金属钠的应用及生产工艺

金属钠的应用及生产工艺

张　莉1,王树轩2

(11青海省计量测试研究所,青海西宁　810001;21中国科学院青海盐湖研究所,青海西宁　810008)

摘要:介绍了金属钠的应用和生产工艺,并结合青海盐湖资源综合开发现状,分析了建设金属钠装置的优势及可行性。

关键词:金属钠;工艺;装置

中图分类号:T Q11016 文献标识码:B 文章编号:1006-8996(2006)04-0096-02

1　金属钠的应用

111　用途　金属钠主要用于生产含铅汽油添加剂和石油脱硫剂、氧化剂、漂白剂、染料、农药、医药中间

体、催化剂、香料、有机化合物生产用的钠化合物。此外,难熔金属生产和核反应堆也有少量消费。

[1]金属钠生产铅钠合金,进而生产抗爆剂四乙基铅是其主要的传统用途。金属钠法生产三苯膦即三

苯基膦(TPP )主要用于石油化工生产催化剂和医药工业的原料。[1]硼氢化钠是良好的还原剂,性能稳定

且具有选择性,主要用作醛类、酮类、酰氯类还原剂、塑料的发泡剂和医药中间体等,此外还用作高能燃

料、机制纸的漂白剂及造纸工业含汞污水处理等。目前我国硼氢化钠的应用已逐渐广泛。[2]叠氮化钠主

要由金属钠生产,其最大的用途就是生产安全气囊,为车祸、空难等事故提供安全保护。此外,叠氮化钠还用于多种有机和无机物的生产合成,是一种前景广阔的钠化合物产品。钠硫蓄电池是一种高温(300

～350℃

)蓄电池,由于其充放电时无副反应,理论上充放电效率为100%,与常用的铅蓄电池相比,其优越性要大的多,因而是本行业的发展方向。[3]在核能利用方面,金属钠可作为核反应堆的冷却剂。难熔

金属如钛(熔点1725℃)、锆(1857℃)、铌(2468℃

)的冶炼中,常采用金属钠作还原剂。112　消费现状与预测　目前金属钠的消费中,靛兰生产占60%～70%,医药中间体30%～40%,农药和核反应堆用量约占5%。2004年靛兰产量419万吨(实际产量可能还大些),同比增长2516%,对金属钠需求量2125万吨;医药中间体消耗金属钠116万吨;加上农药和核反应堆的用量,以及0175万吨的净出

口量,2004年金属钠的消费量在416万吨以上,而国内实际产量只有414万吨。

[4]随着我国工业发展和结构调整,金属钠消费和需求集中在以下几个领域。①氰化钠生产。我国金矿属于低品位贫矿床,冶炼黄金每年需氰化钠4～5万吨,氨法生产每吨氰化钠需消耗钠约500千克[3]。由于丙烯腈工业副产的HC N 绝大部分以NaC N 回收,因此氨法生产氰化钠将不会再有大的发展。②靛兰染料。靛兰燃料生产是金属钠的最大用户,我国是靛兰染料出口大国,加入WT O 以后,靛兰染料出口大幅度增加,外贸部门对靛兰染料敞开收购,靛兰染料吨产品消耗金属钠01503吨[5]。预计2006年靛兰产量将达到10万吨以上,消耗金属钠量在415万吨左右[4]。③甲醇钠、乙醇钠。我国制药工业近年

来发展迅速,需要消耗大量甲醇钠、乙醇钠等中间体,主要由金属钠制造。[5]除个别厂家采用碱法生产的

甲醇钠、乙醇钠产品外,绝大多数均采用金属钠生产,目前对金属钠需求量在112～115万吨/年左右。④氢化钠、硼氢化钠、硼氢化钾。氢化钠、硼氢化钠、硼氢化钾是重要的还原剂,在有机合成和医药合成中有着广泛用途,随着国内外有机化学工业的快速发展,用量大幅度增加。目前,国内用量较小,主要消费渠道是出口,年耗金属钠1500余吨。⑤四乙基铅。由于含铅汽油已基本被淘汰,铅钠合金和四乙基铅在燃油领域的用量已极度萎缩,但在化工等领域尚有少量用途。⑥其它精细化工。金属钠作为化学试

