خاکستر سودا چیست? خاکستر سودا که با نام کربنات سدیم (Na2CO3) نیز شناخته می شود، یک ماده شیمیایی قلیایی است و از ترکیب ترون های معدنی یا شوراب های حاوی کربنات سدیم طبیعی (که هر دو خاکستر طبیعی سودا نامیده می شوند) ، ناکولیت معدنی (بیکربنات سدیم طبیی که می توان از آن خاکستر سودا تولید کرد)، بدست می آید و یا بواسطه یکی از چندین فرایند شیمیایی تولید می شود که به آن خاکستر سودای مصنوعی می گویند.

تاریخچه و منابع خاکستر سودا

بیش از 5000 سال است که خاکستر سودا در تولید مواد گوناگون مورد استفاده قرار می گیرد.  مصری های باستان از آن برای ساختن ظروف و زیورآلات شیشه ای استفاده می کردند. آنها این ماده را از بستر خشک دریاچه و یا با سوزاندن جلبک و دیگر گیاهان دریایی بدست می آوردند.

رومی ها نیز از خاکستر سودا برای پختن نان ، درست کردن شیشه و مقاصد پزشکی استفاده می کردند. تا اواسط قرن نوزدهم استخراج این ماده از خاکستر گیاهان مختلف ادامه یافت و به همین دلیل با نام امروزی “خاکستر سودا” نامیده می شد.

این ماده در سال 1791، توسط شیمیدان فرانسوی نیکلاس لبلنک کشف شد. این دانشمند یک روش برای تولید سدیم کربنات از نمک به ثبت رساند که در آن روش نخست سدیم کلرید در سولفوریک اسید جوشانده می ‌شد تا سدیم سولفور و گاز هیدروژن کلرید تولید شود. سپس، مخلوط سدیم سولفور با کلسیم کربنات و ذغال حرارت داده می‌ شد تا سدیم کربنات به‌ همراه کربن دی اکسید و کلسیم سولفور حاصل شود.

در سال 1861، یکی از شیمی دانان صنایع بلژیک، ارنست سولوی، روشی دیگری را معرفی کرد که سدیم کلریک با استفاده از آمونیاک به سدیم کربنات تبدیل میشد. این فرآیند در یک برج بزرگ میان تهی صورت می‌گیرد و در انتهای این برج کلسیم کربنات حرارت داده می‌شود تا کربن دی اکسید بدست آید و از قسمت بالای برج، محلول غلیظی از سدیم کلرید و آمونیک وارد آن می شود. به محض این‌ که در میان آن کربن دی اکسید بجوشد، سدیم بی‌کربنات ته ‌نشین می‌شود.

در دهه 30 میلادی نیز، فرآیند جدیدی توسط شیمی‌ دان چینی به نام هو دبانگ معرفی شد. این فرایند در مراحل اولیه مشابه فرآیند سولوی است اما به‌ جای واکنش دادن محلول باقی ‌مانده با کلسیم کربنات، کربن دی اکسید و آمونیاک یک محلول تشکیل می‌ دهند و سدیم کلرید هنگامی که دما به حد 40 درجه سانتی‌گراد رسید به محلول اضافه می‌شود سپس محلول تا 10 درجه سانتی‌گراد سرد می‌شود. آمونیوم کلرید ته ‌نشین شده و با فیلترگذاری جدا می‌شود و در ادامه محلول مجددا برای تولید سدیم بی‌کربنات به‌ کار گرفته می‌ شود. این روش مشکل تولید کلسیم کلرید را حل کرده و از محصول جانبی آمونیوم کلرید نیز جهت کود دهی استفاده می‌شود. امروزه نوین ترین روش و به روز ترین آن ها برای تولید سدیم کربنات، همین روش است.

سدیم کربنات جزو مهم ­‌ترین مواد شیمیایی صنعتی می باشد که به طور گسترده در تولید دیگر فرآورده‌های قلیایی، نمک‌های سدیم و غیره مورد استفاده قرار می‌گیرد و به عنوان ترکیب غیر آلى سدیم، نمک سدیم، ترکیب غیر آلى کربن، نمک غیر آلى اسید کربن و کربنات غیر آلى شناخته می ‌شود.

غنی ترین و در دسترس ترین منبع خاکستر سودا تروناست که ترکیبی از کربنات سدیم، بی کربنات سدیم و آب است.

