苛化法，电解法又可分为水银法、隔膜法、离子交换膜法。目前，离子交换膜电解法是烧碱行业主流的生产工艺。起初苛化法在国内的应用较为广泛，但是2000年以后，电解法逐步取代苛化法成为主要的生产方法。目前，国内在产的烧碱企业都使用离子交换膜电解法。

一、烧碱苛化法生产工艺
苛化法制烧碱以纯碱为原料，主要依靠天然碱矿资源，生产成本较低，经济效益高。不过，由于我国碱矿资源有限、苛化法产量较小，国家政策予以限制，2000年前后，我国企业全面淘汰该生产工艺。苛化法生产工艺并不复杂，其反应式为Na2CO3+Ca(OH)2=2NaOH+CaCO3↓。苛化法主要有三个生产步骤：第一步是苛化，第二步是蒸发，第三步是盐析。在苛化阶段，苛化槽中需配置纯碱溶液，加入生石灰，不断搅拌发生苛化反应，而后过滤得到清卤液。在蒸发阶段，制作合格的清卤液依次进行中浓蒸发和高浓蒸发，去除硫酸钠、碳酸钠和氯化钠杂质，获得高浓度氢氧化钠。在盐析阶段，高浓液进一步析出晶体、过滤，送入冷析桶，达标后的产品用间歇沉淀槽进行沉淀，即可得到片碱。
二、烧碱电解法生产工艺
根据电解槽结构、电极材料和隔膜材料的不同，电解法可以分为水银法、隔膜法和离子交换膜法。目前，离子交换膜电解法是我国烧碱生产的主流工艺，其化学反应式是2NaCl+2H2O = 2NaOH+Cl2↑+H2↑。
1、水银电解法
水银电解法是通过生产钠汞齐来使氯气分开，得到烧碱的方法。其电解槽由电解室和解汞室组成，该工艺的优点是电解槽流出溶液产物中氢氧化钠浓度较高，其质量分数可高达50%，无需蒸发增浓；产品质量高，含盐低，但是由于该工艺能耗高，且水银是有害物质，该工艺目前已基本被淘汰。
2、隔膜电解法
隔膜电解法是利用多孔渗透性的石棉隔膜作为隔层，以石墨为阳极、铁为阴极，把阳极产生的氯气与阴极产生的氢氧化钠和氢气分开，获得烧碱的一种方法。其主要工序包括盐水精制、盐水电解、电解液蒸发、氯气处理、氢气处理和废气吸收。隔膜电解法对精盐水质量要求较低，仅需进行一次精制。在电解槽中加入精盐水，从阳极室流入阴极室，在阳极室得到氯气、阴极室得到电解液和氢气。隔膜电解液中，氢氧化钠含量仅为10.8%，氯化钠含量高达16.4%。因此，隔膜法蒸发电解液时采用流程复杂的四效逆流蒸发技术，能耗高，操作难度大。由于蒸发过程中将产生约10%的固体结晶盐，对加热室磨损、腐蚀较严重，加热室平均寿命仅为3年， 大大增加了隔膜烧碱成本。在处理氯气时，需经过氯气洗涤、冷却除雾、干燥、压缩四道工序，在处理氢气时，需经过氢气洗涤、压缩、脱氧、干燥四道工序。隔膜电解法具有生产强度小、产品纯度低、环境污染大等缺点，目前已被取代。

图为离子交换膜电解法生产工艺流程

3、离子交换膜电解法
离子交换膜电解法是应用化学性能稳定的全氟磺酸阳离子交换膜，将电解槽的阳极室和阴极室分开，从而获得烧碱、氯气的一种方式。该法中盐水电解后得到的电解液氢氧化钠浓度高，可直接作为液碱进行出售。离子膜法工艺流程与隔膜法类似，其流程同样包括盐水精制、盐水电解、电解液蒸发、氯气处理、氢气处理和废气吸收工序。与隔膜法不同，离子膜电解法对盐水要求更高，需进行二次精制。在盐水电解时，电解槽阳极加入精制盐水，阴极加入高纯水，经电解后在阳极室得到淡盐水和氯气，在阴极室得到电解液和氢气，该步骤得到的氢氧化钠浓度高，一般可达32%，而氯化钠含量仅为0.004%。在电解液蒸发工序中，离子膜法流程更简单，只需三效或二效蒸发即可。与隔膜法制烧碱相比，离子膜法制烧碱总投资少、对环境污染小，能耗和生产成本更低。

表为电解法不同工艺比较