第一节 固碱的简介
固碱又称氢氧化钠(NaOH),俗称烧碱、火碱、苛性钠,因另一名称caustic soda而在香港称为哥士的,常温下是一种白色晶体,具有强腐蚀性。易溶于水,其水溶液呈强碱性,能使酚酞变红。氢氧化钠是一种极常用的碱,是化学实验室的必备药品之一。它的溶液可以用作洗涤液。(可行性 研究 )
第二节 固碱的制备方法
工业上生产烧碱的方法有苛化法、电解法和离子交换膜法三种。
苛化法
将纯碱、石灰分别经化碱制成纯碱溶液、石灰制成石灰乳,于99~101℃进行苛化反应,苛化液经澄清、蒸发浓缩至40%以上,制得液体烧碱。将浓缩液进一步熬浓固化,制得固体烧碱成品。苛化泥用水洗涤,洗水用于化碱。
Na2CO3+Ca(OH)2= 2NaOH+CaCO3↓
隔膜电解法
将原盐化盐后加入纯碱、烧碱、氯化钡精制剂除去钙、镁、硫酸根离子等杂质,再于澄清槽中加入聚丙烯酸钠或苛化麸皮以加速沉淀,砂滤后加入盐酸中和,盐水经预热后送去电解,电解液经预热、蒸发、分盐、冷却,制得液体烧碱,进一步熬浓即得固体烧碱成品。盐泥洗水用于化盐。
2NaCl+2H2O[电解] = 2NaOH+Cl2↑+H2↑
离子交换膜法
将原盐化盐后按传统的办法进行盐水精制,把一次精盐水经微孔烧结碳素管式过滤器进行过滤后,再经螫合离子交换树脂塔进行二次精制,使盐水中钙、镁含量降到0.002%以下,将二次精制盐水电解,于阳极室生成氯气,阳极室盐水中的Na+通过离子膜进入阴极室与阴极室的OH生成氢氧化钠,H+直接在阴极上放电生成氢气。电解过程中向阳极室加入适量的高纯度盐酸以中和返迁的OH-,阴极室中应加入所需纯水。在阴极室生成的高纯烧碱浓度为30%~32%(质量),可以直接作为液碱产品,也可以进一步熬浓,制得固体烧碱成品。
第三节 固碱的应用范围
固碱(NaOH)的用途极广。用于生产纸、肥皂、染料、人造丝,冶炼金属、石油精制、棉织品整理、煤焦油产物的提纯,以及食品加工、木材加工及机械工业等方面。
化学实验
可以用作化学实验。除了用做试剂以外,由于它有很强的吸水性和潮解性,还可用做碱性干燥剂。也可以吸收酸性气体(如在硫在氧气中燃烧的实验中,固碱溶液可装入瓶中吸收有毒的二氧化硫)。
中性、碱性气体中混有CO₂,可用NaOH除杂,生成Na₂CO₃(碳酸钠)和H₂O(生成的Na₂CO₃溶于H₂O中):
CO₂+2NaOH = Na₂CO₃+H₂O;H2O+CO2+Na2CO3=2NaHCO3
化学工业
固碱在国民经济中有广泛应用,许多工业部门都需要固碱。使用固碱最多的部门是化学药品的制造,其次是造纸、炼铝、炼钨、人造丝、人造棉和肥皂制造业。另外,在生产染料、塑料、药剂及有机中间体,旧橡胶的再生,制金属钠、水的电解以及无机盐生产中,制取硼砂、铬盐、锰酸盐、磷酸盐等,也要使用大量的烧碱。同时固碱是生产聚碳酸酯、超级吸收质聚合物、沸石、环氧树脂、磷酸钠、亚硫酸钠和大量钠盐的重要原材料之一。
生产洗涤剂
肥皂:制造肥皂是烧碱最古老和最广泛的用途。
固碱一直被用于传统的生活用途。直到今天,肥皂、香皂和其它种类的洗涤用品对烧碱的需求量依然占烧碱的15%左右。
