همه چیز در مورد کربنات سدیم!

کربنات سدیم (Na2CO3) که با نام‌های بی‌کربنات، سودا، کریستال‌های سودا و سودا شستشو نیز شناخته می‌شود، یکی از مهم‌ترین مواد شیمیایی صنعتی است که در تولید سایر فرآورده‌های قلیایی، نمک‌های سدیم و ... کاربرد فراوانی دارد. نام عمومی کربنات سدیم بی آب است که در صنعت استفاده می شود. کربنات سدیم یا خاکستر سودا در واقع نمک سدیم اسید کربنیک است که به طور معمول یک جامد سفید رنگ است.

کربنات سدیم در مقیاس صنعتی از طریق فرآیند Solvay با استفاده از سنگ آهک (کربنات کلسیم)، آمونیاک و نمک (کلرید سدیم) تولید می شود. یکی از مهمترین کاربردهای آن استفاده از این ماده در صنعت شیشه سازی است. خلوص خاکستر سودا معمولا بر اساس میزان اکسید سدیم (Na2O) گزارش می شود، بنابراین هر کیلوگرم خاکستر سودا حاوی 0.585 کیلوگرم اکسید سدیم است.

کربنات سدیم دارای یک پایه آنیونی (CO3-2) و دو پایه کاتیونی (+ Na) است. اشکال کریستالی این ماده مونوهیدرات، هپتا هیدرات و دکاهیدرات است. شکل مونوهیدرات آن حاوی 85 درصد کربنات سدیم وزنی است که به صورت بلورهای کوچک از تبلور محلول اشباع آن در دمای بالاتر از 35 درجه سانتیگراد به دست می آید. فرم هپتاهیدرات آن حاوی 45 درصد کربنات سدیم وزنی است که در دمای بین 32 تا 35 درجه سانتیگراد یافت می شود، در حالی که شکل دکاهیدرات به نام سودا حاوی 37 درصد کربنات سدیم با دمای سنگین و پایین است. در دمای 32 درجه سانتیگراد یافت شد.

کربنات سدیم معمولاً به صورت هپتا هیدرات وجود دارد که به راحتی به صورت پودر سفید به مونوهیدرات تبدیل می شود. کربنات سدیم دارای خواص قلیایی نسبتا قوی است و می توان آن را از خاکستر بسیاری از گیاهان استخراج کرد. تاریخچه استفاده انسان از این ماده به بیش از 5000 سال قبل باز می گردد، بنابراین مصریان باستان از شکل طبیعی نمک قلیایی، ترکیبی از کربنات سدیم دکاهیدرات و بی کربنات سدیم (بی کربنات سدیم یا جوش شیرین) استفاده می کردند. آنها از این نمک قلیایی به عنوان صابون لباسشویی و همچنین در تولید شیشه استفاده می کردند.برای خرید آهک ساختمانی کلیک کنید.

در سال 1791، نیکلاس لابان، شیمیدان فرانسوی، موفق به تهیه کربنات سدیم با استفاده از نمک کلرید سدیم، اسید سولفوریک و سنگ آهک (کربنات کلسیم) در حضور زغال سنگ شد. در روش پیشنهادی ابتدا نمک کلرید سدیم را در اسید سولفوریک می جوشانند تا سولفات سدیم و گاز کلرید هیدروژن ایجاد شود، سپس سولفات سدیم با سنگ آهک و زغال سنگ ترکیب می شود تا کربنات سدیم به دست آید. لازم به ذکر است که در نتیجه این واکنش گاز هیدروژن کلرید (اسید کلریدریک) منبع آلودگی هوا محسوب می شد، اما با وجود این، تا اواخر دهه 1880 از این روش برای تولید کربنات سدیم استفاده می شد. تا انتها با آهک سازان همراه باشید.

خواص فیزیکوشیمیایی کربنات سدیم

کربنات سدیم دارای نقطه ذوب 851 درجه سانتیگراد است و در دماهای بالاتر تجزیه می شود. بنابراین نقطه جوش برای آن تعریف نشده است. حلالیت کربنات سدیم در آب 20 درجه سانتیگراد 220 گرم در لیتر است.

سایر خواص فیزیکی و شیمیایی

از واکنش شیمیایی کربنات سدیم می توان در مورد واکنش آن با اسید کربنیک صحبت کرد. (دی اکسید کربن و آب) که منجر به تولید بی کربنات سدیم می شود. (سدیم هیدروژن کربنات)

همچنین بی کربنات سدیم در حضور هیدروکسید سدیم (جوش شیرین) کربنات سدیم تولید می کند.

