氨碱法纯碱生产的主要原料概述Word文档下载推荐.docx

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2×

1000/106=1103kg

所求出的X是指生产每吨纯碱（含Na2CO3100%）所需要的纯的氯化钠（折NaCL100%）的量。

实际生产中,由于食盐中只有90%左右的氯化钠,而且又只能有70-75%的NaCL可以转化为Na2CO3,Na+离子至少损失27%以上，加之过程中跑、冒、滴、漏等各项损失，实际耗用食盐的量远远超过上述理论用量，这样使每生产1吨工业纯碱所需耗用的原盐实物量高达1.6—1.7t之多。

氨碱法制碱的食盐消耗量是很大的，纯碱工业从来就是用盐大户，因此必须保证有大量、廉价的原盐供应，才能维持生产并在经济上获益。

就其纯度而言，矿盐多数要比海盐为高，并可以采用注入高压水压裂地下化盐方法进行开采，得到接近饱和的卤水，节省设备和人力，降低成本。

十分适用于由湿法精制盐水的氨碱法生产，不过要铺设卤水输送管道或久盐矿附近建厂均存在其他制约因素，而我国又以盛产海盐为主，尽管其质量不如矿盐，也仍然是氨碱厂原料的天然宝库，所以我国大多数碱厂是以海盐为原料，临海发展纯碱生产。

3、我国盐资源概况

　　3.1　分类

　　盐是NaCl（氯化钠）的俗称。

在我国，根据来源和生产方法可分为3类：

以海水为原料晒制而得的盐叫作“海盐”；

开采现代盐湖矿加工制得的盐叫作“湖盐”；

开采地下天然卤水或古代岩盐矿床加工制得的盐则称“井矿盐”。

我国井矿盐工艺以钻井水溶汲取卤水，进而真空蒸发结晶生产高品质盐为主，因此，又称真空盐。

　　按照产品形式又分为固体盐和液体盐，我国以固体盐为主，液体盐主要指汲取的天然地下卤水或注水溶解地下岩盐矿床而得到的卤水，目前我国液体盐的比例不足10%，但国外发达国家较高，如美国达到51%。

　　氯化钠除供食用外（惯称食盐），大量用作工业原料（名曰工业用盐），国家统计局的统计年表以“原盐”为总称。

　　3.2　资源分布

　　我国盐资源非常丰富，开采历史悠久。

基本分布状况是：

东部海盐，中部及西南部井矿盐，西北部湖盐。

　　海水晒盐与国家的海岸线长度、滩涂面积及气候条件等有关，我国海盐以北方海盐区（含辽宁、河北、天津、山东和江苏）为主。

　　井矿盐矿床广泛分布在河南、四川、湖北、湖南、江西、四川、重庆、云南、江苏、山东、安徽及陕西等18个省区。

据不完全统计，现已查明的氯化钠储量大于100亿t的盐矿床就有十余个。

　　湖盐主要分布在内蒙古、青海、新疆及西藏等西北部地区，以青海盐湖最为丰富，储量在3000多亿t，生产成本较为低廉，但我国西北地区经济相对落后，对盐的需求也较低，远距离运输一直是制约其发展的瓶颈。

