Natriumcarbonat, auch bekannt als Soda, wird als Salz und nicht als Alkali klassifiziert. Es wird im internationalen Handel auch Soda oder Soda-Asche genannt. Es ist ein wichtiger anorganischer chemischer Rohstoff, der hauptsächlich zur Herstellung von Flachglas, Glasprodukten und Keramikglasuren verwendet wird. Es wird auch häufig in der Haushaltswäsche, Säureneutralisation und Lebensmittelverarbeitung verwendet.
Die Entwicklungsgeschichte von Soda sollte von der ersten Sodaindustrie ausgehen. Die Sodaindustrie begann Ende des 18. Jahrhunderts. Mit den Anforderungen der Industrie und dem Wechsel der Rohstoffe für die Sodaherstellung hat sich die Produktionstechnologie von Soda (Na2CO3) schnell entwickelt, und die Produktionsanlagen sind in der Regel groß angelegt, mechanisiert und automatisiert. 1983 betrug die weltweite Produktion von Soda etwa 30 Tonnen. In der Geschichte der Sodaindustrie, Französisch n. lublanc, der Belgier E. Solvay und der Chinese houdebang haben herausragende Beiträge geleistet.
Vor der künstlichen Synthese von Soda wurde in der Antike festgestellt, dass die von einigen Algen nach dem Trocknen verbrannte Asche Alkali enthielt. Nach dem Einweichen und Filtern mit heißem Wasser konnte eine braune Alkalilösung zum Waschen erhalten werden. Eine große Menge an natürlichem Alkali stammt aus Mineralien, die hauptsächlich unter der Erde oder in Seen mit alkalischem Wasser vergraben sind. Das natürliche Alkalierz in der Sedimentschicht hat den höchsten Gehalt und ist weit verbreitet. Ende des 18. Jahrhunderts wurde in Frankreich erstmals die Methode der künstlichen Synthese von Soda erfunden. Lublanc verwendete Mirabilit, Kalkstein und Kohle zur Reduktion und Karbonatisierung bei hoher Temperatur, um ein Rohprodukt zu erhalten, schwarze Asche, die hauptsächlich Na2CO3 enthält. Nach Auslaugen, Eindampfen, Raffinieren, Umkristallisieren und Trocknen wurde eine schwere Sodaasche mit einer Reinheit von etwa 97 Prozent erhalten. 1861 erfand Ernestolvy aus Belgien allein Soda und erhielt ein Patent. Da der Schutz technischer Geheimnisse noch nicht weit verbreitet war, gelang ihm in den 1920er Jahren von den Vereinigten Staaten aus der Durchbruch. Insbesondere Houdebang, ein berühmter chinesischer Chemieexperte, veröffentlichte 1932 das Buch „Soda Ash Manufacturing“, das 70 Jahre lang geheim gehalten wird. Die Solvay-Methode wurde weltweit veröffentlicht. Houdebang führte von 1939 bis 1942 auch ein Hausalkaliherstellungsverfahren ein und errichtete eine Pilotanlage in Sichuan. 1952 wurde in der Dalian Chemical Plant eine gemeinsame Werkstatt zur Alkaliherstellung eingerichtet. Das von der Asahi-Nitrattochtergesellschaft in Japan eingeführte Na-Verfahren ist im Wesentlichen ein Kompromissverfahren aus Bicarbonatalkali und Ammoniakalkali. Das Verhältnis von Soda zu Ammoniumchlorid kann nach Belieben eingestellt werden.
