工业污染与控制

纯碱工业及其污染与控制

（郑州大学 化工与能源学院 安全工程1班 林昂 [1**********]）

【摘要】本文首先介绍了纯碱工业的行业概况、纯碱生产的环节以及生产过程中的三废带来的危害，并提出控制措施，走纯碱工业的可持续发展道路。

【关键词】纯碱工业；联碱法；三废治理；清洁生产

一． 纯碱工业概况

纯碱是重要的工业原料，广泛应用于玻璃、化工、轻工、冶金等行业。有人称纯碱是工业之母，其消费水平可以衡量一个国家的工业化水平，其实并不过分。事实上，我国的民族工业也正是从范旭东先生创建永利碱厂起步的。目前，我国的纯碱产量在国内化工产品中仅次于合成氨、化肥、硫酸，而列第四位。在美国，尽管纯碱的产值在整个国民产值中比例很小，但由于其终端用户如汽车业、建筑业，对整个国民经济举足轻重，因此，联邦储备局将其月产量纳入工业生产经济指数，足见纯碱在国民经济中的重要性。

我国合成法制碱产量居世界第1位，纯碱总产量居世界第2位，生产工艺齐全，有氨碱法、联碱法及少量天然碱法。但是我国的纯碱工业存在着工艺技术落后、资源和能源的利用率偏低、三废的末端处理投入大而收效小、三废排放造成环境污染严重以及面临的国际挑战等问题。

氨碱法即比利时人索尔维发明的索尔维法。氨碱法采用的原料无毒无害、价廉易得、连续生产、氨气循环使用、产品无毒无害且质量高。但是长期以来氨碱法存在两个难以克服的困难：一方面，生产过程中原料氯化钠的总利用率偏低，根据Trost提出的原子经济性概念，氨碱法制碱过程理想的原子利用率为48．8%；另一方面，产生大量的废液和废渣，造成严重的环境污染。

联碱法即我国研制成功的“侯氏制碱法”。与氨碱法比较，联碱法提高了原料的利用率(理想的原子利用率为100%)，降低了成本，节省资源和能源，环境污染物产生量相对较少。

天然碱法生产成本低，产品质量高。但我国的天然碱资源较少，所以形成不了优势。

下面主要介绍联碱法

二． 联碱法生产纯碱环节

联合制碱法的特点是可以同时生产吨位基本相同的纯碱和氯化铵两种产品。工业上将过滤碳酸氢钠后的母液中氯化铵分离出来主要有两种方法，即热法（蒸发法）和冷法。热法是将过滤母液加热蒸馏脱除游离基和二氧化碳，再加热蒸发析出氯化钠，分离氯化钠结晶后的母液经冷却降温析出氯化铵。由于热法制取氯化铵是在高温、高浓度条件下进行操作的，所以设备的防腐蚀措施是热法生产氯化铵的关键。

联碱法制碱过程分为盐的精制——母液吸氨——氨母液Ⅱ碳酸化——重碱过滤——重碱煅烧。

（1） 盐的精制：

盐是制碱的主要原料，原盐中含有钙、镁、泥砂等杂质，并且粒度较大，故需要精制。

原盐精制主要采用洗涤法，应用饱和氯化钠溶液作为洗涤液，将原盐中的可溶性杂质洗涤除去的方法。一般生产1t洗盐要排除脏卤水（洗涤液）0.3~1m3。洗涤液循环使用，由于脏卤水中可溶性杂质含量增加，所以需将脏卤水处理，目前生产中常用的为石灰—碳酸铵法（又称石灰—塔气法）和石灰纯碱法。

（2） 母液吸氨：

氨气是联碱生产的主要原料之一，每生产1t纯碱和1t氯化铵产品氨用量为330Kg左右。

母液吸氨（氨化）是指将定量的氨气溶于母液中，并除去母液中钙、镁杂质的过程。二次吸氨法的母液吸氨，则是母液Ⅰ和母液Ⅱ分别在吸氨器内吸收氨，制成符合要求的氨母液Ⅰ和氨母液Ⅱ，为碳酸化制碱和氯化铵结晶提供优惠条件。

（3） 氨母液Ⅱ碳酸化：

氨母液Ⅱ碳酸化俗称碳化。在碳酸化塔中，氨母液Ⅱ吸收二氧化碳，使其中的氯化钠和氨转化成碳酸氢钠和氯化铵，并使碳酸氢钠结晶析出。

碳酸化过程包括吸收、结晶及传热等过程，是一个复杂的过程。可以通过提高反应物浓度、增加反应压力、降低温度等来提高产品产率。

（4） 重碱过滤：

重碱过滤是将碳酸化后碱液中的碳酸氢钠结晶（重碱）与母液分离的过程。在过滤的同时进行洗涤，把重碱中残留的母液洗去；并进行脱水，使重碱含水量降低。

重碱过滤主要采用机械分离方法，以回转真空过滤机为多。

（5） 重碱煅烧：

重碱煅烧是将过滤工序所得重碱，在煅烧炉加热分解制成纯碱。过滤后的重碱，含NaHCO3 70%~75%，NH4HCO3 3.0%~3.5%，Na2CO3 6%~8%，NaCl 0.3%~0.4%，H2O 14%~18%。煅烧过程中，碳酸氢钠分解为碳酸钠，煅烧所得的炉气除CO2，H2O外，还有NH3，应进行回收。

重碱煅烧分解温度的高低，直接影响煅烧炉的生产能力及其寿命，所以煅烧温度的选择是很重要的。一般在加料的入口处保持较高的温度（约270度），出口处应保持较低温度（约175~190度）。