امروزه “خاکستر سودای طبیعی” از ترونای مواد معدنی بدست می آید که در بسیاری از انواع آب معدنی و در ذخایر معدنی برخی از چشمه ها و دریاچه های نمک یافت می شود.

گرچه ترونا در بسیاری از مناطق یافت می شود، اما خالص ترین، بزرگترین و قابل دسترس ترین منبع ترونا در جهان شهر آنکارا در ترکیه و نیز حوضه رودخانه سبز وایومینگ در ایالات متحده آمریکا است. خاکستر سودا در ایالات متحده یکی از کالاهای مهم محسوب می شود که به طور عمده ای به تولید ناخالص داخلی کمک می کند. به همین دلیل، هیئت مدیره فدرال رزرو ماهانه داده های تولید خاکستر سودا را به شاخص های اقتصادی ماهانه مورد استفاده برای نظارت بر وضعیت اقتصادی ایالات متحده وارد می کند.

خاکستر سودا چیست ESGTrade.com

در مورد مشخصات فیزیکی و شیمیایی خاکستر سودا باید گفت که ماده ای شیمیایی، سفید رنگ، جامد به حالت کریستال، پودری ، بی بو و جاذب رطوبت است و دمای ذوب آن ۸۵۱ درجه سلسیوس است .این محصول در دماهای بالاتر تجزیه می شود و بنابراین دمای جوش برای این ماده تعریف نمی گردد. حلالیت کربنات سدیم نیز در آب با دمای ۲۰ درجه سلسیوس برابر با ۲۱۵ گرم در لیتر است.

مشخصات فیزیکی خاکستر سودا

مقدار خالص بودن سدیم کربنات معمولا بر اساس مقدار سدیم اکسید () گزارش می شود، به طوری که هر یک کیلوگرم سدیم کربنات دارای 585/0 کیلوگرم اکسید سدیم می باشد. ساختار شیمیایی سدیم کربنات دارای یک بنیان آنیونی () و دو بنیان کاتیونی () می باشد. شکل های کریستالی این ماده به صورت مونو هیدرات، هپتا هیدرات و دکا هیدرات می باشد. شکل مونو هیدرات آن دارای 85 درصد وزنی سدیم کربنات بوده که به صورت کریستال های کوچک از کریستالیزاسیون محلول اشباع آن در دمای بالاتر از 35 درجه سانتی گراد به دست می آید. شکل هپتا هیدرات آن دارای 45 درصد وزنی سدیم کربنات بوده که در دمای 32 تا 35 درجه سانتی گراد به دست می آید، و شکل دکا هیدرات آن که washing soda نیز نامیده می شود، دارای 37 درصد وزنی سدیم کربنات است و در دمای پایین تر از 32 درجه سانتی گراد به دست می آید.

آنالیز:

Chemical Name Sodium Carbonate
Molecular Weight 105.989
Melting Point 851oC
1564oF
Specific Gravity 20o/4oC 2.533
Specific Heat 25oC 0.249 cal/gm/oC
77oF 0.249 Btu/lb/oC
45oC 0.256 cal/gm/oC
Heat of Fusion 854oC 75.5 cal/gm
135.9 Btu/lb
Heat of Formation 25oC -2550 cal/gm
-4590 Btu/lb
Heat of Hydration Monohydrate, Na2CO3 • H2O 30.0 cal/gm Na2CO3
54.0 Btu/lb Na2CO3
Heptahydrate, Na2CO3 • 7H2O 156.4 cal/gm Na2CO3
281.5 Btu/lb Na2CO3
Decahydrate, Na2CO3 • 10H2O 208.8 cal/gm Na2CO3
375.8 Btu/lb Na2CO3
Solubility 0oC 7 gms Na2CO3 in 100 gms H2O
100oC 44.7 gms Na2CO3 in 100 gms H2O
35.37oC (max.) 49.5 gms Na2CO3 in 100 gms H2O
Alkali equivalent 100 % Na2CO3 = 58.48 % Na2O
Acid equivalent 1 lb Na2CO3 = 0.6881 lb HCl

انواع روش های تولید سدیم کربنات :

چندین روش برای تولید سدیم کربنات وجود دارد که ما در این جا 3 مورد از مهم ترین و مشهور ترین آن ها را معرفی می کنیم :

1- روش اول

روش تولید به وسیله نمک معمولی که در تولیدات انبوه سودا اش کاربرد دارد. در این روش کلرید سدیم با محلول آمونیاک، دی اکسید کربن و آب وارد عمل می شود و طی فرآیند شیمیایی که گفته خواهد شد، سدیم کربنات را تولید می کند.