　　我国1995年探明盐矿储量3824亿t，资源量在6.2万亿t以上。

目前我国的盐总产量不足6000万t，因此，我国的盐资源可以满足制盐工业长期快速发展的需求，很多省市都有发展制盐工业以及盐化工的资源条件。

4、我国制盐工业概况

　　4.1　生产情况

　　近十余年，受我国盐化工及下游行业快速发展的影响，我国对原盐的需求也快速增加。

2007年，我国原盐生产和消费量5920万t，居世界第1位。

从历年统计数据看，海盐产能最大，井盐次之，湖盐最低。

　　东部沿海地区制盐产能约占总产能的60%。

海盐生产主要集中在环渤海湾的山东、河北、天津和辽宁四省市，四省市产量占全国海盐产量的90%以上。

湖盐主要集中在内蒙、新疆和青海三省。

井矿盐主要分布在四川、湖北、江苏、河南、江西、湖南、安徽、云南、重庆等省市。

近年我国原盐产量见表1。

　　受沿海地区各类园区和工业等项目建设发展的影响，北方海盐区的盐田面积逐年萎缩，海盐产能增幅和所占比例逐渐降低，产能进一步增加的潜力不大。

而井矿盐资源丰富且分布广，技术成熟，投资门槛不高，因此近年井矿盐产能增幅较快，在全国盐总产量中的比例逐年提高。

目前规划建设的制盐产能（主要是井矿盐）超过1000万t／a，盐业产能的增长可以满足下游行业的需求。

4.2　存在问题

（1）产品结构比较单一。

公路化雪、畜牧、水处理、洗浴用盐、高纯度工业盐等高附加值产品的开发，从数量、品种、质量等各方面还没有拓展和满足市场需求。

尤其是液体盐的开发利用仍处于较低水平，折盐产量仅占井矿盐总产量的12%。

卤水化工的深加工系列产品，如钾镁肥、阻燃剂、农药、医药中间体等还没有形成规模化和产业化。

（2）资源利用水平低。

目前，制盐工业仍主要以单一的制盐业为主，资源利用率很低。

海盐苦卤利用率不足20%，莱州湾地下卤水的掠夺性开采使盐、溴比例失调，这一地区出现水位下降、浓度降低、流量减少等资源枯竭的现象；

湖盐区由于单一提取盐，导致镁害严重，使湖盐资源遭到污染；

矿盐区的芒硝提取率不足10%。

国外则基本做到零排放。

（3）产业布局不合理。

50%以上的原盐运输半径超过200km。

在美国，80%以上的运输半径在150km以内，管输液体盐比例较高。

4.3　发展思路

　　近年盐业行业效益起伏较大，为避免产能严重过剩，国家发展改革委员会2006年发布《制盐工业结构调整指导意见》。

（1）优先考虑与两碱项目的配套建设。

制盐生产能力由2005年的5500万t提高至2010年的6500万t，年增幅控制在5%以内。

但实际预测该指标将被大大突破。

（2）稳定海盐生产，主要作为化工用盐，关键是要提高产品质量。

有序发展井矿盐。

井矿盐生产成本相对较高，但生产稳定，产品质量相对较好，在适度增加产能的前提下，增加低耗能的液体盐的供应量。

　　（3）按需发展湖盐。

湖盐区地处西部，运输条件还有待改善；

但资源丰富，成本低廉，也具有一定优势。

　　4.4　消费结构

　　我国盐化工用盐占73%，食用盐占16%，其它用盐占11%。

盐化工是我国制盐工业发展的决定因素。

我国盐消费结构与发达国家相比，主要体现在盐化工耗盐比例过大；

道路除雪等行业的消费比例过低（美国融雪耗盐达到1900万t）；

卤水直接消费比例过低（如美国达到51%），而我国液体盐消费比例只有10%左右，可见我国制盐工业的产品结构不尽合理。

　　我国以盐为原料的盐化工产业，主要是纯碱和氯碱两大行业（俗称“两碱”）。

近年来，氯酸钠和金属钠也发展较快，但这两种下游产品的盐的消耗较低，不足总消费量的1%，对全行业的供需平衡影响较小。

“两碱”的发展拉动了盐业的发展，我国已形成以纯碱和氯碱为龙头，下游产品开发并存的盐化工产业格局。

二、石灰石

1、石灰石的物化性质及规格成分

石灰石为氨碱法纯碱生产的第二大重要原料，其消耗量不亚于食盐。

（1）石灰石的物化性质：

石灰石颜色有灰白、茶色、褐色等，单纯从色泽不能判断其品质的好坏。

典型的矿石时方解石、大理石，主要成份是碳酸钙，其结晶大部分为六方晶系。

化学分子式为CaCO3。

碳酸钙的分子量100.09

密度2.711T/M3

分解温度825℃

熔点1339℃

石灰石在石灰窑中煅烧，发生CaCO3的分解反应。

生成的CaO称为生石灰，为无色等轴晶系，熔点2372℃，密度3.37t/m3，在氨碱厂将它用水消化而制得氢氧化钙悬浊液，用于蒸氨反应。

CaO+H2O=Ca（OH）2+65.65KJ/mol生成的Ca（OH）2称为熟石灰或消石灰，其分子量为74.09，为无色斜方晶系，密度2.24t/m3，无吸湿性，溶解度很小，而且温度越高，溶解度越小。

