сода кальцинированная

ИСТОРИЯ, ОПИСАНИЕ, ПРОИЗВОДСТВО И ПРИМЕНЕНИЕ КАЛЬЦИНИРОВАННОЙ СОДЫ

Общие сведения.

Кальцинированная содаКарбонат натрия технический (натрий углекислый) - порошок или гранулы белого цвета. Сода кальцинированная, в безводном состоянии представляющий собой бесцветный кристаллический порошок, выпускается посредством аммиачно-содового процесса (метода Сольве), а также в ходе комплексной переработки нефелинов.
Гигроскопичный продукт, на воздухе поглощает влагу и углекислоту с образованием кислой соли NaHCO3, при хранении на открытом воздухе слеживается. Водные растворы карбоната натрия имеют сильно щелочную реакцию. Выпускают карбонат натрия технический (натрий углекислый) марки А (гранулированный) и марки Б (порошкообразный).
Сода - общее название технических натриевых солей угольной кислоты. Карбонат натрия (кальцинированная сода, натрий углекислый) - химическое соединение Na2CO3, натриевая соль угольной кислоты.
Карбонат натрия - соль, образованная катионом натрия и анионом угольной кислоты.
Кальцинированной содой называется безводный карбонат натрия Na2CO3. Кальцинированной она называется потому, что получают ее прокаливанием (кальцинированием) гидрокарбоната натрия NaHCO3 или кристаллогидрата карбоната натрия, например, Na2CO3•10H2O.
Международное название: Sodium carbonate.
Сода - общее название технических натриевых солей угольной кислоты.
- Na2CO3 (карбонат натрия) - кальцинированная сода.
- Na2CO3•10H2O (декагидрат карбоната натрия, содержит 62, 5% кристаллизационной воды) - кристаллическая сода; иногда выпускается в виде Na2CO3•H2O или Na2CO3•7H2O.
- NaHCO3 (гидрокарбонат натрия) - питьевая или пищевая сода, натрий двууглекислый, бикарбонат натрия Название «сода» происходит от растения Salsola Soda, из золы которого её добывали, кальцинированной соду называли потому, что для получения её из кристаллогидрата приходилось его кальцинировать (то есть нагревать до высокой температуры).
Сода была известна с давних времён. Ещё древние египтяне применяли природную С. (из озёрных вод) как моющее средство, а также для варки стекла. До 18 в. карбонаты натрия и калия называли «алкали», т. е. щёлочью. В 1736 французский учёный А. Л. Дюамель дю Монсо впервые различил эти два вещества: первое стали называть содой (по растению Salsola Soda, из золы которого её добывали), а второе - поташом.

Нахождение в природе.

Кальцинированная сода в природеВплоть до начала 19 в. главным источником для добывания соды служила зола некоторых морских водорослей и прибрежных растений.
Кальцинированная сода встречается в природе в больших количествах, главным образом в соляных пластах в виде подземных грунтовых рассолов, рапы в соляных озерах и минералов. Также карбонат натрия встречается в золе некоторых морских водорослей, а также в виде следующих минералов:
- нахколит NaHCO3;
- трона Na2CO3•NaHCO3•2H2O;
- натрон (сода) Na2CO3•10H2O;
- термонатрит Na2CO3•H2O.
На Земле известны более 60 таких месторождений.
Крупные запасы натрия карбоната сосредоточены в США, Канаде, Кении, Мексике, ЮАР и др. Современные содовые озёра известны в Забайкалье и в Западной Сибири; большой известностью пользуется озеро Натрон в Танзании и озеро Серлс в Калифорнии. Трона, имеющая промышленное значение, открыта в 1938 в составе эоценовой толщи Грин-Ривер (Вайоминг, США). Вместе с троной в этой осадочной толще обнаружено много ранее считавшихся редкими минералов, в том числе давсонит [NaAICO3(OH)2], который рассматривается как сырьё для получения соды и глинозёма. В США природная сода удовлетворяет более 40% потребности страны в этом полезном ископаемом. В нашей стране из-за отсутствия крупных месторождений карбонат натрия из минералов не добывается.

Исторические сведения о получении соды.

