石灰-纯碱法精制盐水：科学原理与操作要点

石灰-纯碱法精制盐水：科学原理与操作要点

一、工艺概述

石灰-纯碱法是工业上常用的盐水精制工艺，通过石灰乳（Ca(OH)?）和纯碱（Na?CO?）的协同作用，去除盐水中溶解的镁离子（Mg??）和钙离子（Ca??），同时保留NaCl的溶解性，最终获得高纯度精制盐水。这一方法具有成本低、操作简便的特点，广泛应用于制碱、氯碱等工业领域。实际也是含盐水蒸发器进水常用双碱法去除钙、镁软化工艺。

二、基本原理与反应过程

1、镁离子的去除
石灰乳（Ca(OH)?）与Mg??反应生成氢氧化镁（Mg(OH)?）沉淀：

Mg?? Ca(OH)2→Mg(OH)2↓ Ca?? 

同时，部分Ca(OH)?溶解生成OH?，进一步与Mg??结合：
Na2CO3 Ca(OH)2→2NaOH CaCO3↓（苛化反应） 

2NaOH Mg??→Mg(OH)2↓ 2Na

2、钙离子的去除
 纯碱（Na?CO?）与Ca??反应生成碳酸钙（CaCO?）沉淀：

Ca?? Na2CO3→CaCO3↓ 2Na? 

苛化反应（关键步骤）石灰乳与纯碱预先反应生成NaOH（苛化反应）：Na2CO3 Ca(OH)2→2NaOH CaCO3↓（苛化反应）

 NaOH进一步与Mg??反应强化除镁效果，同时提高反应推动力。

三、关键操作要点

1、精制剂用量控制

过量标准：为确保反应完全，需过量添加石灰乳和纯碱。最终盐水中未反应的OH?和CO???含量需控制在：

OH?= 0.05tt 

CO3??= 0.25tt

注：tt为滴度单位，表示稀释度的倒数，如180 tt对应1:180稀释倍数。

避免过量OH?：若OH?过量，Mg(OH)?结晶会漂浮，沉降速度降低（25℃时可达0.4~0.8米/小时），甚至无法沉降。需通过稀释精制剂（如用盐水将石灰乳稀释至含CaO 45~50 tt，纯碱液含Na?CO? 25~30 tt）精准控制用量。

2、沉淀物性质与沉降优化

Mg(OH)?特性：粒径极小（0.03~0.10微米），低温（<15℃）时沉降缓慢，需保持反应温度≥15℃。

CaCO?特性：粒径较大（3~10微米），易形成过饱和溶液（15℃时溶解度仅5~6 mg/L，过饱和可达150~200 mg/L）。

晶种法应用：取澄清桶中含CaCO?的泥浆作为晶种，加入反应体系中，促进结晶生长，减少过饱和度，加速沉降。

3、反应停留时间

盐水在反应桶内停留时间需≥30分钟，确保反应充分完成，避免因停留时间不足导致沉降速度下降。

四、三种工艺方法比较

根据精制剂的添加方式和反应条件，石灰-纯碱法分为三种典型方法，各有优劣：

方法	原理	优缺点
苛化法	先混合石灰乳与纯碱反应生成NaOH，再与盐水反应	优点：反应推动力大（NaOH溶解度高），除杂彻底； 缺点：需预先混合精制剂，流程稍复杂。
混合反应法	同时向盐水中加入石灰乳和纯碱	优点：操作简便； 缺点：若反应条件不当（如温度低），沉降效率可能降低。
分步反应法	先加石灰乳除镁，再加纯碱除钙	优点：可灵活控制反应步骤； 缺点：若纯碱液含NaHCO?（如炉气洗涤液），易导致Mg??重新析出，影响效果。

适用建议：

使用炉气洗涤液作为纯碱源时，优先选用苛化法，因分步法可能因NaHCO?干扰导致除杂不彻底。

· 常规情况下，混合反应法平衡了效率与操作简易性。

五、工艺优化与注意事项

1、精制剂来源优化

可利用落地碱、次品碱或炉气除尘回收的碱粉（经洗涤除氨）作为纯碱补充，降低成本。

石灰乳需新鲜制备，避免储存过久导致Ca(OH)?分解失效。

2、温度控制

反应温度宜≥15℃，低温时需延长停留时间或添加晶种。

高温（如25℃以上）可加速反应，但需避免局部过热导致结晶粗化。

3、设备维护

定期清理澄清桶底部泥浆，防止沉积物堵塞管道。

监测盐水pH（理想范围：10.5~11.5），避免过碱或过酸导致反应异常。

六、总结

石灰-纯碱法通过精妙的化学反应设计，实现了盐水中Mg??和Ca??的高效去除。其核心在于：

1. 精确控制精制剂用量，避免过量或不足；

2. 利用晶种法和苛化反应提升沉降效率；

3. 根据原料特性选择工艺方法（如苛化法适配炉气洗涤液）。

通过科学的操作和优化，可显著提高盐水纯度，减少NaCl损失，并为后续生产（如电解制氯或制碱）奠定基础。