光期研究：烧碱期货上市系列专题（一） 烧碱基本情况介绍及产业链概况 光大期货研究所 资源品研究团队 研究总监：张笑金 团队成员：张凌璐、孙成震 本文编写人：张凌璐 新品种上市系列专题 请务必阅读正文之后的免责条款部分 EVERBRIGHT FUTURES 2 一、烧碱基本情况介绍 1.1 烧碱的概念与性质 烧碱学名氢氧化钠，化学式为NaOH，俗称火碱、苛性钠，是一种具有强腐蚀性的强碱，常温下为白色晶体，易溶于水（溶于水时放热）并形成碱性溶液，另有潮解性，易吸收空气中的水蒸气发生潮解，吸收二氧化碳发生变质，是国民经济基础性化工原材料，与纯碱同为“三酸两碱”（三酸两碱，即硝酸（HNO₃）、硫酸（H₂SO₄）、盐酸（HCl）和氢氧化钠（NaOH）、碳酸钠（Na2CO3））中的两碱之一，用途十分广泛，主要用于氧化铝、纸浆、染料、化纤、水处理、冶炼金属、石油精制、棉织品整理、煤焦油产物的提纯，以及食品加工、木材加工及机械工业、化学工业等方面 纯的无水氢氧化钠（固碱）为白色半透明、结晶状固体。极易溶于水，溶解度随温度的升高而增大，溶解时能放出大量的热。烧碱水溶液有涩味和滑腻感，呈强碱性，能与酸性物质反应，具备碱的一切通性。烧碱有固体和液体两种形态，纯固体烧碱呈白色，有块状、片状、棒状、粒状，质脆；纯液体烧碱为无色透明液体。 图表1：液碱 图表2：固碱（片碱） 资料来源：公开资料整理、光大期货研究所 烧碱易溶于乙醇、甘油，但不溶于乙醚、丙酮、液氨，对纤维、皮肤、玻璃、陶瓷等有腐蚀作用，溶解或浓溶液稀释时会放出热量；与无机酸发生中和反应也能放出大量热，生成相应的盐类；与金属铝和锌、非金属硼和硅等反应放出氢；与氯、溴、碘等卤素发生歧化反应；能从水溶液中沉淀金属离子成为氢氧化物；能使油脂发生皂化反应，生成相应的有机酸钠盐和醇，这是去除织物上油污的原理。 pMoMnPmRtQtPqNsRmQqOoNtPrMpR7NdNaQtRoOpNmPeRmMzReRnMqQ9PoPnQMYrNyQxNnOqQ 新品种上市系列专题 请务必阅读正文之后的免责条款部分 EVERBRIGHT FUTURES 3 1.2 烧碱的分类与用途 1.2.1 烧碱的分类 我国工业烧碱目前执行《中华人民共和国国家标准工业用氢氧化钠》(GB/T 209-2018)标准(以下简称国标)，国标中将工业烧碱划分为液碱和固碱两大类，这也是烧碱根据物理形态所进行的分类方法。其中，国标IL为液体工业用氢氧化钠(通称液碱)，国标IS为固体工业用氢氧化钠(通称固碱)。 根据氢氧化钠质量分数不同，液碱和固碱均可进行再度细分。液碱又可分为30%液碱、32%液碱、45%液碱、50%液碱，浓度在45%以上的液碱便可称为高浓度碱，其余液碱为低浓度碱。我国现货市场中，低浓度碱的主流规格为32%离子膜碱，高浓碱的主流规格为50%离子膜碱。固碱又可分为73%固碱、95%固碱、96%固碱、99%固碱、99.5%固碱等系列产品。固碱从其形状上又可分为桶装固碱、片碱、粒碱。国内固碱市场以片碱为主，主要原因是片碱具有生产工艺简单、生产成本低、使用场景多、市场需求量大等优点。固碱市场产品规格也较为统一，基本为99%浓度的片碱。 图表3：烧碱国家标准GB/T209-2018 资料来源：公开资料整理、光大期货研究所 我国烧碱国标中的液碱主要型号为30%、45%、50%，与现货市场中的主流液碱型号32%、50%有一定差异。这主要由于烧碱国标发布时现货生产工艺以隔膜法为主，该工艺生产的烧碱主要有30%、50%液碱。近些年随着烧碱生产工艺的不断更新，隔膜法工艺和设备基本淘汰完毕。当下烧碱市场流行的新型工艺以离子膜法设备为主，该工艺直接产出32%液碱型号，后续再加以蒸发工艺便可产出45%、50%型号液碱，个别离子膜法老设备也可生产高浓度的48%液碱。 我国烧碱现货市场中，液碱市场占比相对较高，通常能够达到70%以上，其中，32%离子膜碱和50%离子膜项目 型号规格 IS IL I II I II III 指标 氢氧化钠 ≥ 98.0 70.0 50.0 45.0 30.0 碳酸钠 ≤ 0.8 0.5 0.5 0.4 0.2 氯化钠 ≤ 0.05 0.05 0.05 0.03 0.008 三氧化二铁 ≤ 0.008 0.008 0.005 0.003 0.001 新品种上市系列专题 请务必阅读正文之后的免责条款部分 EVERBRIGHT FUTURES 4 碱的占比分别为75%、19%左右。 