食盐的应用
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食盐的应用
一、盐化工
食盐不仅是生活中的必需品,也是化学工业的基本原料之一。重要化工产品如纯碱、烧碱、盐酸等都是以食盐为原料的,制造化学肥料氯化铵也离不开食盐。化工合成上的重要原料氯气和金属钠也是取之于食盐。由氯加工制得的有机氯产品,象聚氯乙烯塑料(PVC),氯丁橡胶等等更是多种多样。所以化工用盐大大超过了生活用盐,因此,可以说盐化工的发展完全依赖于制盐业的发展。
1.食盐在化工上的利用途径
基本化工原料“三酸”(硫酸、硝酸、盐酸)“两碱”(纯碱、烧碱)中有两碱一酸都是通过食盐而制得。食盐的利用途径大概分为两条:一条是将食盐电解,可制得三种物质:烧碱、氯气和氢气。另一条是将食盐与碳酸氢铵反应得到小苏打(NaHCO3),煅烧后制得纯碱(如图所示)。
2.食盐的电解
食盐的电解是借助直流电流来进行化学反应的过程。当直流电通过电解槽中的食盐溶液时,就产生了化学变化:氯化钠中的氯离子在阳极上产生氯气,水电离成的氢离子,在阴极上产生氢气,在阴阳极间用石棉做成的多孔隔膜把它们隔开。氯化钠中余下的钠离子与水电离后的氢氧根离子结合形成烧碱(NaOH),随未电解的食盐水流出电解槽,称之为电解液,含NaOH11%~12%,其余为食盐水。电解液经蒸发后析出固体食盐,可得到30%~40%的液体烧碱,如果继续熬煮,最后可得到固体烧碱。总的化学方程式如下:
2NaCl+2H2O Cl2↑+H2↑+2NaOH
阳极反应:NaCl=Cl-+Na+
2Cl-Cl2↑
H2O H++OH-
阴极反应:2H++2e-=H2↑
电解液:Na++OH-=NaOH
3.氯化氢气的合成与聚氯乙烯的生产
氯化氢气是由氢气与氯气混合后燃烧而制得。由它就可制得盐酸和聚氯乙烯及氯丁橡胶。氯化氢气体极易溶于水,但在溶解过程中大量放出热量,使溶液温度升高,妨碍了氯化氢气的继续溶解,为了得到浓度为35%~38%的浓盐酸,必须用耐腐蚀的石墨冷却器将水溶液温度降下来,才能使氯化氢气更多地溶解而得到浓盐酸。
制造聚氯乙烯所用原料除了氯化氢气外,尚需乙炔。乙炔是由电石水解而得:
CaC2+2H2O→C2H2↑+Ca(OH)2
合成用的原料要求纯度都很高,所以,氯化氢气和乙炔气都必须经过严格的提纯才能合乎要求。因而,在工业上提纯的工序是很多的。
经过提纯后的氯化氢和乙炔气经过一个转化器,内装有浸过氯化汞的活性炭填料,在氯化汞的催化下,乙炔与氯化氢发生加成反应,生成氯乙烯:
同时也有一些副产物生成,将氯乙烯合成气进一步提纯即得到聚合用的氯乙烯单体。氯乙烯的聚合在聚合釜内进行。在聚合釜内水为介质,加入明胶为分散剂,偶氮二异丁腈为引发剂(产生自由基),将氯乙烯不断地通入,聚合反应开始,反应是放热的,温度控制在30~50℃之间(视产品规格而定),反应时间约6~38h不等,反应终结时可得到白色聚氯乙烯原粉:
聚氯乙烯(PVC)在聚氯乙烯原粉内加入增塑剂、稳定剂、填料等可制得各种聚氯乙烯制品,如PVC薄、人造革、电缆料、桶、盆、管材、型材等,广泛用于各个经济部门,是用途最广的塑料之一,可大量节省或代替钢材。
4.纯碱(碳酸钠)的制造与发展
纯碱是基本化工原料之一,制碱是消耗食盐最多的一个部门。生产方法大都是氨碱法,又叫索尔维法,是比利时工业化学家E·索尔维于1866年发明的。
氨碱法是把氨溶于食盐水后,通入二氧化碳,结果生成了碳酸氢钠。分离后加热分解,即得到纯碱(碳酸钠)。
NaCl+NH3·H2O+CO2=NaHCO3+NH4Cl
反应生成的氯化铵可与熟石灰(Ca(OH)2)作用,生成氨气而回收,剩下残渣氯化钙。而由NaHCO3热分解,放出的CO2又可从新与食盐水、氨作用而碳化,原料的利用率较高。又能循环连续生产,因而淘汰了落后的路布兰法。
索尔维1838年生于比利时的勒贝克。儿时体弱多病,未受过正式教育。他18岁时就在其伯父的化工厂里干活,感到科学知识的重要,于是,他就利用业余时间自学了化学和物理,为他以后发明氨碱法奠定了基础。
1863年,年仅25岁的索尔维决心施展自己的才华,实现自己的抱负,于是他和弟弟合作,共同创办了一家化工厂。他走的是一条研制——生产的办厂道路,经过三年艰苦奋斗,终于发明了氨碱法。实现了生产连续化,降低了生产成本,提高了食盐利用率,在提高产品质量方面更为显著,他们生产的产品外观洁白而又纯净,被誉之为“纯碱”,从此,碳酸钠又有了一个新名——“纯碱”。
索尔维的氨碱法的优越性得到世界的公认,并很快在英、法、德、美等国推广普及。1920年,范旭东与著名化工专家侯德榜合作,在天津塘沽创办了我国第一家制碱厂——永利碱厂,历时9年,克服了西方的技术封锁,生产出了在国际博览会上获金奖的三角牌纯碱。侯德榜同时也看到索尔维法的缺点是产生了大量废渣——氯化钙。为此,他终于发明了著名的侯氏制碱法,为制碱工业作出了巨大贡献。
二、食盐的其他应用
食盐在食品工业上用作调味品,因为人类在生理上对咸味有强烈的需要,而且氯化钠也是维持人体内渗透压平衡的主要成分。没有糖人还可以活,没有盐活着就很困难,四肢无力,还会出现消化不良,精神失常,以致于死亡。
此外,在食品加工中,食盐可做防腐剂。腌鱼、腌肉、腌菜是我国的传统食品加工方法之一,既防止了腐败,又制得了美味食品。因为食盐有渗透作用,可使肉类、蔬菜脱水,还可使细菌细胞内的水分渗出而死亡,因而起到防腐作用。
畜牧业也离不开食盐,一头牛每天需要30~40g食盐一匹马每天需要10~15g食盐。牲畜吃了盐可以膘肥体壮、耐寒耐劳、防止疾病发生。
食盐在制皂和染料工业常作盐析之用,矿业的氯化、焙烧;钢铁的表面处理;皮革业的皮毛保存;窑业的彩釉配制;酸性白土变活性白土;或利用石英砂和焦炭制金刚砂等均要使用食盐。
食盐用途之广难以尽述,而随着科技的发展,新用途还将不断出现。因此,食盐在国民经济上有着特别重要的意义。