История, описание, производство и применение кальцинированной соды

Общие сведения.

Карбонат 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 ее добывали, кальцинированной соду называли потому, что для получения ее из кристаллогидрата приходилось его кальцинировать (то есть нагревать до высокой температуры).
Сода была известна с давних времен. Еще древние египтяне применяли природную С. (из озерных вод) как моющее средство, а также для варки стекла. До 18 в. карбонаты натрия и калия называли «алкали», т. е. щелочью. В 1736 французский ученый А. Л. Дюамель дю Монсо впервые различил эти два вещества: первое стали называть содой (по растению Salsola Soda, из золы которого ее добывали), а второе - поташом.

Нахождение в природе.

Вплоть 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 озера 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 сырье для получения соды и глинозема. 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 + H₂О и Na₂CO₃ + 2H₂SO₄ = 2NaHSO₄ + CO₂ + H₂О, 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.
Поскольку 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.

На 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).

Схема 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 сырьем для производства соды по аммиачному способу служат естественные или искусственно приготовленные растворы поваренной соли и известняк или мел. Аммиак, находящийся все 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 гашеную известь.
До сих пор этот способ остается 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 СО₂ 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.

Первый промышленный способ получения С. изобрел 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 дает 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 остается 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.

Способ Хоу.

Разработан китайским химиком Хоу (Hou Debang) в 1930-х годах. Отличается от процесса Леблана тем, что не использует карбонат кальция.
По способу Хоу в раствор хлорида натрия при температуре 40 градусов подается диоксид углерода и аммиак. Менее растворимый гидрокарбонат натрия в ходе реакции выпадает в осадок (как и в методе Сольве). Затем раствор охлаждают до 10 градусов. При этом выпадает в осадок хлорид аммония, а раствор используют повторно для производства следующих порций соды.
В настоящее время в ряде стран практически весь искусственно производящийся карбонат натрия вырабатывается по методу Сольве.

Электролизный процесс.

Карбонат натрия можно также получить посредством электролизного процесса. Водяной пар и диоксид углерода запускаются в катодное отделение установки с камерой диафрагменного типа для электролиза растворов солей, где, взаимодействуя с едким натром, они превращают его в карбонат натрия.

Нефелиновый способ получения кальцинированной соды.

Технологическая схема комплексной переработки нефелинового концентрата.

Для переработки нефелинового сырья в зависимости от его состава и свойств могут быть применены различные способы. На рисунке показана технологическая схема комплексной переработки нефелинового концентрата способом спекания. Этот способ включает: 1) производство глинозема с получением в качестве побочных продуктов содопоташного раствора и нефелинового шлама; 2) производство соды и поташа из содопоташного раствора; 3) производство цемента из нефелинового шлама.
С разработкой и внедрением способа спекания в промышленность впервые была решена проблема комплексной переработки нефелиновых концентратов, получаемых при обогащении апатитонефелиновых пород Кольского полуострова. Однако значение способа спекания не ограничивается переработкой Кольских нефелиновых концентратов. В нашей стране этот способ успешно применяется также для переработки кияалтырских уртитов без предварительного обогащения, а также может быть применен для переработки других видов нефелинового сырья.

Переработка содопоташных растворов.

Технологическая схема переработки содопоташного раствора.