脂肪和植物油的主要成分是三酸甘油酯(三酰甘油),它的碱水解方程式为:
(RCOO)3C3H5(油脂)+3NaOH=3(RCOONa)(高级脂肪酸钠)+C3H8O3(甘油)
该反应为生产肥皂的原理,故得名皂化反应。
R基可能不同,但生成的R-COONa都可以做肥皂。常见的R-有:
C17H33-:8-十七碳烯基。R-COOH为油酸。
C15H31-:正十五烷基。R-COOH为软脂酸。
C17H35-:正十七烷基。R-COOH为硬脂酸。
洗涤剂:固碱被用于生产各种洗涤剂,甚至如今的洗衣粉(十二烷基苯磺酸钠等成分)也是由大量的烧碱制造出来的,烧碱被用于磺化反应后对过剩的发烟硫酸进行中和。
造纸
固碱在造纸工业中发挥着重要的作用。由于其碱性特质,它被用于煮和漂白纸页的过程。
造纸的原料是木材或草类植物,这些植物里除含纤维素外,还含有相当多的非纤维素(木质素、树胶等)。加入稀的固碱溶液可将非纤维素成分溶解而分离,从而制得以纤维素为主要成分的纸浆。
人造纤维和纺织
人造纤维如人造棉、人造毛、人造丝等,大都是粘胶纤维,它们是用纤维素、固碱、二硫化碳(CS2)为原料制成粘胶液,经喷丝、凝结而制得。
在纺织工业中,固碱被用于纤维的处理和染色,且用于对棉纤维进行丝光处理。棉织品用烧碱溶液处理后,能除去覆盖在棉织品上的蜡质、油脂、淀粉等物质,同时能增加织物的丝光色泽,使染色更均匀。
精炼石油
石油产品经硫酸洗涤后还含有一些酸性物质,必须用固碱溶液洗涤,再经水洗,才能得到精制产品。
食品工业
我国《食品添加剂使用卫生标准》(GB 2920-1996)规定:可作加工助剂,按生产需要适量使用。
固碱可以被广泛使用于下列生产过程:容器的清洗过程;淀粉的加工过程;羧甲基纤维素的制备过程;谷氨酸钠的制造过程。
第四节 固碱的运输方法
储存方法
固体固碱装入0.5毫米厚的钢桶中严封,每桶净重不超过100 公斤;塑料袋或二层牛皮纸袋外全开口或中开口钢桶;螺纹口玻璃瓶、铁盖压口玻璃瓶、塑料瓶或金属桶(罐)外普通木箱;螺纹口玻璃瓶、塑料瓶或镀锡薄钢板桶(罐)外满底板花格箱、纤维板箱或胶合板箱;镀锡薄钢板桶(罐)、金属桶(罐)、塑料瓶或金属软管外瓦楞纸箱。包装容器要完整、密封,有明显的“腐蚀性物品”标志。
固碱对玻璃制品有轻微的腐蚀性,两者会生成硅酸钠,使得玻璃仪器中的活塞黏着于仪器上。因此盛放固碱溶液时不可以用玻璃瓶塞,否则可能会导致瓶盖无法打开。
如果以玻璃容器长时间盛装热的固碱溶液,也会造成玻璃容器损坏。
(玻璃中含有SiO₂ :2NaOH + SiO₂ = Na₂SiO₃ + H₂O)
运输方法
铁路运输时,钢桶包装的可用敞车运输。起运时包装要完整,装载应稳妥。运输过程中要确保容器不泄漏、不倒塌、不坠落、不损坏,防潮防雨。如发现包装容器发生锈蚀、破裂、孔洞、溶化淌水等现象时,应立即更换包装或及早发货使用,容器破损可用锡焊修补。严禁与易燃物或可燃物、酸类、食用化学品等混装混运。运输时运输车辆应配备泄漏应急处理设备。
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