Сода была известна человеку примерно за полторы-две тысячи лет до нашей эры, а может быть и раньше. Ее добывали из содовых озер и извлекали из немногочисленных месторождений в виде минералов натрона Na2CO3•10H2O, термонатрита Na2CO3•H2O и троны Na2CO3•NaHCO3•2H2O.
Первые сведения о получении соды путем упаривания воды содовых озер относятся к 64 году и приведены в сочинении римского врача Диоскорида Педания о лекарственных веществах. И ему, и алхимикам всех стран вплоть до 18 в. сода представлялась неким веществом, которое шипело с выделением какого-то газа при действии на него известных к тому времени кислот - уксусной CH3COOH и серной H2SO4.
Теперь известно, что шипение - это результат выделения газообразного диоксида углерода (углекислого газа) CO2 в результате реакций: Na2CO3 + 2CH3COOH = Na(CH3COO) + CO2 + H2 О и Na2CO3 + 2H2SO4 = 2NaHSO4 + CO2 + H2 О, где образуются еще ацетат натрия Na(CH3COO) и гидросульфат натрия NaHSO4.
Во времена Диоскорида Педания о составе соды никто не имел понятия, ведь и диоксид углерода открыл голландский химик Ян ван Гельмонт (назвавший его «лесным газом») только через шестьсот лет.
Искусственную соду научились получать после долгих и мучительных поисков только в 18 в. Но сначала следовало определить состав этого вещества, выделив его в достаточно чистом виде. В 1736 французский химик, врач и ботаник Анри Луи Дюамель де Монсо, пользуясь водой содовых озер и применив метод перекристаллизации, впервые выделил чистую соду. Ему удалось установить, что сода содержит химический элемент «натр». Годом позже Дюамель и немецкий химик Андреас Сигизмунд Маргграф пришли к выводу, что сода Na2CO3 и поташ (карбонат калия K2CO3) - разные вещества, а не одно и то же, как считалось ранее.
Дюамель пытался получить соду, действуя уксусной кислотой CH3COOH на сульфат натрия Na2SO4. С точки зрения современного химика, это совершенно бессмысленно, но Дюамель не знал состава ни того, ни другого из взятых им исходных веществ. Ему было также неизвестно, что сильную кислоту (серную) нельзя вытеснить из солей слабой кислотой (уксусной). Тем не менее, Дюамель сделал интересное наблюдение: при нагревании смеси сульфата натрия с уксусной кислотой начали выделяться пары, которые загорелись от пламени свечи. Это была довольно летучая и горючая уксусная кислота.
История знает немало других, иногда и опасных попыток получить соду. Так, Маргграф с этой целью смешивал нитрат натрия с углем, а потом нагревал смесь. Опыт завершился вспышкой смеси, которая обожгла ему лицо и руки. Маргграф не учел, что достаточно к смеси нитрата натрия (натриевой селитры) и угля добавить серу, как получится один из видов пороха.
Правда, при проведении реакции 4NaNO3 + 5C = 2Na2CO3 + 3CO2 + 2N2 удалось получить немного соды, но какой ценой!
Первый промышленный способ получения соды зародился в России. В 1764 российский химик, швед по происхождению академик Эрик Густав Лаксман сообщил, что соду можно получить спеканием природного сульфата натрия с древесным углем. При этом протекает реакция: 2Na2SO4 + 3C + 2O2 = 2Na2CO3 + CO2 + 2SO2. Здесь помимо карбоната натрия Na2CO3 образуются два газообразныx вещества - диоксид углерода CO2 и диоксид серы SO2.
Кальцинированная содаПоскольку природный сульфат натрия часто содержит примесь карбоната кальция CaCO3 (известняка), то этой реакции сопутствует вторая: CaCO3 + C + Na2SO4 = Na2CO3 + 4CO + CaS, где выделяется газообразный монооксид углерода СО и получается малорастворимый сульфид кальция CaS, который при обработке смеси водой отделяется от карбоната натрия. Последняя стадия процесса - выпаривание раствора, отфильтрованного от осадка, и кристаллизация карбоната натрия.
Лаксман осуществил получение соды по своему способу в 1784 на собственном стекольном заводе в Тальцинске недалеко от Иркутска. К сожалению, дальнейшего развития этот способ не получил и вскоре был забыт. А ведь еще Петр I в 1720, отвечая на вопрос князя Голицына, зачем нужна «зода», писал: «Зодою умягчают шерсть». В 1780 российский академик Гильденштедт отмечал, что «зуду можно почесть важным товаром в российской торговле. Стекольщики и красильщики много ее издерживают, а впредь еще и больше оной расходиться будет, когда больше станут делать белых стекол».
«Зодой» или «зудой» называли в России соду. Несмотря на обилие собственного сырья для производства соды ее ввозили в Россию из-за границы вплоть до 1860.
В 1791 французский врач и химик-технолог Никола Леблан, ничего не зная о способе Лаксмана, получил патент на «Способ превращения глауберовой соли в соду» (глауберова соль - декагидрат сульфата натрия Na2SO4•10H2O). Леблан предложил для получения соды сплавлять смесь сульфата натрия, мела (карбоната кальция) и древесного угля. В описании изобретения он указывал: «Над поверхностью плавящейся массы вспыхивает множество огоньков, похожих на огни свечей. Получение соды завершается, когда эти огоньки исчезают».
При сплавлении смеси протекает восстановление сульфата натрия углем: Na2SO4 + 4C = Na2S + 4CO. Образовавшийся сульфид натрия Na2S взаимодействует с карбонатом кальция CaCO3: Na2S + CaCO3 = Na2CO3+ CaS. После полного выгорания угля и монооксида углерода CO («огоньки исчезают») расплав охлаждают и обрабатывают водой. В раствор переходит карбонат натрия, а сульфид кальция остается в осадке. Соду можно выделить упариванием раствора.
Свою технологию получения соды Леблан предложил герцогу Филиппу Орлеанскому, личным врачом которого он был. В 1789 герцог подписал с Лебланом соглашение и выделил ему двести тысяч серебряных ливров на строительство завода. Содовый завод в пригороде Парижа Сен-Жени назывался «Франсиада - Сода Леблана» и ежедневно давал 100-120 кг соды. Во время Французской революции в 1793, герцог Орлеанский был казнен, собственность его конфискована, а содовый завод и сам патент Леблана - национализированы. Лишь через семь лет Леблану вернули разоренный завод, восстановить который ему уже не удалось. Последние годы Леблана прошли в нищете, а в 1806 он покончил жизнь самоубийством.
Технологию производства соды по Леблану стали использовать во многих странах Европы. Первый содовый завод такого типа в России был основан промышленником М. Прангом и появился в Барнауле в 1864. Но уже через несколько лет в районе теперешнего города Березники был построен крупный содовый завод фирмы «Любимов, Сольве и К°», где выпускалось 20 тысяч тонн соды в год. Этот завод использовал новую технологию производства соды - аммиачный способ, изобретенный бельгийским инженером-химиком Эрнестом Сольве. С этого времени заводы в России и в других странах, использовавшие метод Леблана, не выдержав конкуренции, стали постепенно закрываться: технология Сольве оказалась более экономичной.

