氫氧化鈉溶液的特性、用途與產業應用
什麼是液鹼？
caustic soda 化學名稱為 氫氧化鈉溶液 (NaOH Solution)，是將固體氫氧化鈉（俗稱燒鹼）溶解於水後形成的強鹼性液體。它是一種透明、無色的液體，具有強腐蝕性和高反應性。
在工業上，液鹼是最重要的基礎化工原料之一，與純鹼（碳酸鈉）並列為「兩大鹼」。由於它能夠溶解脂肪、蛋白質和多種金屬氧化物，因此被廣泛應用於造紙、鋁業、紡織、清潔劑、污水處理等產業。
液鹼的常見濃度與規格
液鹼的工業用途非常多，因此會依據不同需求製成不同濃度。最常見的規格包括：
- 30% NaOH 溶液
- 32% NaOH 溶液
- 35% NaOH 溶液
- 40% NaOH 溶液
- 50% NaOH 溶液
其中 50% 液鹼 是最常見的商業濃度，因為在運輸與儲存上兼顧了濃度與穩定性，並且便於工廠直接使用。
主要特性
- 強鹼性：液鹼具有強烈的腐蝕性，接觸皮膚會造成灼傷，因此操作時必須注意安全。
- 易於運輸與使用：相比固體燒鹼，液鹼無需再溶解，適合管道輸送，能直接應用於連續性生產線。
- 吸濕性與潮解性：雖然液體狀相對穩定，但依然需要密封儲存，避免與空氣中的二氧化碳作用生成碳酸鈉。
- 高度溶解能力：能有效溶解油脂、纖維素、矽化物與多種金屬氧化物，這也是它廣泛應用的原因。
產業應用
- 造紙與紙漿工業
液鹼是紙漿製造過程中的關鍵化學品，用於木材消化和去除木質素，幫助獲得純淨的纖維素。這能提升紙張的強度與白度。
- 鋁業（氧化鋁精煉）
在拜耳法 (Bayer Process) 中，液鹼用於鋁土礦消化，將鋁礦物溶解為偏鋁酸鈉，之後再沉澱為高純度氧化鋁，進而冶煉成鋁金屬。這是液鹼最大宗的應用領域之一。
- 紡織與染整
液鹼用於棉花的「絲光處理 (Mercerization)」，能使纖維更有光澤與強度。同時也用於染色過程中，幫助染料均勻滲透。
- 清潔劑與肥皂製造
液鹼能與油脂反應生成肥皂（皂化反應），因此是肥皂、洗衣粉及多種清潔劑的重要原料。
- 水處理與環保
在污水處理中，液鹼可用於中和酸性廢液，並去除重金屬與懸浮顆粒，有助於達到排放標準。
液鹼 vs. 燒鹼：有什麼不同？
很多人會混淆「液鹼」和「燒鹼」。其實它們都是氫氧化鈉，主要差別在於形態：
- 燒鹼：固體狀氫氧化鈉（片狀、顆粒狀），純度高，適合長期保存與運輸。
- 液鹼：氫氧化鈉水溶液（常見濃度 30–50%），適合直接工業應用，免去溶解步驟。
液鹼在鋁冶煉中的應用階段
鋁的生產主要分為兩步：
- 氧化鋁精煉（Bayer Process）
- 這是液鹼的主要應用環節。
- 50% 液鹼被用於：
- 鋁土礦消化 (Digestion)：將鋁土礦與高溫高壓的液鹼反應，使鋁礦物（氫氧化鋁礦、鋁土礦中的礦物）溶解成偏鋁酸鈉溶液，與雜質分離。
- 雜質控制 (Impurity Removal)：能幫助分離二氧化矽、鐵、鈦等雜質，確保氧化鋁純度。
- 沉澱與回收 (Precipitation)：維持高鹼性環境，利於氫氧化鋁晶體的沉澱，之後經煅燒得到冶煉級氧化鋁（SGA）。
- 廢液處理 (Waste Neutralization)：中和精煉過程中的酸性副產物，保護環境並延長設備壽命。
👉 可以說，液鹼貫穿了拜耳法的核心流程，尤其是在「鋁土礦消化」階段是最關鍵的。
- 電解鋁（Hall-Héroult Process）
- 這一步是將氧化鋁電解成鋁金屬。
- 在此過程中不直接使用液鹼，而是需要高純度的氧化鋁作為原料。
- 因此，液鹼的作用主要體現在前端的 氧化鋁精煉，間接影響電解鋁的品質與成本。
為什麼特別是 50% ？
- 濃度合適：50% 液鹼是最常見的工業標準濃度，既能確保足夠的鹼度，又兼顧運輸和儲存的穩定性。
- 便於工業操作：許多拜耳法裝置都設計成直接使用 50% 液鹼，無需再次稀釋或調配。
- 降低成本：高濃度液鹼可減少輸送體積和儲槽空間，提高物流效率。
在鋁冶煉（準確說是 氧化鋁精煉）中，50% 液鹼主要用於鋁土礦消化（Digestion）階段，同時也在沉澱控制、雜質去除及廢液中和等環節發揮重要作用。沒有液鹼，就無法高效生產冶煉級氧化鋁（SGA）。
現代工業的重要基礎化學品
憑藉其強鹼性與高度溶解能力，成為造紙、鋁業、紡織、清潔劑製造與水處理等產業不可或缺的化學品。
它的便捷性與穩定性更適合大規模工業使用。隨著全球對鋁、紙張、紡織品及環保處理的需求持續增加，重要性只會不斷提升。