Основными компонентами содопоташного раствора является Na₂CO₃, K₂CO₃ , K₂SO₄ и КСl. Раствор, полученный методом двустадийной бикарбонатной карбонизации, содержит также NаНСO₃.
Для получения соды и поташа раствор упаривают; различная растворимость соды и поташа позволяет осуществить их раздельное получение. Растворимость поташа, в воде с повышением температуры непрерывно увеличивается и при 100° C составляет 0,9%; растворимость соды увеличивается с повышением температуры до 32,5° C, а затем снижается и при 100° C составляет 31,1 %.
Ниже рассмотрена технологическая схема переработки содопоташного раствора, получаемого при комплексной переработке кияшалтырских уртитов. Примерный состав этого раствора, г/л: Na₂CO₃ 130; K₂СO₃ 22; K₂SO₄ 10; КСl 1,2.
Технологический процесс переработки содопоташного раствора состоит из следующих основных стадий: нейтрализации исходного раствора, концентрационной выпарки раствора и растворения в нем двойной соли, первой стадии выделения соды, выделения сульфата калия, второй стадии выделения соды, выделения двойной соли, выделения хлорида калия, выделения поташа.
Содержащиеся в растворе бикарбонаты натрия и калия нейтрализуются в гидросмесителе раствором каустической щелочи: NaHCO₃+NaOН=Na₂CO₃+H₂O. Нейтрализация необходима для предупреждения коррозии аппаратуры, а также для того, чтобы не допустить выделения в осадок содержащегося в растворе гидроксида алюминия. Содержание каустической щелочи и нейтрализованном растворе, и пересчете на Na₂О составляет 0,1- 0,15 г/л.
В результате концентрационной выпарки получают раствор, из которого не кристаллизуются соли (плотность упаренного раствора 1,28-1,30 г/см³), что позволяет удалить из такого раствора значительную часть воды на высокопроизводительных многокорпусных выпарных батареях. Концентрированный раствор после растворения в нем двойной соли упаривают до концентрации, при которой происходит кристаллизация соды (плотность жидкой (разы 1,38-1,42 г/см³).
В продукционном корпусе батареи поддерживают температуру 93-96° C, при которой в твердую фазу выделяется одноводная сода Na₂CO₃.H₂O (сода-1). Если температуру в продукционном корпусе поднять до температуры кипения раствора при атмосферном давлении (106-108° C), то в твердую фазу будет выделяться безводная сода. Однако эта температура очень близка к температуре перехода безводной соды в одноводную. Неизбежный переход части безводной соды в Na₂CO₃.H₂O сопровождается цементацией осадка, что затрудняет отделение твердой фазы от жидкой.
Поэтому получение безводной соды на данной стадии выпарки нецелесообразно, Сода-1 характеризуется небольшим содержанием примесей поташа и сульфата калия; ее отделяют от маточного раствора и направляют на сушку.
Сульфат калия K₂SO₄ выделяется при охлаждении до 35-40° C маточного раствора моногидратной соды, к которому для увеличения содержания калийных солей добавляют часть маточного раствора безводной соды. Кроме того, перед кристаллизацией сульфата калия в раствор добавляют конденсат, чтобы общая щелочность разбавленного раствора в пересчете на соду была в пределах 420-450 г/л. В таких условиях происходит кристаллизация сульфата калия с относительно небольшим содержанием примесей соды, поташа и глазерита 3 K₂SO₄.Na₂SO₄.
После выделения сульфата калия маточный раствор упаривают и выделяют из него соду-2. Температура кипения раствора в продукционном корпусе 108-115° C, давление близко к атмосферному, плотность жидкой фазы суспензии 1,45-1,5 г/см³. В этих условиях происходит кристаллизация безводной соды. Высокое содержание поташа в растворе снижает температуру перехода безводной соды в моногидратную до 70-80° C, поэтому цементирующего осадка не образуется. По сравнению с содой-1 сода-2 значительно больше загрязнена примесями поташа и сульфата калия.