三． 纯碱工业三废的危害

目前，虽然我国纯碱工业在产品总量、质量、技术水平和设备水平上，都取得了举世瞩目的成就，部分工序处于世界领先水平。但是，我国纯碱工业存在的环境问题是十分严重的，纯碱工业产生的大量环境污染物主要有废气、废液、废渣及粉尘，其中废液、废渣污染长期以来未得到有效解决。纯碱工业废液、废渣主要包括：氨碱厂蒸馏废液、废渣，洗盐工序产生的盐泥；联碱厂废泥、含氯废水和氨氮废水。这些废液、废渣中含有大量的有用物质，直接排放不仅造成大量资源流失，而且占用大量土地，污染土壤，破坏地貌和植被，污染水体和大气，对人体健康和生态环境造成危害和污染。

联碱法与氨碱法相比组没有那么大量的废液废渣排放. 但也存在一定量的废水, 废渣和氨损失等三废。

联碱排放的三废中, 以废气对环境的危害比较刁\, 只有含少量氨的废气, 基本不含其它有毒气体成分。但联碱排放的废水及废渣的治理却颇费精力。

联碱产生的废渣数量与氨碱比要小得多, 但长年累积起来其数量也不可小看。在土地日见珍贵的地区, 堆积这些尚未开发利用的废渣也是一件麻烦事。联碱的废渣主要是氨l 泥。其来源是原盐中夹带的杂质如C a2+、Mg2+、SO42-、水不溶物等, 经过在生产体系内的各种平衡之后,在澄清装置中沉淀下来的物质。这些都很处理，放之不管更会对环境造成难以恢复的危害。

四． 纯碱工业污染的控制措施

1. 原材料的选择和加工

原材料的选择直接影响制碱过程中污染物的产生量和产品的质量。在技术、经济可行时，采用膜技术进行卤水精制可提高制碱原料的质量。氨碱法生产中采

用优质原盐将直接削减洗盐过程废洗液、盐泥的产生；联碱法生产中采用钙镁含量低的原盐也会减少废泥的产生，提高产品质量；采用变换气作原料制碱能简化工艺过程，降低生产成本，提高资源和能源利用率。

2. 改革生产工艺，更新生产设备

采用绿色技术，改进生产工艺和更新生产设备，提高物料和能源利用率，减少生产过程中资源的浪费和污染物的产生与排放。

联碱法的主要方向是重碱结晶、过滤和洗涤工艺的革新。在降低纯碱盐分、提高产品质量的同时，应回收氨盐杂水和含氯碱液，建立母液平衡和水平衡，进一步提高原料利用率，降低生产成本；完善变换气加压碳化制碱工艺，推广不冷式碳化技术和离心机直接分离重碱晶浆技术，降低能耗；氯化铵结晶、分离过程采用逆料工艺流程、液氨致冷满液位操作和使用高效离心机，可降低能源消耗、节省投资并且提高产品质量。采用低温净化过滤技术、砂滤技术、混凝技术或膜技术净化母液Ⅱ可提高联碱产品质量。采用高效除尘系统可减少粉尘的污染，增加物料的利用率。

3. 加强企业间合作，建立生产闭路循环，综合利用废物，实现废物零排放 利用绿色化学的原子经济性原则来设计纯碱工业生产，建立生产的闭路循环，使原料得到充分利用，实现废物零排放。

在联碱法制碱过程中，综合利用产生的废泥的途径主要有：制造钙镁肥或复混肥；制造氨化普钙；利用干燥技术使NH3、CO2循环使用，废渣作填垫材料或土壤改良剂。

纯碱工业产生的氨氮废水采用化学沉淀法与离子交换法使NH3，回收利用，沉淀物可作复混肥添加剂、土壤改良剂，处理后的水作为杂用水返回系统。

4. 调整产品结构，扩大生产规模

我国纯碱工业产品结构不合理，这是制约纯碱工业绿色化的一个重要因素。除了要调整碱厂系列产品外，还要大力开发纯碱行业深加工产品，以适应国内外市场的不同需求，增强行业的竞争力。同时，纯碱工业产品结构的调整可为实现系统内闭路循环创造条件，使废物得到综合利用而实现零排放。

产品的设计中，工业生产的规模直接影响到原料的利用率和污染物排放量以及经济效益。目前，制碱行业中大多数氨碱厂和联碱厂的生产能力已扩大到100 kt/a以上。扩大生产规模在投资、资源和能源的利用、污染预防和生产管理等方面都有明显的优势。

5. 加强科学管理

强化管理是实现清洁生产的有效途径之一，可削减污染物的产生量、节约生产成本、提高产品质量，使人为的资源浪费和污染物排放降至最低。

五． 总结

落实节能减排政策，减少污染，降低生产成本，减少废气、废水、废渣排放并回收利用，环保、节能、新设备、新材料的引进应用等，是纯碱行业继续发展必须解决的问题。

总之，中国作为天然碱资源匮乏的合成碱大国，如何成为世界纯碱强国，是摆在我国纯碱行业面前的一大课题，纯碱工业科技发展的任务十分艰巨。无论从满足国内市场的要求出发，还是从参与国际竞争的角度考虑，都必须把我国纯碱工业生产技术提高到一个新的水平。这就要求我国纯碱工业要不断实行技术进步，练好内功，努力赶超世界先进水平。

【参考文献】

1. 史金凯.赵东良.奎明海 《纯碱工业》2012（05）

2. 任保增.李伟然.曾之平 联碱废液的资源化[期刊论文]-化工环保2002 ，22(6)

3. 王诗瑜 纯碱工业的发展[期刊论文]-化学工程师2004,18(3)

4. 韩行治 《联合制碱工艺》 1989

5. 王全 21世纪我国联碱科技发展新思路[期刊论文]-纯碱工业2000(02)

6. 吴志泉.涂晋林 《工业化学》 2003（11）