收稿日期:2006-04-29

作者简介:张　莉(1964—

),女,山西临汾人,工程师。第24卷　第4期2006年8月 青海大学学报(自然科学版)Journal of Qinghai University (Nature Science ) Vol 124No 14Aug 12006

剂等精细化工产品,每年消费在百吨左右。

2　金属钠的生产工艺

金属钠生产工艺技术主要有烧碱熔融电解法、食盐熔融电解法和电解钠汞齐法等,目前,大都采用食盐熔融电解法生产,烧碱熔融电解法在有特殊需要、需求量小的情况下使用,电解钠汞齐法已被淘汰。图1　熔盐电解法生产金属钠工艺流程熔融食盐电解法也称为东斯法,电解装置有多

种类型。该电解槽经过改进,采用多组电极取代单

组电极,改进后的电解槽内有四组并列的电极。其

中四个阴极连在一起,形成了一个带有很重钢臂的

电解单元,钢臂通过槽臂伸出以便同导电铝排连接;

阳极采用石墨电极。在电极上面浮有一组钢制的收

集器,分别收集生成的金属钠和氯气。在阳极与阴

极之间为铁制隔膜,用来防止所生成的钠和氯气重

新生成氯化钠。电解液中一般需加入掺料盐,用以

降低电解液的熔点和改善电解特性,如以氯化钠、氯

化钙组成的二元体系及以氯化钠、氯化钙、氯化钡形成的三元体系。工业生产中常以24～40个电解槽安

排在一组内,以串联方式操作,操作电压7～8V ,电流24～40kA ,操作温度600℃[6]。以食盐为原料,价格

便宜易得,同时副产氯气,电流效率较高,一般在80%以上,适用于大规模生产,是生产金属钠的主要方法。四阳极东斯电解工艺是金属钠的主要生产工艺,目前生产和在建装置均采用该工艺(见图1)。转化率、收率均好于其它工艺,且副产氯气,适合大规模生产。同时从环保、节能等方面考虑,该工艺有利于环保和可持续发展,符合资源综合开发和整体工业发展规划。

3　青海省建设金属钠装置的优势

①青海省盐湖资源丰富,氯化钠储量达327718亿吨,居全国第一位[7],目前已形成大规模开发。②电力资源优势明显,已建成3座大型水电站和数十家中小型水电站,电力供应充足,电价低廉。③省内曾有一套四电极熔盐电解装置(东斯法),技术成熟,人力资源配备合理。④利用柴达木盆地天然气田资源己在格尔木建成10万吨/年甲醇装置且运行良好,30吨/年甲醇装置正在建设中,未来还将建设60吨/年或更大规模装置,有机化工初级原料来源充足。⑤格尔木未来规划将建设乙烯、聚氯乙烯等大型有机化工项目。⑥甲醇下游产品开发和有机化工业的发展,将会消耗大量的氯气和无机含氯产品,金属钠项目的各种副产品能够与地区相关产业形成了很好的配套。

青海省作为西部大开发的主要省份之一,格尔木作为原料和加工生产基地,随着开发进程的加快,利用特殊的地理和资源优势。建设金属钠装置并与天然气、石油化工等有机化学工业配套,将推动我省盐湖资源的综合开发,对我省乃至西部地区有机化学工业的发展起到积极作用。

参考文献:

[1]王玉芝,冯友健1金属钠生产消费及开发前景[J ]1化工时刊,1995,(4):25-271

[2]王佩琳1我国金属钠生产消费及其预测[J ]1化工商品科技情报,1993,(3):34-361

[3]张海棠1金属钠评述[J ]1大沽化工,1995,(1):19-23,271

[4]付云峰1兰太实业金属钠是增长点[E B/O L ]1http ://stock 1finance 1qq 1com/cgi -bin/column/xw zw ?ZHE NG QUANDM =

600328&&ZHE NG WE NID =1543431912005-05-271

[5]王志明1金属钠的生产和市场前景[J ]1化工商品科技情报,1997,(2):8-91

[6]栾培玉,成汉真1金属钠的生产简介[J ]1宁夏化工,1992,(8):26-281

[7]青海省发展与改革委员会1盐化工[E B/O L ].http ://w w w 1qhei 1g ov 1cn/zjqh/zzcy/t20051223-1872841shtml 12005-12-271

(责任编辑　陈　军)

79第4期 张　莉,王树轩:金属钠的应用及生产工艺