В маточном растворе безводной соды еще остается 10-12 % Na₂CO₃, и при упаривании этого раствора в твердую фазу выделяется не поташ, а двойная соль (Na,К)₂СO₃. Кристаллизацией двойной соли достигается очистка раствора от соды. Для этого маточный раствор безводной соды смешивают с маточным раствором поташа и полученный раствор упаривают до достижения плотности жидкой фазы 1,64-1,66. Двойную соль возвращают на первую стадию выделения соды. Маточный раствор двойной соли разбавляют конденсатом до общей щелочности 520-550 г/см³ в пересчете на соду и охлаждают до 10-30° C. При охлаждении из раствора выделяется в твердую фазу хлорид калия КСl, что необходимо для получения поташа высокого качества. Чем ниже температура кристаллизации, тем полнее выделяется хлорид калия из раствора.
Очищенный от хлора раствор упаривают при атмосферном давлении до плотности жидкой фазы 1,64-1,7 г/см³, после чего охлаждают до 55-75° C. При охлаждении, из раствора кристаллизуется полутораводный поташ К₂СO₃-1,5H₂O. Оставшийся после кристаллизации поташа маточный раствор возвращают на выпарку с выделением двойной соли. Часть поташного маточника, но мере накопления в нем каустической щелочи и соединений алюминия направляют в глиноземное производство.
На практике применяется также схема переработки содопоташных растворов без выделения сульфата калия и хлористого калия. В этом случае содержащийся в исходном растворе сульфат калия переходит в основном в соду, а тиосульфаты и хлориды в поташ, загрязняя эти продукты.
Концентрирующая выпарка осуществляется в многокорпусных прямоточных батареях, состоящих из выпарных аппаратов пленочного испарения. Растворы с выделением соды упаривают в 3-4- корпусных выпарных батареях, работающих по прямоточной или смешанной схеме. Так как упаривание сопровождается значительным выделением твердой фазы, тo применяют выпарные аппараты с принудительной циркуляцией, создаваемой циркуляционным насосом. Упаривание растворов с выделением двойной соли осуществляется в двухкорпусных противоточных батареях. Высокая концентрация солей в растворах и соответственно высокая их депрессия (30-35° C) не позволяет применять на этой стадии выпарные батареи с большей кратностью использования пара. При выделении поташа раствор упаривают в однокорпусных выпарных установках.
Для кристаллизации сульфата калия, хлористого калия и поташа применяются двухкорпусные вакуум-кристаллизационные установки, в которых охлаждение раствора достигается за счет вакуумного испарения части воды. Каждый корпус вакуум-кристаллизационной установки состоит из вакуум-испарителя и кристаллорастителя. В вакуум-испарителе происходит самоиспарение раствора и его охлаждение. Охлажденный раствор стекает в кристаллораститель, где осуществляется зарождение и рост кристаллов. Температура поступающего в вакуум-испаритель раствора превышает температуру его после самоиспарения всего лишь на 2-5° C, т. е. это значит, что степень пересыщения раствора очень невелика.
Это достигается смешением в определенном соотношении исходного раствора с уже охлажденным раствором из кристаллорастителя. Смешанный раствор циркуляционным насосом полается в вакуум-испаритель. Благодаря малому пересыщению раствора кристаллизующейся солью получаются достаточно крупные кристаллы. Отделение кристаллов солей от жидкой фазы осуществляется на центрифугах либо непосредственно, либо с предварительным сгущением солей в сгустителях.
Для сушки солей применяют барабанные и аэрофонтанные сушилки. Аэрофонтанная сушилка представляет собой вертикальную трубу с несколькими пережимами по высоте. Благодаря пережимам происходит интенсивное перемешивание материала с горячими газами и увеличивается время пребывания его в сушилке. Горячие топочные газы поступают в сушилку снизу и подхватывают влажный материал, который подается в сушилку питателем. Температуру теплоносителя (топочных газов) па входе в сушилку поддерживают при сушке (кальцинации) соды 700-800° C, при кальцинации поташа -около 700° C. Высушенный материал отделяется от газов в циклонах. После очистки и пенных газоочистителях газы выбрасываются в атмосферу. Кальцинированная сода из нефелинового сырья должна удовлетворять требованиям ГОСТ 10689-75. Основные области применения этой соды: производство глинозема и никеля, стекольная и целлюлозно-бумажная промышленности.
Выделяемые из содопоташных растворов сульфат калия и хлористый калий используют в сельском хозяйстве в качестве калийных удобрений.

