Na2CO3 學名碳酸鈉,又稱蘇打、堿灰,一種重要的化工基本原料,純鹼工業的主產品。通常為白色粉末,高溫下易分解,易溶於水,水溶液呈鹼性。碳酸鈉與水生成Na2CO310H2O、Na2CO3·7H2O、Na2CO3·H2O三種水合物,其中Na2CO3·H2O最為穩定,且溶於水的溶解熱非常小,多應用於照相行業,商品名稱碳氧。Na2CO3·10H2O 又稱晶堿或洗滌堿,溶於水時呈吸熱反應,在空氣中易風化。Na2CO3·7H2O不穩定,僅在32.5~36℃范圍內才能從碳酸鈉飽和溶液中析出。

  純堿主要用於生產玻璃,如平板玻璃、瓶玻璃、光學玻璃和高級器皿;在化學工業中,用於制取鈉鹽、金屬碳酸鹽、漂白劑、填料、洗滌劑、催化劑及染料等;在冶金工業中,用來脫除硫和磷,用於選礦及銅、鉛、鎳、錫、鈾、鋁等金屬的生產;在陶瓷工業中,用於制取耐火材料和釉。此外,工業氣體脫硫、工業水處理、金屬去脂、纖維素和紙的生產、肥皂制造等也需要純堿。

  純堿生產有索爾維法、侯氏制堿法和天然堿加工法等,所用原料因加工方法不同而異。主要原料為原鹽(包括海鹽、池鹽、礦鹽及地下鹵水)、天然堿、石灰石、氨等。

  索爾維法 又稱氨堿法,1861年由比利時人E.索爾維提出(見純堿工業發展史),是純堿生產的最主要方法。此法由於原料(原鹽、石灰石)易得,生產過程連續,規模大,質量高,成本低等優點而取代瞭呂佈蘭法。

  在以原鹽與石灰石為原料制取碳酸鈉的過程中,氨起媒介作用。先將原鹽溶化成飽和鹽水(圖1),

除去雜質,然後吸收氨制成氨鹽水,再進行碳化得 碳酸氫鈉(又稱重堿),過濾後煅燒而得純堿。過濾後的氯化銨母液加入石灰乳反應並蒸餾回收氨再循環,所得蒸餾廢液排棄。石灰石煅燒所得石灰和二氧化碳分別用來分解母液中的氯化銨和碳化時制堿用。

  侯氏制堿法 又稱聯合制堿法(見純堿工業發展史)。此法克服瞭氨堿法廢液的排放,將純堿生產與合成氨生產聯合,利用合成氨廠的氨和二氧化碳,在過程中隻加入洗鹽或優質鹽,來生產氯化銨和純堿。此法在生產1t純堿的同時,副產1t氯化銨,因此鹽利用率可高達95%以上。生產分第Ⅰ和第Ⅱ兩大過程(圖2)。

  第Ⅰ過程:離心分離氯化銨後的母液,稱母液MⅡ,與第Ⅱ 過程的氨母液 AⅠ進行熱交換,母液MⅡ 升溫後再進入吸氨器中吸氨制成氨母液 AⅡ,經澄清除去雜質,送到碳化清洗塔溶解塔內結疤,並吸收少量二氧化碳,稱為清洗氨母液,送入純堿碳化塔中與二氧化碳反應生成溶解度小的碳酸氫鈉。經過濾分離得到的重堿(NaHCO3),送煅燒爐分解成純堿,排出的含高濃度二氧化碳氣體經冷凝塔、洗滌塔降溫和洗滌,再經壓縮機送入碳化塔中制堿。

  第Ⅱ 過程:過濾重堿後的母液,稱母液MⅠ,經吸氨後制成氨母液 AⅠ,用以清洗結晶器的外冷器內的結疤,然後與第 Ⅰ過程的母液MⅡ 進行熱交換,使氨母液 AⅠ降溫後送入冷析結晶器,通過外冷器冷卻析出一部分氯化銨,結晶器上部清液稱半母液,溢流到鹽析結晶器,加入洗鹽,因鹽析之故,使所剩餘的氯化銨從溶液中析出,氯化鈉則溶入液體中,將冷析、鹽析結晶氯化銨取出,經離心機分離後,送到沸騰幹燥爐內幹燥而得成品。

  天然堿加工制堿 天然堿是制碳酸鈉、碳酸氫鈉和氫氧化鈉的一種原料。除含有碳酸鈉外,還有不定比例的碳酸氫鈉、氯化鈉、硫酸鈉等礦物。常見的天然堿石組成為Na2CO3·NaHCO3·2H2O。大批量開采天然堿的國傢有美國、肯尼亞、墨西哥、蘇聯等,以美國產量最大,1979年達6.7Mt。美國有三種天然堿加工方法:①倍半碳酸鈉法:流程為堿礦石經過粉碎、溶解、澄清、過濾、蒸發、結晶,然後分離出結晶Na2CO3·NaHCO3·2H2O,再煅燒、篩分而得碳酸鈉產品。②一水碳酸鈉法:流程為堿礦石經煅燒分解其中碳酸氫鈉,然後溶解、澄清、壓濾、蒸發而析出Na2CO3·H2O,再經脫水、幹燥而得重質純堿。美國在懷俄明州格林河地區的各公司普遍采用此法,生產過程比倍半碳酸鈉法復雜。③鹵水直接碳化法:主要用於加利福尼亞州瑟爾斯湖的鹵水加工。