根據(jù)生產(chǎn)工藝、原料的來源不同,純堿的生產(chǎn)工藝主要有天然堿法、氨堿法、聯(lián)堿法和ADC發(fā)泡劑聯(lián)產(chǎn)法。天然堿法生產(chǎn)純堿的主要原料為天然堿礦、燃料煤(用于鍋爐發(fā)電和生產(chǎn)蒸汽)。氨堿法生產(chǎn)純堿的主要原料有食鹽、石灰石、焦炭或白煤、中間媒介氨、燃料煤(用于鍋爐發(fā)電和生產(chǎn)蒸汽)。聯(lián)堿法的主要原料有食鹽、氨和二氧化碳、燃料煤(用于鍋爐發(fā)電和生產(chǎn)蒸汽)。

2021年,以上四種生產(chǎn)工藝產(chǎn)能占比分別為4.7%、43.69%、50.36%和1.25%(見圖1),不同工藝的主要產(chǎn)成品是輕質(zhì)純堿,輕質(zhì)純堿通過水合法或擠壓法后得到重質(zhì)純堿。

圖1 2021年不同工藝產(chǎn)能占比

資料來源:國(guó)家統(tǒng)計(jì)局、卓創(chuàng)資訊。

天然堿法

天然堿的開發(fā)和利用有著悠久的歷史,早在合成純堿出現(xiàn)之前,就有天然堿的開采和加工。隨著天然堿不斷被探明,品質(zhì)優(yōu)儲(chǔ)量大的天然堿礦床被不斷發(fā)現(xiàn),尤其是天然堿加工生產(chǎn)純堿成本低,經(jīng)濟(jì)效益好,天然堿的開發(fā)和利用得到許多國(guó)家的重視。近年來,天然堿的開采量逐步增加,到目前為止,全世界天然堿的年開采量已超過1600萬噸。

世界上天然堿的主要開采方法和其他可溶性鹽類礦床一樣。根據(jù)礦床賦存的形態(tài)不同,固體礦床開采不外乎兩種開采方法,一種是旱采,另一種是溶采。天然堿加工技術(shù)包括堿液制備及各種提純工藝。

目前,天然堿加工主要有三種方法,即蒸發(fā)法、碳酸化法和苛化法(制備燒堿)。天然堿法的生產(chǎn)流程見圖2。

圖2 天然堿法生產(chǎn)流程

資料來源:光大期貨研究所。

01 蒸發(fā)法

根據(jù)原料的組成不同,有倍半堿工藝和一水堿工藝兩種。以晶堿石(Na2CO3·NaHCO3·2H2O)為主的天然堿可采用倍半堿工藝生產(chǎn)純堿。在蒸發(fā)前若使NaHCO3分解,如干法分解(煅燒)、濕法分解或溶采時(shí)被NaOH中和。濕法中析出Na2CO3·H2O,可采用一水堿工藝生產(chǎn)重質(zhì)純堿,或者邊蒸發(fā)邊濕分解的一步法一水堿流程生產(chǎn)重質(zhì)純堿。

02 碳化法

對(duì)于堿、硝、鹽共生的泡堿型天然堿湖水或固體礦,可采用碳酸化工藝生產(chǎn)輕質(zhì)純堿,再經(jīng)重質(zhì)化生產(chǎn)重質(zhì)純堿。如碳酸化的出塔晶漿離心分離后不煅燒,經(jīng)干燥即可制得小蘇打。

03 苛化法(制備燒堿工藝)

采用苛化工藝將天然堿液中的碳酸鈉(Na2CO3)、碳酸氫鈉(NaHCO3)轉(zhuǎn)變?yōu)闅溲趸c(NaOH),形成的淡堿液經(jīng)多效蒸發(fā),除去可溶性雜質(zhì)碳酸鈉和硫酸鈉(Na2SO4)等,再經(jīng)冷析除去NaCl雜質(zhì),最后經(jīng)濃縮熔融制得固體燒堿?？粱療龎A與碳酸化小蘇打往往聯(lián)合生產(chǎn),使石灰石煅燒生成的窯氣和石灰平衡,以降低產(chǎn)品的制造成本。

天然堿法的主要原料為天然堿礦、燃料煤(用于鍋爐發(fā)電和生產(chǎn)蒸汽),其生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單,成本較低。我國(guó)已發(fā)現(xiàn)天然堿礦產(chǎn)地152處,儲(chǔ)量近4億噸,主要分布在河南和內(nèi)蒙古兩地,也是我國(guó)天然堿法生產(chǎn)的主要集中地,青藏高原是現(xiàn)代鹽堿湖的集中地。而國(guó)際上,已探明的天然堿礦多在美國(guó)、土耳其、墨西哥、肯尼亞以及中國(guó)等少數(shù)國(guó)家和地區(qū),其中,美國(guó)、土耳其和中國(guó)是最主要的天然堿法生產(chǎn)國(guó)。

天然堿法依靠其自然資源的優(yōu)勢(shì),勝在天然原料成本較低、環(huán)保壓力較小等方面。據(jù)測(cè)算,天然堿法比合成法成本低30%~40%,成本控制良好的部分企業(yè),天然堿法的生成成本僅為合成法的一半。但是,同樣受制于有限的自然資源儲(chǔ)備及開采,天然堿法生產(chǎn)的純堿難以滿足國(guó)內(nèi)的大量需求。