1783 setzte die französische Akademie der Wissenschaften eine Belohnung von 1200 Francs für das Verfahren zur Herstellung von Soda aus. Im Jahr 1789 entwickelte Lubran, ein behandelnder Arzt des Feudalherrn Herzog von Orleans, Frankreich, erfolgreich eine Methode zur Herstellung von Soda. 1791 erhielt er ein Patent und errichtete eine Sodafabrik mit einer Tagesleistung von 250 bis 300 kg. Zu den Rohstoffen, die im Sodaverfahren von Lubran verwendet werden, gehören neben Speisesalz konzentrierte Schwefelsäure, Holzkohle und Kalkstein. Der Produktionsprozess ist wie folgt:
① Schritt 1: Verwenden Sie konzentrierte Schwefelsäure, um Kochsalz in Natriumsulfat umzuwandeln:
② Schritt 2: Natriumsulfat, Holzkohle und Kalkstein zusammen im Ofen erhitzen. Natriumsulfat reagiert mit Holzkohle im Ofen zu Natriumsulfid und Kohlenmonoxid:
③ Schritt 3: Natriumsulfid reagiert mit Kalkstein zu Natriumcarbonat und Calciumsulfid:
Die Alkali-Produktionsmethode von Lubran hat einen historischen Präzedenzfall geschaffen und herausragende Beiträge für die Menschheit geleistet, aber sie hat auch viele Mängel. Beispielsweise wird der Hauptproduktionsprozess in der festen Phase durchgeführt, es ist schwierig, mit konzentrierter Schwefelsäure als Rohstoff kontinuierlich zu produzieren, die Ausrüstung ist stark korrodiert, die Produktqualität ist unrein, das Calciumsulfid ist nicht leicht in Wasser löslich , die ausgefällte Schlacke wird verworfen, die Rohstoffe werden nicht vollständig genutzt, die Kosten sind hoch und es werden HCl, CO und andere Gase erzeugt, was zu einer Umweltverschmutzung führt. Beunruhigt durch diese Mängel stellte der Belgier Solvay 1861 Natriumcarbonat und Natriumcarbonat aus Salz, Kalkstein und Ammoniak-Calciumchlorid her, dies ist eine Ammoniak-Alkali-Methode. Die Reaktionsschritte sind wie folgt:
Aus der Reaktion entstehendes CO2 und NH3 können als Rohstoffe wiederverwendet werden.
Die Gesamtreaktionsformel ist CaC03plus 2NaCl ===NaCl2plus Na2CO3
Obwohl dieses Sodaherstellungsverfahren einfacher und umweltfreundlicher als das Lubran-Sodaherstellungsverfahren ist, eine kontinuierliche Produktion verwirklicht, die Ausnutzungsrate von Salz stark verbessert und niedrige Kosten hat, hat es eine niedrige Ausnutzungsrate von Rohmaterialien und produziert eine große Menge an Salz -Produkte mit geringem Gebrauchswert Die Mängel von CaCl2 verfolgen die Menschen immer noch, und das Ausland hat eine sehr strenge Kontrolle über dieses Patent. China war lange Zeit aufgrund des Mangels an relevanter Technologie eingeschränkt.
Schließlich erfand Houdebang 1943 das kombinierte Sodaherstellungsverfahren, auch bekannt als Houdebang-Sodaherstellungsverfahren, das zur Herstellung von Soda in der Industrie verwendet wird. Es durchbrach die damalige technische Blockade des Auslands und verbesserte die Effizienz der Sodaherstellung weiter. Es ist zu einer weltweit weit verbreiteten Methode zur Herstellung von Soda geworden. Das spezifische Verfahren ist wie folgt: Fügen Sie CO2 in gesättigtes Ammoniaksalzwasser (Ammoniak und Natriumchlorid sind gesättigte Lösungen) ein, um die folgende Reaktion hervorzurufen
Die chemische Reaktionsgleichung lautet:
Natriumbicarbonat wird in der Reaktion aufgrund seiner geringen Löslichkeit ausgefällt, das weiter kalziniert und zu Natriumcarbonat, Wasser und Kohlendioxid zersetzt werden kann, von denen Kohlendioxid zur Wiederverwendung wieder in die Reaktion eintreten kann. Angesichts der geringen Ausnutzungsrate von Speisesalz, der hohen Kosten der Sodaherstellung, der Umweltverschmutzung durch Abfallflüssigkeit und Rückstände und der schwierigen Behandlung entwickelte Herr Houdebang 1943 nach Tausenden von Tests erfolgreich das kombinierte Sodaherstellungsverfahren. Dieses neue Verfahren dient dem Bau einer Ammoniakanlage und einer Alkalianlage in -- für die gemeinsame Produktion. Die Ammoniakanlage liefert Ammoniak und Kohlendioxid, die von der Alkalianlage benötigt werden. Ammoniumchlorid in der Mutterlauge wird durch Zugabe von Kochsalz als chemisches Produkt oder Düngemittel kristallisiert. Salzlösung kann recycelt werden. Die „Kombination“ in dem sogenannten „kombinierten Alkaliherstellungsverfahren“ bedeutet, dass das Verfahren die synthetische Ammoniakindustrie und die Alkaliherstellungsindustrie miteinander kombiniert, das Nebenprodukt CO2 während der Ammoniakproduktion verwendet, die Verwendung von Kalksteinzersetzung für eliminiert Produktion und vereinfacht die Produktionsausrüstung. Außerdem vermeidet das kombinierte Ätznatronverfahren auch die Produktion von Calciumchlorid, das ein nicht sehr nützliches Nebenprodukt im Ammoniak-Ätznatronverfahren ist. Stattdessen wird Ammoniumchlorid, das als Düngemittel verwendet werden kann, verwendet, um es zurückzugewinnen, was die Ausnutzungsrate von Salz verbessert, den Produktionsprozess verkürzt, die Umweltverschmutzung verringert, die Kosten für kalzinierte Soda senkt und den Fortschritt von fördert Industrie der Welt.