فرآیندهای تولید خاکستر سودا

به طور کلی دو راه برای بدست آوردن کربنات سدیم وجود دارد که عبارتند از:

سنتز شیمیایی کربنات سدیم توسط 1-Solvay

2- استخراج کربنات سدیم از منابع طبیعی

فرآیند تولید کربنات سدیم به روش Solvay

در سال 1861 یک شیمیدان بلژیکی به نام ارنست سولوی روشی را برای سنتز کربنات سدیم با استفاده از نمک کلرید سدیم و سنگ آهک (کربنات کلسیم) به عنوان مواد خام و آمونیاک به عنوان کاتالیزور معرفی کرد.

مرحله اول: تولید بی کربنات سدیم (بی کربنات سدیم).

در این روش ابتدا نمک کلرید سدیم را در آب حل می کنند تا محلول نمک اشباع تولید شود، سپس واکنش با عبور دادن محلول نمک اشباع از دو برج متوالی انجام می شود، در ستون اول حباب های آمونیاک از پایین برج ظاهر می شود. . بالا آمده و جذب و در محلول آب نمک حل می شوند. در برج دوم با تزریق دی اکسید کربن، حباب های این گاز از محلول آبی نمک آمونیاک عبور کرده و بی کربنات سدیم (بی کربنات سدیم یا جوش شیرین) تولید می کند.

دی اکسید کربن مورد نیاز برای این مرحله از تجزیه حرارتی سنگ آهک (کربنات کلسیم) به دست می آید.

در نتیجه حرارت دادن سنگ آهک، علاوه بر دی اکسید کربن مورد استفاده در بخش بازیابی آمونیاک، اکسید کلسیم نیز به دست می آید. محصول این فرآیند محلولی از کربنات سدیم و کلرید آمونیوم است که پس از عبور از صافی، کربنات سدیم جدا شده و به مرحله بعدی تولید کربنات سدیم منتقل می شود.

مرحله 2: تولید کربنات سدیم

بی کربنات سدیم تولید شده در مرحله اول فرآیند با روش حرارتی (کلسینه کردن) در دمای تقریبی 200 درجه سانتیگراد به کربنات سدیم تبدیل می شود که منجر به از دست رفتن آب و دی اکسید کربن می شود. لازم به ذکر است که دی اکسید کربن تولید شده در این مرحله برای استفاده مجدد به مرحله اول بازگردانده می شود.

مرحله بعدی: بازیافت آمونیاک

در قسمت جانبی این فرآیند، کلرید آمونیوم با اکسید کلسیم حاصل از تجزیه حرارتی سنگ آهک (کربنات کلسیم) واکنش داده و آمونیاک بازسازی شده و به مرحله اول واکنش باز می گردد. علاوه بر این، محصول جانبی این فرآیند کلرید کلسیم است که قابل فروش است.

(لازم به ذکر است که با توجه به شرایط خاک های کشاورزی در سایر کشورها به جای فرآوری آمونیاک می توان محصولات کلرید آمونیوم را به صورت مستقیم به عنوان کود شیمیایی به فروش رساند.)

ماده اولیه در فرآیند تولید کربنات سدیم به روش Solvay

مواد اولیه مورد نیاز برای تولید کربنات سدیم به روش Solvay: سنگ آهک (کربنات کلسیم)، نمک کلرید سدیم و آمونیاک.

سنگ آهک (هیدروکسید کلسیم)

سنگ آهک (CaCO3) مورد استفاده در فرآیند تولید کربنات سدیم باید حداقل 84 درصد خالص باشد. اما از آنجایی که خلوص سنگ آهک با توجه به کیفیت معدن متفاوت است، مصرف آن در فرآیند تولید کربنات سدیم نیز متفاوت است. بسته به کیفیت سنگ آهک (98-84 درصد)، مصرف آن را می توان در حدود 1090-1820 کیلوگرم در هر تن محصول تخمین زد.

نمک کلرید سدیم

نمک مصرفی در این فرآیند نیز بسته به کیفیت آن در حدود 1800-1530 کیلوگرم در هر تن محصول تخمین زده می شود.

آمونیاک

آمونیاک در این فرآیند استفاده نمی شود، اما در طول بازیافت به چرخه باز می گردد زیرا به عنوان یک کاتالیزور عمل می کند. اما با فرض اینکه مصرف آمونیاک در هنگام تولید کربنات سدیم 550 کیلوگرم به ازای هر تن محصول باشد، بنابراین مصرف تقریباً 75.2 کیلوگرم باشد، تخمین می زنیم که مصرف آمونیاک تقریباً 0.5 درصد باشد. به ازای هر تن محصول

استخراج کربنات سدیم از منابع طبیعی

در این روش از ترکیبات معدنی مانند ترونا و نفلین که حاوی کربنات سدیم و بی کربنات سدیم هستند استفاده می شود. این روش در کشورهایی مانند آمریکا و ترکیه که دارای ذخایر بزرگ ترون هستند استفاده می شود.