氢氧化钙与水混合呈白色悬浊液即石灰乳，呈强碱性，用于蒸氨及盐水除镁过程。

　CaCO3+2HCl===CaCl2+H2O+CO2↑摩氏硬度值（MOH）:

3

化学分析：

　　二氧化硅0.07%、三氧化二铝0.02%、三氧化二铁0.03%、氧化钙55.22%、氧化镁0.08%、

　　石灰石块状/粉状：

烧失量40.79％，硅4.62％，铝1.21％，铁0.52％，钙50.16％，镁1.10％

　　白云石粉/块：

硅0.19％，铝0.15％，铁0.17％，钙32.1％，镁21.19％

　　石灰石是生产玻璃的主要原料。

　　二氧化碳（CO2）能使熟石灰变混浊。

石灰和石灰石大量用做建筑材料，也是许多工业的重要原料。

石灰石可直接加工成石料和烧制成生石灰。

石灰有生石灰和熟石灰。

生石灰的主要成分是CaO，一般呈块状，纯的为白色，含有杂质时为淡灰色或淡黄色。

生石灰吸潮或加水就成为消石灰，消石灰也叫熟石灰，它的主要成分是Ca（OH）2。

熟石灰经调配成石灰浆、石灰膏、石灰砂浆等，用作涂装材料和砖瓦粘合剂。

水泥是由石灰石和粘土等混合，经高温煅烧制得。

玻璃由石灰石、石英砂、纯碱等混合，经高温熔融制得。

炼铁用石灰石作熔剂，除去脉石。

炼钢用生石灰做造渣材料，除去硫、磷等有害杂质。

（2）石灰石的质量指标：

石灰石的成份规格：

CaCO3%≥90%；

SiO2≤5.5%；

MgCO3≤3.5%；

R2O3≤0.5%（R2O3为铁铝氧化物）

2、石灰石的用量

根据反应方程式：

100106

X1000（kg）

可求出X=100×

1000/106=943（kg）

即每生产1吨纯碱（折100%）理论上需耗用的100%CaCO3约943kg。

实际生产中石灰石不是纯的CaCO3，也不能百分之百分解，加上各个环节的损失，其耗用量同样大大超过理论值，因此实物耗量达到1.3—1.6t/t之多。

因此，应尽可能采用纯度高的石灰石才较为经济，从而，可以提高CO2气及石灰乳质量，提高关键设备的生产强度，减少系统物料当量，一般要求石灰石含碳酸钙不低于90%，其他酸性杂质如SiO2+R2O3以不超过6%为佳。

这样可使石灰窑生产出的CaO达到80%以上，而窑气含CO2则可以达到40%以上，此外，氨碱厂对石灰石的粒度有特殊要求，其直径在70—150mm较为适宜。

3、我国石灰石的储量及分布情况

石油是经济的命脉，国力发展的命脉，谁拥有了石油，谁就拥有了21世纪的发展。

储备石油，参与石油期货市场的交易，不仅仅是经济活动，而是出于战略发展目标的考虑。

因此控制石油资源是爆发伊拉克战争的因素之一。

中国有句古语，民以食为天，天命也。

石灰石就是水泥工业的粮食，是水泥生产的命脉。

水泥厂只要生产，就一刻离不开石灰石，谁占有了石灰石资源，谁就占有了水泥工业的发展。

目前我国水泥企业争夺市场之战，也可以说是争夺石灰石资源之战，因此大企业集团把占有优势石灰石资源作为实现自身发展战略的措施之一。

、石灰石是用途极广的宝贵资源石灰石是石灰岩作为矿物原料的商品名称。

石灰岩在人类文明史上，以其在自然界中分布广、易于获取的特点而被广泛应用。

作为重要的建筑材料有着悠久的开采历史，在现代工业中，石灰石是制造水泥、石灰、电石的主要原料，是冶金工业中不可缺少的熔剂灰岩，优质石灰石经超细粉磨后，被广泛应用于造纸、橡胶、油漆、涂料、医药、化妆品、饲料、密封、粘结、抛光等产品的制造中。