Das herausragende Merkmal von Hough's Soda-Herstellungsverfahren besteht darin, das Verfahren kontinuierlich zu machen, um den Maßstab zu erweitern; Zweitens beginnt dieses Verfahren nicht mit festem Ammoniumbicarbonat, sondern verwendet zuerst Salzsole, um Ammoniak zu absorbieren, und dann Carbonat für eine kontinuierliche Produktion. Da dieses Verfahren kein Zwischensalz als Hilfsmittel benötigt, können die Kosten gesenkt werden. 1952 errichtete China eine 10 t/D-Pilotanlage zur kombinierten Alkaliproduktion in der Dalian Chemical Plant, die 1957 verbessert wurde. Der Prozessablauf der primären Salzzugabe, sekundären Ammoniakabsorption und primären Karbonisierung wurde durch Experimente und die Auswahl der Ausrüstung bestimmt und bestimmt Betriebsindizes wurden bestätigt. 1964 wurde die große kombinierte Sodaanlage fertiggestellt und in der Dalian Chemical Industry Company in Betrieb genommen.
Aufgrund des hohen Preises für importiertes Salz muss Japan nach neuen Methoden suchen, um die Ausnutzungsrate von Salz zu verbessern. 1950 errichtete die Tochtergesellschaft von Asahi-Nitrat eine kombinierte 30-t / D-Sodaanlage im Chemiewerk Mushan. Im März 1959 begann es mit der Errichtung einer neuen kombinierten Sodaanlage im Chemiewerk Chiba mit einer Tagesleistung von 300 t Soda und Ammoniumchlorid, die als AC-Methode bezeichnet wird. In den 1970er Jahren war die Produktion von Ammoniumchlorid in Japan überversorgt. Neben der Wiederaufnahme eines Teils der Ammoniak-Alkali-Produktion etablierte der Asahi-Salpeter das neue Asahi-Verfahren, das auch als NA-Verfahren bekannt ist. Charakteristisch für das Xinxu-Verfahren ist, dass der Ammoniumchlorid-Ausstoß eingestellt werden kann. Das überschüssige Ammoniumchlorid auf dem Markt kann direkt mit Kalkmilch destilliert werden, um Ammoniak zurückzugewinnen. Daher ist der Verbrauch an Dampf und Kalk geringer als beim Ammoniak-Alkali-Verfahren. Die Menge an Abfallflüssigkeit wird auf fast 1/3 derjenigen des Ammoniak-Alkali-Verfahrens reduziert. Die Konzentration von Calciumchlorid in Abfallflüssigkeit kann um das 2,5-fache erhöht werden, und die Ausnutzungsrate von Rohsalz kann mehr als 95 Prozent erreichen. Der Xinxu-Prozess hat auch große Verbesserungen bei der Karbonisierung, Kristallisation und anderen Prozessen und der Ausrüstungsstruktur erzielt.
Bisher hat die Entwicklung von Natriumcarbonat im Allgemeinen Gestalt angenommen. Später nahmen die Leute einige geringfügige Verbesserungen bei der Verarbeitung entsprechend der unterschiedlichen Verwendungsschwerpunkte vor, um sie für die Verwendung bei verschiedenen Gelegenheiten bereitzustellen.