[其他]用硫酸钠生产氢氧化钠的方法

说明书

本发明属于碱金属氢氧化物的生产方法。

氢氧化钠是最重要的基础化工原料之一。无论是含量较低的液体产品还是含量较高的固体产品都是国计民生一日不可短缺的。它被广泛应用于几乎所有各种专业领域。

现有的氢氧化钠生产方法有两种，一是电解法，一是苛化法。这两种方法都是以氯化钠为主要原料，因为苛化法使用的纯碱目前也是用氯化钠为原料生产的。电解法中，无论是隔膜法还是水银法还是离子膜法，都要消耗大量极为宝贵的电能。而苛化法则要消耗目前仍十分短缺的纯碱为原料。食盐电解和纯碱苛化这两种方法均问世很久，为人所熟知。

本发明的目的，是用资源丰富、价格低廉的硫酸钠为原料，使它经过一次化学反应直接转化成氢氧化钠。

含结晶水的硫酸钠俗称芒硝。主要来源于矿物、盐湖和海水制盐的付产物。化学工业中也有一些生产过程付产硫酸钠。例如一座年产5000吨合成脂肪酸的工厂，在用石蜡生产皂用酸的过程中，每日付产约15吨硫酸钠，它被以水溶液的形式排放。有些工厂曾试图将其回收，但由于经济和产品质量方面的原因都不得不放弃努力。如果采用本发明的方法，15吨硫酸钠将可以生产约8吨100%的氢氧化钠，相当于这座工厂的日耗碱量。

用硫酸钠生产纯碱的努力至今没有停止过。最早的路布兰法制碱实质上也是以硫酸钠为出发点的。后来则有联产纯碱和硫酸铵的方法。这些方法都因为经济方面的原因没有能够实现工业化。即使能够采用这些方法生产纯碱，如果我们希望的最终产品是氢氧化钠，则仍然还需要再把纯碱苛化成烧碱。

本发明所述的用硫酸钠生产氢氧化钠的方法，至今未见有人提出。

本发明所述的方法是以溶度积原理为理论基础的。在反应体系中，同时存在水、硫酸钠、氢氧化钙和碳酸钡。由于硫酸钡的溶度积小于碳酸钡，所以碳酸钡逐渐溶解转化为硫酸钡沉淀并游离出碳酸根。根据理论计算，反应达到平衡时液相中碳酸根和硫酸根的浓度比为73∶1。但是随反应的不断进行，液相中碳酸根浓度不断增大并达到一定值后，碳酸钡的溶解速度变得很慢，以至想使反应达到平衡就需要一个漫长的时间。为了降低液相碳酸根浓度使碳酸钡尽快溶解，使硫酸根尽快以硫酸钡的形式沉淀下来并向体系中引入氢氧根，向系统中加入氧化钙。氧化钙与水迅速生成氢氧化钙。由于碳酸钙的溶度积小于氢氧化钙，所以氢氧化钙不断溶解而碳酸根则以碳酸钙的形式沉淀析出，游离出的氢氧根则与硫酸钠中的钠离子结合成氢氧化钠。过程用化学方程式如下表示：

没有必要担心终产物含有钡离子。因为反应终了的系统中仍然含有许多硫酸根离子，由于硫酸钡溶度积非常小这一众所周知的原因，以钡离子状态存在于液相终产物的钡将少得甚至不能用化学法检出。

本发明的方法产生的硫酸钡可以用熟知的方法经还原和碳化重新制成碳酸钡。钡离子做为硫酸根沉淀剂和碳酸根的载体循环使用。碳酸钡生产中产生的硫化氢气体可以用熟知的方法生产硫酸或其它产品。这些反应的方程式如下：

本发明的方法产生的碳酸钙可以经过煅烧重新制成氧化钙和二氧化碳气。氧化钙用于苛化硫酸钠，二氧化碳则用于碳酸钡的生产。

本发明的方法获得的约10%重量百分浓度的氢氧化钠水溶液可以用熟知的蒸发方法制成液体烧碱和固体烧碱。蒸发中析出的未反应的硫酸钠重新用做原料。不计算损耗时硫酸钠的总转化率为100%。