Carbonato di sodio, noto anche come carbonato di sodio, è classificato come sale, non alcali. È anche chiamato soda o carbonato di sodio nel commercio internazionale. È un'importante materia prima chimica inorganica, utilizzata principalmente nella produzione di vetro piano, prodotti in vetro e smalti ceramici. È anche ampiamente utilizzato nel lavaggio domestico, nella neutralizzazione degli acidi e nella lavorazione degli alimenti.
La storia dello sviluppo del carbonato di sodio dovrebbe iniziare dalla prima industria delle bibite. L'industria del carbonato di sodio iniziò alla fine del XVIII secolo. Con le esigenze dell'industria e il cambio delle materie prime per la produzione di soda, la tecnologia di produzione del carbonato di sodio (Na2CO3) si è sviluppata rapidamente e le apparecchiature di produzione tendono ad essere su larga scala, meccanizzate e automatizzate. Nel 1983 la produzione mondiale di carbonato di sodio era di circa 30 mt. Nella storia dell'industria del carbonato di sodio, il francese n. lublanc, il belga E. Solvay e il cinese Houdebang hanno dato un contributo eccezionale.
Prima della sintesi artificiale del carbonato di sodio, si scoprì anticamente che la cenere bruciata da alcune alghe dopo l'essiccazione conteneva alcali. Dopo ammollo e filtrazione con acqua calda, si potrebbe ottenere una soluzione di alcali bruni per il lavaggio. Una grande quantità di alcali naturali proviene da minerali, principalmente sepolti sottoterra o da laghi di acqua alcalina. Il minerale alcalino naturale nello strato sedimentario ha il grado più alto ed è ampiamente distribuito. Alla fine del XVIII secolo, il metodo di sintesi artificiale del carbonato di sodio fu inventato per la prima volta in Francia. Lublanc ha utilizzato mirabilite, calcare e carbone per ridurre e carbonare ad alta temperatura per ottenere un prodotto grezzo cenere nera contenente principalmente Na2CO3. Dopo lisciviazione, evaporazione, raffinazione, ricristallizzazione ed essiccamento, si ottiene un carbonato di sodio pesante con una purezza di circa il 97 percento. Nel 1861, Ernestolvy del Belgio inventò il carbonato di sodio da solo e ottenne un brevetto. Poiché la protezione dei segreti tecnici non è stata ampiamente applicata, ha fatto una svolta negli Stati Uniti negli anni '20. In particolare, Houdebang, un famoso esperto di chimica cinese, pubblicò nel 1932 il libro "Produzione del carbonato di sodio", che sarà tenuto segreto per 70 anni. Il metodo Solvay è stato pubblicato nel mondo. Houdebang ha anche stabilito il processo di produzione di hous alkali dal 1939 al 1942 e ha stabilito un impianto pilota nel Sichuan. Nel 1952 fu aperto un laboratorio congiunto per la produzione di alcali nello stabilimento chimico di Dalian. Il metodo Na introdotto dalla sussidiaria di nitrato di Asahi in Giappone è essenzialmente un metodo di compromesso di alcali bicarbonato e alcali di ammoniaca. Il rapporto tra carbonato di sodio e cloruro di ammonio può essere regolato a piacimento.
Nel 1783, l'Accademia delle scienze francese offrì una ricompensa di 1200 franchi per il metodo di produzione del carbonato di sodio. Nel 1789, Lubran, un medico assistente del feudatario duca d'Orléans, in Francia, creò con successo un metodo per fare la soda. Nel 1791 ottenne un brevetto e fondò un impianto di soda con una produzione giornaliera di 250~300 kg. Oltre al sale da cucina, le materie prime utilizzate nel processo della soda Lubran includono acido solforico concentrato, carbone e calcare. Il processo produttivo è il seguente:
① Passaggio 1: utilizzare acido solforico concentrato per convertire il sale da cucina in solfato di sodio:
② Passaggio 2: riscaldare insieme solfato di sodio, carbone e calcare nella fornace. Il solfato di sodio reagisce con il carbone nella fornace per formare solfuro di sodio e monossido di carbonio:
③ Passaggio 3: il solfuro di sodio reagisce con il calcare per produrre carbonato di sodio e solfuro di calcio:
Il metodo di produzione degli alcali Lubran ha creato un precedente storico e ha dato un contributo eccezionale all'umanità, ma presenta anche molte carenze. Ad esempio il principale processo produttivo avviene in fase solida, è difficile produrre in continuo con acido solforico concentrato come materia prima, l'attrezzatura è gravemente corrosa, la qualità del prodotto è impura, il solfuro di calcio non è facilmente solubile in acqua , le scorie precipitate vengono scartate, le materie prime non vengono utilizzate completamente, il costo è elevato e vengono generati HCI, CO e altri gas, con conseguente inquinamento ambientale. Turbato da queste carenze, nel 1861 il belga Solvay produsse carbonato di sodio e carbonato di sodio da sale, calcare e ammoniaca Cloruro di calcio, questo è il metodo dell'ammoniaca alcali. Le fasi di reazione sono le seguenti:
CO2 e NH3 generati dalla reazione possono essere riutilizzati come materie prime.
La formula di reazione totale è CaC03più 2NaCl ===NaCl2più Na2CO3
Sebbene questo metodo di produzione della soda sia più semplice ed ecologico rispetto al metodo di produzione della soda Lubran, realizza una produzione continua, migliora notevolmente il tasso di utilizzo del sale e ha un basso costo, ha un basso tasso di utilizzo delle materie prime e produce un gran numero di -prodotti a basso valore d'uso Le carenze del CaCl2 perseguitano ancora le persone ei paesi stranieri hanno un controllo molto rigoroso su questo brevetto. La Cina è stata soggetta a restrizioni per molto tempo a causa della mancanza di tecnologia pertinente.