图表4：中国烧碱产品分类及对比 资料来源：公开资料整理、光大期货研究所 1.2.2 烧碱的用途 烧碱是重要的基础化工原料，广泛应用在化学工业、纸浆生产和造纸、印染和化纤、冶金、肥皂和洗涤剂、环保等国民经济各行业。 在化学工业领域，烧碱是大量化学反应中不可缺少的重要物质。同时也是生产聚碳酸酯、超级吸收质聚合物、沸石、环氧树脂、磷酸钠、亚硫酸钠和大量钠盐的重要原材料之一。 在纸浆和造纸工业领域，烧碱作为助剂，可以去除纸浆中的木质素、碳水化合物和树脂等非纤维素，并中和其中的有机酸，制出以纤维素为主要成分的纸浆，提高纸张质量。 在印染和化纤工业领域，烧碱也有广泛应用。在印染工业中，烧碱可作为软水剂，提高印染环节的上色率和均匀度，并提高着色速度。在化纤工业中，烧碱可作为退浆剂，洗除棉纤维中无机盐类杂质；也可作为煮炼剂，去除大部分的天然杂质；也可被用作丝光剂，精炼提纯纤维素，改进织物的外观，提高织物的吸湿性。 在冶金工业领域，烧碱可以把矿石中的有效成分转变成可溶性的钠盐，以便除去其中不溶性的杂质。例如，烧碱溶液加温可以溶出铝土矿中的氧化铝，得到铝酸钠溶液，溶液与残渣（赤泥）分离后，降低温度，加入氢氧化铝作晶种,经长时间搅拌,铝酸钠分解析出氢氧化铝，洗净，并在950～1200°C温度下煅烧，便得氧化铝成品。又如冶炼钨时，也是首先将精矿和烧碱焙烧成可溶的钨酸钠后，再经酸析、脱水、还原等过程而制得粉末状钨。 在日常洗涤工业领域，肥皂、香皂和其他种类的洗涤用品对烧碱需求占比较大。肥皂属于高级脂肪酸的钠盐，一般是用油脂在略为过量的烧碱作用下进行皂化而制得的。烧碱也被用于生产各种洗涤剂、洗衣粉等。 在环保领域，烧碱主要用于水处理行业，通过中和反应降低水的硬度、调节水的PH值；可以和废水中的酸性物质发生中和反应生成无害的盐和水,也可通过吸附沉淀消除水中的重金属离子。 形态 现货主流型号 非主流型号 国标型号GB/T209-2018 液碱 32%、50% 30%、42%、45%、48% 50%、45%、30% 固碱 99% 73%、95%、96%、99.5% 98%、70% 新品种上市系列专题 请务必阅读正文之后的免责条款部分 EVERBRIGHT FUTURES 5 1.3 烧碱的生产工艺 烧碱的生产工艺有两种，一种是苛化法（又称化学法），另一种是电解法。苛化法在20世纪以前是全球主流的生产烧碱的方法，但因其所生产的烧碱纯度低、经济效益差，现已被大多国家淘汰。 苛化法主要以纯碱溶液与石灰（固体或石灰乳）为原料，经过化碱、苛化、澄清、蒸发四个工序的苛化反应生成烧碱，反应式为：Na2CO3+Ca(OH)2=2NaOH+CaCO3↓ 电解法以原盐为主要原料，其在供应稳定性及价格方面都比苛化法更有优势。根据电解槽结构、电解材料和隔膜材料的区别，电解法又可以分为隔膜法、水银法和离子交换膜法。由于水银法污染大，隔膜法能耗高、产品质量低，二者基本被淘汰，故离子交换膜法技术是当今世界的主流生产方法，其在中国烧碱总产能所占比例高达99%以上。 图表5：烧碱生产工艺发展历程 资料来源：光大期货研究所制图 所谓离子交换膜法，是用有选择性的离子交换膜来分割阳极和阴极。这种离子交换膜是一种半透膜，只允许钠离子和水通过，其工艺流程主要分为：整流、盐水精制、电解、氯氢处理、液碱蒸发、固碱生产六个工序。 整流是将电网输入的高压交流电转变成供给电解用的低压直流电的工序，其能耗主要是变压、整流时造成的电损，以整流效率来衡量，而整流效率主要取决于采用的整流装置。盐水精制主要是将工业盐用水溶解并除去有害离子和固体杂质，制成供电解用的精制饱和盐水，盐水中钙、镁含量降到0.002%以下。该步骤的能耗主要来自于加热溶解固体盐的蒸汽和动力电耗，二者分别约占吨碱电耗的0.2%、12%。电解则是将二次精制盐水电解，在阳极室生成氯气，在阴极室生成的高纯烧碱浓度约为30%～32%（质量），可以直接作为液碱产品，其化学方程式为：2NaCl+2H₂O=2NaOH+H₂↑+Cl₂↑。氯气处理工序均包括氯气洗涤、冷却除雾、干燥、压缩；氢气处理均包括氢气洗涤、压缩、脱氧、干燥。液碱蒸发则是将电解槽生产的液碱通过蒸发系统用蒸汽加热,将 新品种上市系列专题 请务必阅读正文之后的免责条款部分 EVERBRIGHT FUTURES 6 一部分水分蒸出。该工序既可以通过离子膜电解工序生产电解液为32%的离子膜碱，直接对外销售；也可以通过两个蒸发器加热蒸发水分后得到浓度为 50%的成品液碱，用于较长距离运输或生产片碱。最后，将蒸发获得的液碱生产成固碱，该步骤主要消耗燃料煤、重油、氢气等。固碱生产原料一般用 50%液碱。通常情况