据不完全统计，水泥生产消耗的石灰石和建筑石料、石灰生产、冶金熔剂，超细碳酸钙消耗石灰石的总和之比为1∶3。

石灰岩是不可再生资源，随着科学技术的不断进步和纳米技术的发展，石灰石的应用领域还将进一步拓宽。

、我国石灰石资源概况及其地理分布我国是世界上石灰岩矿资源丰富的国家之一。

除上海、香港、澳门外，在各省、直辖市、自治区均有分布。

据原国家建材局地质中心统计，全国石灰岩分布面积达43.8万KM2（未包括西藏和台湾），约占国土面积的1/20，其中能供做水泥原料的石灰岩资源量约占总资源量的1/4～1/3。

为了满足环境保护、生态平衡，防止水土流失，风景旅游等方面的需要，特别是随着我国小城镇建设规划的不断完善和落实，可供水泥石灰岩的开采量还将减少。

全国已发现水泥石灰岩矿点七、八千处，其中已有探明储量的有1286处，其中大型矿床257处、中型481处、小型486处（矿石储量大于8000万吨为大型、4000～8000万吨为中型、小于4000万吨为小型），共计保有矿石储量542亿吨，其中石灰岩储量504亿吨，占93%；

大理岩储量38亿吨，占7%。

保有储量广泛分布于除上海市以外29个省、直辖市、自治区，其中陕西省保有储量49亿吨，为全国之冠；

其余依次为安徽省、广西自治区、四川（含重庆市）省，各保有储量34～30亿吨；

山东、河北、河南、广东、辽宁、湖南、湖北7省各保有储量30～20亿吨；

黑龙江、浙江、江苏、贵州、江西、云南、福建、山西、新疆、吉林、内蒙古、青海、甘肃13省各保有储量20～10亿吨；

北京、宁夏、海南、西藏、天津5省各保有储量5～2亿吨。

三、焦炭或白煤

1、无烟煤（白煤）的物化性质

无烟煤（英文名称anthracite），俗称白煤或红煤。

是煤化程度最大的煤。

无烟煤固定碳含量高，挥发分产率低，密度大，硬度大，燃点高，燃烧时不冒烟。

黑色坚硬，有金属光泽。

以脂摩擦不致染污，断口成介壳状，燃烧时火焰短而少烟。

不结焦。

一般含碳量在90%以上，挥发物在10%以下。

无胶质层厚度。

热值约8000-8500千卡/公斤。

有时把挥发物含量特大的称做半无烟煤；

特小的称做高无烟煤。

无烟煤为煤化程度最深的煤，含碳量最多，灰分不多，水分较少，发热量很高，可达25000~32500kJ/kg，挥发分释出温度较高，其焦炭没有黏着性，着火和燃尽均比较困难，燃烧时无烟，火焰呈青蓝色。

煤样在规定条件下隔绝空气加热，煤中的有机物质受热分解出一部分分子量较小的液态（此时为蒸汽状态）和气态产物，这些产物称为挥发物。

挥发物占煤样质量的分数成为挥发分产率或简称为挥发分。

以干燥无灰基为分析基，挥发分低于10%的煤称为无烟煤。

挥发分大于6.5%小于10%的无烟煤称为无烟煤三号。

01号无烟煤为年老无烟煤；

02号无烟煤为典型无烟煤；

03号无烟煤为年轻无烟煤。

2、焦炭的物化性质

焦炭定义：

烟煤在隔绝空气的条件下，加热到950-1050℃，经过干燥、热解、熔融、粘结、固化、收缩等阶段最终制成焦炭，这一过程叫高温炼焦（高温干馏）。

由高温炼焦得到的焦炭用于高炉冶炼、铸造和气化。

炼焦过程中产生的经回收、净化后的焦炉煤气既是高热值的燃料，又是重要的有机合成工业原料。

　　冶金焦是高炉焦、铸造焦、铁合金焦和有色金属冶炼用焦的统称。

由于90%以上的冶金焦均用于高炉炼铁，因此往往把高炉焦称为冶金焦。

　　铸造焦是专用与化铁炉熔铁的焦炭。

铸造焦是化铁炉熔铁的主要燃料。

其作用是熔化炉料并使铁水过热，支撑料柱保持其良好的透气性。

因此，铸造焦应具备块度大、反应性低、气孔率小、具有足够的抗冲击破碎强度、灰分和硫分低等特点。

焦炭物理性质包括焦炭筛分组成、焦炭散密度、焦炭真相对密度、焦炭视相对密度、焦炭气孔率、焦炭比热容、焦炭热导率、焦炭热应力、焦炭着火温度、焦炭热膨胀系数、焦炭收缩率、焦炭电阻率和焦炭透气性等。