Infine, houdebang ha inventato il metodo combinato di fabbricazione della soda nel 1943, noto anche come metodo di fabbricazione della soda houdebang, che viene utilizzato per produrre carbonato di sodio nell'industria. Ha rotto il blocco tecnico dei paesi stranieri in quel momento e ha ulteriormente migliorato l'efficienza della produzione di bibite. È diventato un metodo di produzione di soda ampiamente utilizzato nel mondo. Il processo specifico è il seguente: aggiungere CO2 in acqua salata satura di ammoniaca (ammoniaca e cloruro di sodio sono soluzioni sature) per produrre la seguente reazione
L'equazione chimica di reazione deve essere:
Il bicarbonato di sodio nella reazione viene precipitato a causa della sua bassa solubilità, che può essere ulteriormente calcinato e decomposto in carbonato di sodio, acqua e anidride carbonica, di cui l'anidride carbonica può entrare nuovamente nella reazione per il riutilizzo. In considerazione del basso tasso di utilizzo del sale da cucina, dell'alto costo della produzione della soda, dell'inquinamento ambientale causato dai rifiuti liquidi e residui e della difficoltà nel trattamento, il signor Houdebang sviluppò con successo il metodo combinato di produzione della soda nel 1943 dopo migliaia di test. Questo nuovo processo consiste nel costruire un impianto di ammoniaca e un impianto di alcali a -- per la produzione congiunta. La pianta di ammoniaca fornisce ammoniaca e anidride carbonica richiesta dalla pianta alcalina. Il cloruro di ammonio nelle acque madri viene cristallizzato aggiungendo sale da cucina come prodotto chimico o fertilizzante. La soluzione salina può essere riciclata. La "combinazione" nel cosiddetto "metodo combinato di produzione di alcali" significa che il metodo combina insieme l'industria dell'ammoniaca sintetica e l'industria della produzione di alcali, utilizza il sottoprodotto CO2 durante la produzione di ammoniaca, elimina l'uso della decomposizione del calcare per produzione e semplifica le apparecchiature di produzione. Inoltre, il processo combinato di soda caustica evita anche la produzione di cloruro di calcio, che non è un sottoprodotto molto utile nel processo di soda caustica con ammoniaca. Per recuperarlo viene invece utilizzato il cloruro di ammonio, che può essere utilizzato come fertilizzante, che migliora il tasso di utilizzo del sale, accorcia il processo produttivo, riduce l'inquinamento ambientale, riduce il costo del carbonato di sodio e favorisce il progresso della industria nel mondo.
La caratteristica eccezionale del processo di produzione di Soda di Hough è di rendere il processo continuo, in modo da espandere la scala; In secondo luogo, questo metodo non inizia con il bicarbonato di ammonio solido, ma utilizza la salamoia per assorbire prima l'ammoniaca e poi il carbonato per una produzione continua. Poiché questo metodo non necessita di sale intermedio come agente ausiliario, il costo può essere ridotto. Nel 1952, la Cina ha istituito un impianto pilota da 10 t / D per la produzione combinata di alcali nell'impianto chimico di Dalian, che è stato migliorato nel 1957. Il flusso di processo dell'aggiunta di sale primario, l'assorbimento secondario di ammoniaca e la carbonatazione primaria sono stati determinati attraverso esperimenti e la selezione dell'attrezzatura e sono stati confermati gli indici di funzionamento. Nel 1964, l'impianto combinato di soda su larga scala fu completato e messo in funzione nella Dalian Chemical Industry Company.
A causa del prezzo elevato del sale importato, il Giappone deve cercare nuovi metodi per migliorare il tasso di utilizzo del sale. Nel 1950, la filiale di Asahi nitrate ha stabilito un impianto di soda combinata da 30 t / D nell'impianto chimico di Mushan. Nel marzo 1959 iniziò a stabilire un nuovo impianto combinato di soda nell'impianto chimico di Chiba, con una produzione giornaliera di 300 tonnellate di carbonato di sodio e cloruro di ammonio, chiamato metodo AC. Negli anni '70, la produzione di cloruro di ammonio in Giappone era in eccesso. Oltre a riprendere la produzione di alcali di ammoniaca, il salnitro Asahi ha istituito il nuovo processo Asahi, noto anche come processo NA. La caratteristica del processo Xinxu è che la produzione di cloruro di ammonio può essere regolata. Il cloruro di ammonio in eccesso sul mercato può essere distillato direttamente con latte di calce per recuperare l'ammoniaca. Pertanto, il consumo di vapore e calce è inferiore a quello del processo alcalino di ammoniaca. La quantità di liquido di scarto è ridotta a quasi 1/3 di quella del processo di ammoniaca alcalina. La concentrazione di cloruro di calcio nel liquido di scarto può essere aumentata di 2,5 volte e il tasso di utilizzo del sale grezzo può raggiungere oltre il 95%. Il processo Xinxu ha anche apportato grandi miglioramenti alla carbonizzazione, alla cristallizzazione e ad altri processi e alla struttura delle apparecchiature.
Finora, lo sviluppo del carbonato di sodio ha preso forma in generale. Successivamente, le persone hanno apportato alcuni piccoli miglioramenti nell'elaborazione in base a una diversa enfasi sull'uso, in modo da fornirlo per l'uso in diverse occasioni.