Промышленное производство карбоната натрия.

Производство кальцинированной содыНа диаграмме представлена структура мирового производства кальцинированной соды по странам.

До начала XIX века соду кальцинированную (карбонат натрия) получали преимущественно из золы некоторых морских водорослей и прибрежных растений. Производство соды в наши дни осуществляется четырьмя способами: - аммиачным (из хлорида натрия), - на основе природной соды, - переработкой нефелинов, - а также карбонизацией гидрооксида натрия. Главенство до сих пор принадлежит первому способу производства соды, хотя его удельный вес, еще недавно составлявший 100%, понемногу снижается. Преимущества аммиачного способа производства соды: относительная дешевизна, широкая распространенность и доступность извлечения необходимого сырья; незначительность температур (до 100 градусов С), при которых осуществляются основные реакции процесса; достаточная отлаженность способа производства соды; невысокая себестоимость кальцинированной соды. В XX в. в Японии этот метод был модернизирован, и предложенный в результате способ Асахи позволил экономить энергию на протяжении всего производственного цикла и снизить расход сырья.
Производство кальцинированной соды из природного сырья - отрасль сравнительно новая, возникшая в конце 1940-х гг. и ставшая в настоящее время основным конкурентом аммиачного способа производства соды за счет большей экономической выгодности и высокой экологической чистоты.
Комплексная переработка нефелинов на глинозем, кальцинированную соду, поташ и цемент стала третьим по значимости способом производства соды, который был разработан в СССР и применяется только в нашей стране, позволяя экономить до 15% капиталовложений.
Карбонизация гидрооксида натрия как промышленный способ производства соды получила некоторое развитие в конце 1960-х - начале 1970-х гг., когда спрос на кальцинированную соду был высок, а каустическая сода имелась в избытке. В настоящее время этот способ производства соды потерял практическое значение.