　　焦炭的物理性质与其常温机械强度和热强度及化学性质密切相关。

焦炭的主要物理性质如下：

　　真密度为1.8-1.95g/cm3；

　　视密度为0.88-1.08g/cm3；

　　气孔率为35-55%；

　　散密度为400-500kg/m3；

　　平均比热容为0.808kj/（kgk）（100℃），1.465kj/（kgk）（1000℃）；

　　热导率为2.64kj/（mhk）（常温），6.91kg/（mhk）（900℃）；

　　着火温度（空气中）为450-650℃；

　　干燥无灰基低热值为30-32KJ/g；

　　比表面积为0.6-0.8m2/g（使用全自动F-Sorb2400比表面积仪BET方法检测）。

　　焦炭的比表面积研究是非常重要的，焦炭的比表面积检测数据只有采用BET方法检测出来的结果才是真实可靠的，国内目前有很多仪器只能做直接对比法的检测，现在国内也被淘汰了。

目前国内外比表面积测试统一采用多点BET法，国内外制定出来的比表面积测定标准都是以BET测试方法为基础的，请参看我国国家标准（GB/T19587-2004）-气体吸附BET原理测定固态物质比表面积的方法。

比表面积检测其实是比较耗费时间的工作，由于样品吸附能力的不同，有些样品的测试可能需要耗费一整天的时间，如果测试过程没有实现完全自动化，那测试人员就时刻都不能离开，并且要高度集中，观察仪表盘，操控旋钮，稍不留神就会导致测试过程的失败，这会浪费测试人员很多的宝贵时间。

F-Sorb2400比表面积分析仪是真正能够实现BET法检测功能的仪器（兼备直接对比法），更重要的F-Sorb2400比表面积分析仪是迄今为止国内唯一完全自动化智能化的比表面积检测设备，其测试结果与国际一致性很高，稳定性也很好，同时减少人为误差，提高测试结果精确性。