2- روش دوم

روش لبلان ((leblane method) یک روش قدیمی است و از زمانی که دیگر برای برای تولید کربنات سدیم، از سولفات سدیم استفاده نمی شود، این روش به نوعی منسوخ شده به حساب می آید.

3- روش سوم

تولید این ماده از محلول سیاه قلیایی حاصل از پسمانده خمیر کاغذ (محصول زائد خمیر کاغذ در صنعت کاغذ سازی) است که این روش فقط برای تولیدات محدود و مقیاس های کم کاربرد دارد و در مقایسه با روش های دیگر بسیار ارزان و به صرفه می باشد.

فرآیند تولید کربنات سدیم :

1- تولید بی کربنات سدیم

اولین مرحله برای تولید کربنات سدیم، ابتدا تولید بی کربنات سدیم می باشد. انجام واکنش به وسیله عبور محلول غلیظ آب نمک از درون دو برج متوالی می باشد که در برج اول حباب هاي آمونیاك از پائین برج بالا آمده و توسط محلول آب نمک جذب و حل می شود. در برج دوم نیز با تزریق گاز دي اکسید کربن، حباب هاي این گاز از محلول آب نمک آمونیاکی عبور کرده و بی کربنات سدیم حاصل می شود.

با حرارت دادن سنگ آهک، گاز دي اکسید کربن و اکسید کلسیم بدست می آید که گاز دی اکسید کربن برای این مرحله لازم و اکسید کلسیم در بخش سوم (بازیافت آمونیاك) مصرف خواهد شد.

در نهایت محلول حاصل از این فرآیند شامل بی کربنات سدیم و محلول کلرید آمونیوم می باشد که با عبور از فیلتر، بی کربنات سدیم جدا شده و به مرحله دوم و تولید کربنات سدیم منتقل می شود.

2- مرحله دوم

بی کربنات سدیم حاصل از مرحله اول، به روش تجزیه حرارتی (کلسیناسیون) در دماي حدود 200 درجه سانتیگراد، دي اکسید کربن و آب خود را از دست می دهد و این گونه به کربنات سدیم تبدیل می شود. دي اکسید کربن بدست آمده در این فرآیند نیز جهت استفاده مجدد، به مرحله اول برگشت داده می شود.

3- مرحله آخر

کلرید آمونیوم با اکسید کلسیم حاصل از فرآیند تجزیه حرارتی سنگ آهک، واکنش داده و آمونیاك احیا شده و به مرحله اول واکنش بازگشت می نماید.

روش دیگری برای تولید کربنات سدیم وجود دارد که این فرآیند، حاصل از ترکیبات معدنی مانند ترونا و نفلین می باشد که این روش در کشور هایی مانند آمریکا و ترکیه که داراي ذخایر بزرگ ترونا هستند بیشتر به کار می رود.

خاکستر سودا چیست ESGTrade.com

خاکستر سودای طبیعی و مصنوعی

نوعی از “خاکستر سودای مصنوعی” وجود دارد که بواسطه چند فرایند شیمیایی مختلف حاصل می گردد. خاکستر سودای مصنوعی از فرایند Solvay یا Hou ساخته شده و دربرگیرنده شماری از مواد شیمیایی مختلف است. در هر دو روش محصولات جانبی تولید می شوند و نیاز به تخلیه دریایی یا بسترهای زباله برای جذب ناخالصی های وجود دارد. این ناخالصی ها منجر به آلودگی آب و زوال محیط اطراف می شوند.

بر خلاف فرایندهای مصنوعی Solvay و Hou، در روش Ciner از سیستم های طبیعی استخراج معدن استفاده می شود. روش سینر برای محیط زیست مناسب بوده و محصولی خالص و با کیفیت بالا را تولید می کند.

انواع سدیم کربنات

1- سدیم کربنات سبک

چگالی سدیم کربنات سبک حدود ۵۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب بوده و اندازه ذرات آن در حدود ۱۰۰ میکرون است.

