鹼熔是指分解礦物原料製取無機產品的一種過程，是利用芳香族磺酸化合物與氫氧化鈉或氫氧化鉀共熔使磺酸基轉變為羥基的反應，用於製備酚類化合物。
基本介紹
- 中文名：鹼熔
- 外文名： alkali fusion
- 定義：分解礦物原料製取無機產品
- 影響因素：溫度、時間、無機鹽等影響
- 鹼熔方法：常壓高溫鹼熔、中溫鹼熔等
- 套用學科：冶金術語
- 套用：製備酚類化合物
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基本介紹
鹼熔是指分解礦物原料製取無機產品的一種過程，是利用芳香族磺酸化合物與氫氧化鈉或氫氧化鉀共熔使磺酸基轉變為羥基的反應，用於製備酚類化合物。
對於一些選礦廠的尾礦、煤礦的煤矸石等難溶樣品，如果要分析其中如鉻、釩、鉬等酸不易溶出的有色金屬元素時，可考慮鹼熔。一般選用過氧化鈉、碳酸鈉、四硼酸鈉等熔劑，在高溫下與樣品共熔j這種方法能有效地分解樣品，是檢測難溶有色金屬元素總量的有效方法。
將強鹼性物質和礦物混台，在高溫熔化狀態下進行複分解反應常用的強鹼性物質有
、
、
、
、
等、如重晶石（
）和
混合，經高溫熔化反應，生成可溶於水和酸的物質
和
。
鹼熔設備
鹼熔是生產2一苯酚、間苯二酚、K酸、H酸等基本原料和染料中間體的關鍵工序，鹼熔設備的材質可選用優質合金鑄鐵、不鏽鋼等，常見鹼熔設備的裝置如右圖所示。
見鹼熔設備
見鹼熔設備影響因素
芳磺酸的結構
鹼熔是親核置換反應，因此芳磺酸的芳環其他原子上有吸電子基(如磺基)，對磺基的鹼熔起活化作用。
硝基雖是很強的吸電子基，但在鹼熔條件下硝基會產生氧化作用而使反應複雜化，所以含有硝基的芳磺酸不適宜鹼熔。
氯代磺酸也不適宜鹼熔，因為氯原子比磺基更容易被羥基置換。
芳環上有供電子基(如羥基和氨基)，對鹼熔起鈍化作用。例如，間氨基苯磺酸的鹼熔，需要用苛性鉀或苛性鉀與苛性鈉的混合鹼作鹼熔劑。
多磺酸鹼熔時，第一個磺基鹼熔比較容易，因為其他磺基對它有活化作用，一旦生成中間產物羥基磺酸，羥基就使第二個磺基鈍化，因此第二個磺基鹼熔比較困難。例如，對苯二磺酸的鹼熔，即使用苛性鉀作鹼熔劑，也只能得到對羥基苯磺酸，而得不到對苯二酚。
無機鹽的影響
芳磺酸鹽中一般都含有無機鹽(主要是硫酸鈉和氯化鈉)。這些無機鹽在熔融的苛性鹼中幾乎是不溶解的，在用熔融鹼進行高溫(300～340℃)鹼熔時，如果芳磺酸鹽中無機鹽含量太多，會使反應物變得黏稠甚至結塊，降低了物料的流動性，造成局部過熱甚至會導致反應物的焦化和燃燒。因此，在用熔融鹼進行鹼熔時，芳磺酸鹽中無機鹽的質量分數要求控制在10%以下，使用鹼溶液進行鹼熔時，芳磺酸鹽中無機鹽的允許含量可以高一些。
鹼熔的溫度和時間
鹼熔的溫度主要決定於芳磺酸的結構，不活潑的芳磺酸用熔融鹼在300～340℃進行常壓鹼熔，鹼熔速度快，所需時間短。比較活潑的芳磺酸可以在70%～80%苛性鈉溶液中在180～270℃之間進行常壓鹼熔。更活潑的萘系多磺酸可在20%～30%稀鹼溶液中進行加壓鹼熔，反應時間較長，需10～20 h。
鹼的濃度和用量
高溫鹼熔時，一般使用90%以上的熔融鹼，理論上1 mol 芳磺酸鹽需要2 mol 苛性鈉，但實際上必須過量，一般為1：2.5左右。中溫鹼熔時，一般使用70%～80%的濃鹼液，且鹼過量較多，有時可達1：（6~8）或更多些，即理論量的3～4倍或更多。
鹼熔方法
鹼熔的方法主要有用熔融鹼的常壓高溫鹼熔法、用鹼溶液的中溫鹼熔法和用稀鹼的加壓鹼熔法。
熔融鹼的常壓高溫鹼熔法
此法適用於不活潑磺基的鹼熔，可以使多磺酸中的磺基全部置換成羥基。重要的產品有苯酚、1一萘酚和2一萘酚等，鹼熔溫度在320~340℃左右。一般是向盛有熔融鹼的鹼熔鍋中在高溫下分批加入磺酸鹽，鹼過量25%左右。加完磺酸鹽後，再升溫反應一段時間，通過測定游離鹼含量控制反應終點。為了防止凝鍋，應將鹼熔物快速放入熱水中。
在常壓鹼熔時，由於生成的酚易被空氣氧化，所以要用水蒸氣加以保護，在鹼熔初期由芳磺酸鹽帶入的水和反應生成的水能起保護作用，但在鹼熔後期，則需要在鹼熔物的表面通適量的水蒸氣。
鹼溶液中溫鹼熔法
用70%～80%NaOH濃鹼液，鹼熔過程可在常壓下進行，適用於將萘多磺酸、氨基或羥基萘多磺酸中的一個磺基置換成羥基，而其他的磺基或氨基仍然保持不變，重要產品有
酸和
酸等，如右圖所示。
右圖
右圖該法耗用鹼量比熔融法多，通常在所選鹼液的沸點溫度(180～270℃)下進行反應。
稀鹼液的加壓鹼熔
萘系的多磺酸也可以用稀鹼液(20%～30%)在180～230℃進行鹼熔。因為這種反應溫度已超過了稀鹼液在常壓時的沸點，所以鹼熔過程需要在壓熱釜中進行。可以實現多磺酸中僅置換其中的一個磺基，而保留其餘的磺基和氨基。例如，1，5—萘二磺酸用21.74%的NaOH溶液在230℃、2.44 MPa下鹼熔，得到1一萘酚一5一磺酸；1一氨基萘一3，6，8一三磺酸用23%的NaOH溶液在178～182℃、0.55～0.65 MPa鹼熔，得到1一氨基一8一萘酚一3，6一二磺酸單鈉鹽(H酸)。