Аммиачный способ получения кальцинированной соды.

Аммиачный способ получения соды был предложен еще в 1838-1840 английскими инженерами-химиками Г. Грей-Дьюаром и Д. Хеммингом. Они пропускали через воду газообразные аммиак NH3 и диоксид углерода CO2, которые при взаимодействии дают раствор гидрокарбоната аммония NH4HCO3: NH3 + CO2 + H2O = NH4HCO3, а затем добавляли к этому раствору хлорид натрия NaCl, чтобы выделить малорастворимый на холоде гидрокарбонат натрия NaHCO3: NH4HCO3 + NaCl = NaHCO3‾ + NH4Cl. Гидрокарбонат натрия отфильтровывали и нагреванием превращали в соду: 2NaHCO3 = Na2CO3 + CO2 + H2O.
Диоксид углерода CO2, необходимый для проведения процесса, получали из карбоната кальция СаСO3 - мела или известняка - при прокаливании: CaCO3 = CaO + CO2, а оксид кальция CaO, который при этом получался, после обработки водой давал гидроксид кальция Ca(OH)2: CaO + H2O = Ca(OH)2, необходимый для получения аммиака NH3 из хлорида аммония NH4 Cl: 2NH4Cl + Ca(OH)2 = 2NH3 + CaCl2 + 2H2O.
Таким образом, аммиак все время находился в обращении и не расходовался, отходом производства оставался только хлорид кальция CaCl2.

Аммиачный способ (способ Сольве).

Производство кальцинированной соды по способу СольвеСхема аммиачного способа получения кальцинированной соды по методу Сольве.

В 1861 году бельгийский инженер-химик Эрнест Сольве запатентовал метод производства соды, который используется и по сей день. Способ основан на реакции взаимодействия гидрокарбоната аммония с хлоридом натрия, в результате которой получаются хлорид аммония и гидрокарбонат натрия. На практике процесс проводят, вводя в почти насыщенный раствор хлорида натрия эквимолярные количества газообразных сначала аммиака, а потом диоксида углерода, , то есть как бы вводят гидрокарбонат аммония NH4HCO3. Гидрокарбонат натрия выпадает в осадок, когда диоксид углерода вводится в раствор: NaCl + H2O + NH3 + CO2 → NaHCO3 + NH4Cl.
Выпавший остаток малорастворимого (9, 6 г на 100 г воды при 20° C) гидрокарбоната натрия отфильтровывают и кальцинируют (обезвоживают) нагреванием до 140-160° C, при этом он переходит в карбонат натрия: 2NaHCO3 → Na2CO3 + H2O + CO2, CaCO3 → CaO + CO2.
Известь СаО, получаемую одновременно с СO2, действием на нее избытка воды превращают в известковое молоко Са (OH)2 которое используется для регенерации связанного аммиака из раствора хлористого аммония по реакции 2NH4Cl + Ca(OH)2 > CaCl2 + 2NH3↑ + 2H2O, и полученный NH3 также возвращают в производственный цикл.
Таким образом, исходным сырьём для производства соды по аммиачному способу служат естественные или искусственно приготовленные растворы поваренной соли и известняк или мел. Аммиак, находящийся всё время в круговороте, теоретически не должен расходоваться; неизбежные практические потери NH2 компенсируются вводом в процесс аммиачной воды.
Единственным отходом производства является хлорид кальция, не имеющий широкого промышленного применения. Но и его можно переработать, подвергнув электролизу, и полученный кальций вернуть в производство, превратив назад в гашёную известь.
До сих пор этот способ остаётся основным способом получения соды во всех странах.
Преимущества аммиачного способа производства соды: относительная дешевизна, широкая распространенность и доступность извлечения необходимого сырья; незначительность температур (до 100° C), при которых осуществляются основные реакции процесса; достаточная отлаженность способа производства соды; невысокая себестоимость кальцинированной соды.
Производство соды кальцинированной по аммиачному способу на различных содовых заводах осуществляется почти по одной и той же технологии - схеме. Различны бывают конструкции, размеры и производительность отдельных групп аппаратов. Весь процесс производства соды является непрерывным, он делится на несколько операций; эти операции с соответствующей аппаратурой принято называть станциями.
Эрнест Сольве не внес принципиальных новшеств в химическую основу содового процесса английских инженеров, он только технологически оформил производство, однако, это тоже непросто. В частности, он применил здесь аппараты колонного типа, которые позволили вести процесс непрерывно и достичь высокого выхода продукта.
Преимущества аммиачного метода над способом Леблана состояли в получении более чистой соды, меньшем загрязнении окружающей среды и экономии топлива (поскольку температура здесь ниже). Все вместе это привело к тому, что в 1916 - 1920-х закрылись почти все заводы, работавшие по методу Леблана.
Первыми в мире заводами, использующими аммиачный способ получения соды, стали бельгийский завод в Куйе, построенный по проекту самого Сольве в 1865, и Камско-Содовый завод Лихачева в России, который начал работать в 1868. Российский завод был создан полковником Иваном Лихачевым в его имении на берегу реки Камы в Казанской губернии. Лихачев добывал аммиак NH3 путем сухой перегонки отходов, которые ему поставляли почти двести кожевенных мастерских со всей округи. Диоксид углерода СО 2 получали прокаливанием известняка, найденного поблизости. Завод просуществовал недолго и уже через четыре года был закрыт из-за нерентабельности: сильно подорожали и кожевенные отходы, и поваренная соль NaCl. Первый завод такого типа в России был основан в районе уральского города Березники фирмой «Любимов, Сольве и Ко» в 1883 году. Его производительность составляла 20 тысяч тонн соды в год.