Применение кальцинированной соды.

На диаграмме представлены области применения кальцинированной соды и содовых продуктов.

Основные направления использования:
- пищевая промышленность (используется как регулятор кислотности);
- кожевенная промышленность;
- производство стекла;
- целлюлозно-бумажная промышленность;
- производство мыла;
- химическая промышленность (производство синтетических моющих средств и лакокрасочных материалов);
- черная металлургия (производство чугуна).
Применение кальцинированной соды в различных секторах промышленности чрезвычайно многообразно. В наибольших количествах она применяется в стекольной промышленности. Кроме того, карбонат натрия широко используется в цветной металлургии, химической и нефтехимической, нефтеперерабатывающей промышленности, электронной, мыловаренной, жировой, пищевой, текстильной, целлюлозно-бумажной отрасли отечественной экономики, а также в производстве товаров бытового назначения и поставки на экспорт. Кальцинированная сода является одним из важнейших продуктов химической промышленности. В наибольших количествах продукт применяется в качестве компонента шихты при производстве стекла, при выпуске мыла и других моющих средств, эмалей, для получения ультрамарина, а также в процессах производства каустической соды и других натриевых солей (например, Na₂B₄O₇). Карбонат натрия - исходный продукт для получения NaOH, Na₂B₄O₇, Na₂HPO₄.
Карбонат натрия находит широкое применение при обезжиривании и рафинировании металлов, десульфуризации доменного чугуна и обработке бокситов в производстве алюминия, химводоочистке, производстве пластмасс и синтетических смол, при обработке золотоносных и урановых руд, для производства моющих средств и в быту. Используется соединение и при варке целлюлозы, дублении кожи и умягчении воды паровых котлов и вообще устранения жесткости воды, а также для нейтрализации кислых компонентов в промышленных стоках и при очистке нефтепродуктов, для получения пигментов, напр. Fe₂O₃ из FeCl₃. Удобный в использовании, карбонат натрия применяется при обработке и обезжиривании пищевого оборудования.
В пищевой промышленности используется в качестве эмульгатора (пищевая добавка E500), регулятора кислотности, разрыхлителя, препятствующего комкованию и слеживанию.
В зависимости от назначения техническая кальцинированная сода должна изготовляться марок А и Б. Продукт марки А используется для производства электровакуумного стекла и других целей, марки Б - в химической, стекольной и других отраслях промышленности.
Сода кальцинированная марок А и Б используется в производстве стекла всех видов, в том числе: хрусталя, оптического и медицинского стекла, стеклоблоков, пеностекла, силиката натрия растворимого, керамических плиток, компонента фритт для глазурей; черной и цветной металлургии: для производства свинца, цинка, вольфрама, стронция, хрома, для десульфуризации и дефосфации чугуна, в очистке отходящих газов, для нейтрализации сред.
Для производства электровакуумного стекла используется сода кальцинированная марки А высшего сорта со строго нормированным гранулометрическим составом.
Сода кальцинированная марки Б применяется в химической промышленности для производства синтетических моющих средств и жирных кислот, при очистке рассолов, в производстве фосфорных, хромовых, бариевых, натриевых солей как карбонатсодержащее сырье, в производстве глицеринов, аллилового спирта; целлюлозно-бумажной, анилино-красочной и лакокрасочной и нефтяной промышленностях.
Сода кальцинированная используется также как моющее средство, хорошо удаляет жир, ко всем плюсам соды кальцинированной добавляется способность смягчать воду. Она так же применяется для смягчения воды при стирке и кипячении тканей, мытья фарфоровой, фаянсовой, эмалированной посуды и других хозяйственно-бытовых целей. Входит в рецептуру стиральных порошков. Широко рекламируемое средство "Калгон" -от накипи в стиральных машинах - состоит из триполийфосфата натрия и соды кальцинированной.

Данные потребления кальцинированной соды.

На диаграмме представлена структура потребления кальцинированной соды в Украине.

Применение кальцинированной соды в различных секторах российской промышленности чрезвычайно многообразно. Анализ структуры потребления продукции позволяет заключить, что в наибольших количествах она применяется в стекольной промышленности, на долю которой приходится 38% суммарного объема российского потребления данной продукции. Кроме того, карбонат натрия широко используется в цветной металлургии, химической и нефтехимической промышленности, а также в целлюлозно-бумажной отрасли отечественной экономики. Около половины кальцинированной соды идет на изготовление стекла, около четверти - химикатов, 13% - мыла и моющих средств, 11% употребляется на такие цели, как изготовление целлюлозы и бумаги, рафинирование металлов и нефти, дубление кожи и очистка воды, а остальное поступает в продажу.

ООО “ФАСТЕХ” осуществляет поставки кальцинированной соды, а также других химических веществ со склада в Белгороде в сроки и по доступным ценам, на выгодных для Вас условиях.