　　焦炭的反应性及反应后的强度：

焦炭反应性与二氧化碳、氧和水蒸气等进行化学反应的能力，焦炭反应后强度是指反应后的焦炭再机械力和热应力作用下抵抗碎裂和磨损的能力。

焦炭在高炉炼铁、铸造化铁和固定床气化过程中，都要与二氧化碳、氧和水蒸气发生化学反应。

由于焦与氧和水蒸气的反应有与二氧化碳的反应类似的规律，因此大多数国家都用焦炭与二氧化碳间的反应特性评定焦炭反应性。

　　中国标准（GB/T4000-1996）规定了焦炭反应性及反应后强度试验方法。

其做法是使焦炭在高温下与二氧化碳发生反应没，然后测定反应后焦炭失重率及其机械强度。

焦炭反应性CRI及反应后强度CSR的重复性r不得超过下列数值：

　　CRIr≤2.4%

　　CSR：

≤3.2%

　　焦炭反应性及反应后强度的试验结果均取平行试验结果的算术平均值。

3、焦炭和无烟煤的质量指标

焦炭是高温干馏的固体产物，主要成分是碳，是具有裂纹和不规则的孔孢结构体（或孔孢多孔体）。

裂纹的多少直接影响到焦炭的力度和抗碎强度，其指标一般以裂纹度（指单位体积焦炭内的裂纹长度的多少）来衡量。

衡量孔孢结构的指标主要用气孔率（只焦炭气孔体积占总体积的百分数）来表示，它影响到焦炭的反应性和强度。

不同用途的焦炭，对气孔率指标要求不同，一般冶金焦气孔率要求在40～45%，铸造焦要求在35～40%，出口焦要求在30%左右。

焦炭裂纹度与气孔率的高低，与炼焦所用煤种有直接关系，如以气煤为主炼得的焦炭，裂纹多，气孔率高，强度低；

而以焦煤作为基础煤炼得的焦炭裂纹少、气孔率低、强度高。

焦炭强度通常用抗碎强度和耐磨强度两个指标来表示。

焦炭的抗碎强度是指焦炭能抵抗受外来冲击力而不沿结构的裂纹或缺陷处破碎的能力，用M40值表示；

焦炭的耐磨强度是指焦炭能抵抗外来摩檫力而不产生表面玻璃形成碎屑或粉末的能力，用M10值表示。

焦炭的裂纹度影响其抗碎强度M40值，焦炭的孔孢结构影响耐磨强度M10值。

M40和M10值的测定方法很多，我国多采用德国米贡转鼓试验的方法。

焦炭质量标准：

固定碳≥80%；

挥发份≤5.0%；

水份≤7.0%；

灰分≤15.0%；

发热值≥28000KJ/kg

无烟煤质量标准：

固定碳≥78%；

挥发份≤9.0%；

水份≤4.0%；

灰分≤16.0%；

4、焦炭质量的评价

、焦炭中的硫分：

硫是生铁冶炼的有害杂质之一，它使生铁质量降低。

在炼钢生铁中硫含量大于0.07%即为废品。

由高炉炉料带入炉内的硫有11%来自矿石；

3.5%来自石灰石；

82.5%来自焦炭，所以焦炭是炉料中硫的主要来源。

焦炭硫分的高低直接影响到高炉炼铁生产。

当焦炭硫分大于1.6%，硫份每增加0.1%，焦炭使用量增加1.8%，石灰石加入量增加3.7%,矿石加入量增加0.3%高炉产量降低1.5—2.0%.冶金焦的含硫量规定不大于1%，大中型高炉使用的冶金焦含硫量小于0.4—0.7%。

、焦炭中的磷分：

炼铁用的冶金焦含磷量应在0.02—0.03%以下。

、焦炭中的灰分：

焦炭的灰分对高炉冶炼的影响是十分显著的。

焦炭灰分增加1%，焦炭用量增加2—2.5%因此，焦炭灰分的降低是十分必要的。

、焦炭中的挥发分：

根据焦炭的挥发分含量可判断焦炭成熟度。

如挥发分大于1.5%，则表示生焦；

挥发分小于0.5—0.7%,则表示过火，一般成熟的冶金焦挥发分为1%左右。

、焦炭中的水分：

水分波动会使焦炭计量不准，从而引起炉况波动。

此外，焦炭水分提高会使M04偏高，M10偏低，给转鼓指标带来误差。

、焦炭的筛分组成：

在高炉冶炼中焦炭的粒度也是很重要的。

我国过去对焦炭粒度要求为：

对大焦炉（1300—2000平方米）焦炭粒度大于40毫米；

中、小高炉焦炭粒度大于25毫米。

但目前一些钢厂的试验表明，焦炭粒度在40—25毫米为好。

大于80毫米的焦炭要整粒，使其粒度范围变化不大。

这样焦炭块度均一，空隙大，阻力小，炉况运行良好。

5、白煤和焦炭的用量

焦炭和白煤热值较高，固定碳含量高，挥发份含量低，杂质少，是石灰窑比较理想的燃料。

石灰石在石灰窑中煅烧需要按理论量配以适量的焦炭或白煤。

实际配焦或配煤的比列应视石灰石和焦炭、白煤的品位而异。

每煅烧单位重量石灰石所需要的焦炭或白妹的重量数，二者之百分率称为配焦率（或配煤率）。

例如某氨碱厂煅烧1吨石灰石需用8kg白煤，则配煤率为：

85/1000=8.5%

理论上分解1kgCaCO3需要热量1796KJ，这就是说需要发热量为29307KJ/kg的标准煤0.061kg（1796/29307=0.061kg），由于石灰窑本身有热损失，石灰要带走一些显热，加上燃料燃烧不完全，造成燃料消耗比理论值大，实际生产中每煅烧1吨石灰石需要用标煤约75—85kg，而每生产1吨纯碱若按1.5吨石灰石计算，则需耗用标煤120—130kg。

6、我国白煤的储量

中国无烟煤预测储量为4740亿吨，占全国煤炭总资源量的10%，年产2亿吨。

山西省占32%，河南省占18%，贵州省占11%。

中国有六大无烟煤基地：

北京京煤集团，晋城煤业集团，焦作煤业集团，河南永城矿区，神华宁煤集团，阳泉煤业集团。