Способ Леблана.

Производство кальцинированной содыПервый промышленный способ получения С. изобрёл в 1787-89 Н. Леблан.
В 1791 году Никола Леблана получил патент на «Способ превращения глауберовой соли в соду». В 1791 во Франции было начато производство С. по его методу. Он состоял из следующих стадий. Каменную соль NaCl действием концентрированной H2SO4 превращали в сульфат натрия: 2NaCI + H2SO4 = Na2SO4 + 2HCl.
При температуре около 1000° C запекается смесь сульфата натрия («глауберовой соли»), мела или известняка (карбоната кальция) и древесного угля. Уголь восстанавливает сульфат кальция до сульфида: Na2SO4 + 2C → Na2S + CO2↑. Сульфид натрия реагирует с карбонатом кальция: Na2S + СаСO3 → Na2CO3 + CaS.
Полученный расплав обрабатывают водой, при этом карбонат натрия переходит в раствор, сульфид кальция отфильтровывают, затем раствор карбоната натрия упаривают. Сырую соду очищают перекристаллизацией. Процесс Леблана даёт соду в виде кристаллогидрата Na2CO3•10H2O, содержащего около 62, 5% воды. Поэтому полученную соду приходилось для обезвоживания нагревать докрасна, кальцинировать, отсюда кальцинированная сода.
Сульфат натрия получали обработкой каменной соли (хлорида натрия) серной кислотой: 2NaCl + H2SO4 → Na2SO4 + 2HCl↑. Побочными продуктами были HCl (его сперва выпускали на воздух, а затем стали поглощать водой, получая техническую соляную кислоту) и CaS (который образовывал огромные отвалы).
Первый в России завод, производивший карбонат натрия таким способом, был основан промышленником М. Прангом в Барнауле в 1864 году.
После появления более экономичного (не остаётся в больших количествах побочный сульфид кальция) и технологичного способа Сольве, заводы, работающие по способу Леблана стали закрываться. К 1900 90% предприятий производили карбонат натрия по методу Сольве, а последние фабрики, работающие по методу Леблана закрылись в начале 1920-х. В настоящее время весь искусственно производящийся карбонат натрия вырабатывается по методу Сольве.

0956875193 Надежда
0631154307