سدیم کربنات سبک به علت دارا بودن ذرات ریز تر، برای کارخانه های تولید مواد شوینده استفاده می شود.

2- سدیم کربنات سنگین

سدیم کربنات سنگین درشت ‌تر از سدیم کربنات سبک است و دارای چگالی توده ‌ای حدود ۱۰۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب و ذراتی با اندازه ۳۰۰ تا ۵۰۰ میکرون است .

از لحاظ کاربردی نیز، سدیم کربنات سنگین، به علت دارا بودن ذرات درشت تر گرانول مانند آن، اغلب برای صنایع شیشه سازی استفاده می شود زیرا این نوع ذرات، موجب عدم وجود گرد خاک شده و احتمال پخش شدن ذرات در هنگام حمل و نقل را کاهش می دهد.

تفاوت بین این دو چگالی حجم زیادی از آن‌ها، اندازه ذرات و کاربرد آن ‌ها است و از نظر ترکیب و ساختار شیمیایی هیچ تفاوتی با یکدیگر ندارند.

هنگامی که خاکستر سودا در یک کارخانه پردازش و تولید می شود، تعداد دیگری از ترکیبات سدیم به عنوان محصولات جانبی، از جمله بیکربنات سدیم (سودای طبخ)، سولفیت سدیم، تریپلی فسفات سدیم و خاکستر سودای شیمیایی ساخته می شوند.

کاربرد کربنات سدیم

کربنات سدیم از آن دسته موادی است که در مصارف صنعتی جهت تولید یا تغییر ساختار مواد شیمیایی کاربرد فراوان دارد. از جمله این کاربرد ها می توان به موارد زیر اشاره کرد :

خاکستر سودا چیست ESGTrade.com

1- ساخت شیشه :

یکی از شاخص ترین کاربرد های سودا اش (Na2CO3 )، استفاده در ساخت شیشه است. ۴۵% تولید جهانی کربنات سدیم در این صنعت مورد استفاده می شود که وجود آن در شیشه سازی موجب کاهش دمای تشکیل شیشه (از حدود 1700 درجه به 1500 درجه) و صرفه جویی در مصرف انرژی می شود که بسیار کاربردی و مورد توجه است.

2- تولید مواد شیمیایی :

کربنات سدیم در تولید مواد شیمیایی نیز بسیار مصرفی می باشد. از این ماده برای تولید سایر مواد شیمیایی مختلف مانند سدیم بیکربنات، سدیم سیلیکات، سدیم تریپل فسفات، سدیم دی کرومات، سدیم آلومینات، سدیم سیانید و غیره  استفاده می شود.

3- تولید کاغذ :

در صنعت کاغذ سازی، از کربنات سدیم به عنوان عامل تنظیم کننده اسیدیته و همچنین به منظور رنگ زدایی از کاغذ باطله استفاده می شود.

4- تولید صابون :

سودا اش در تولید انواع صابون نقش مهمی ایفا کرده و به عنوان عامل آلکالی استفاده می شود.

خاکستر سودا چیست ESGTrade.com

5- نرم کردن آب :

در صنعت برای نرم کردن آب از کربنات سدیم استفاده می شود. وجود کربنات سدیم در فرایند تعویض یونی، موجب حذف یون های کلسیم و منیزیم از آب و کاهش سختی آن می شود.

6- مخازن آب شهری :

ساختار ترکیبی سودا اش، باعث شده تا از آن به عنوان یک افزودنی رایج در مخازن شهری برای خنثی سازی اثر اسیدی کلر و افزایش pH استفاده شود.

7- صنایع رنگرزی :

در صنعت رنگرزی از سدیم کربنات به عنوان عامل استحکام دهنده پیوند بین رنگ و الیاف استفاده می گردد.

8- صنایع غذایی :

برای تولید برخی مواد غذایی، از این مادهبه عنوان تنظیم کننده pH و اغلب به عنوان نگهدارنده استفاده می شود.

9- الکترولیز :

سودا اش در تجزیه آب، به عنوان یک الکترولیت عمل می کند که موجب افزایش سرعت تجزیه آب می شود.

10- آزمایشگاه های شیمی :

سدیم کربنات که به وفور در آزمایشگاه های شیمی یافت می شود، اغلب به عنوان استاندارد اولیه در واکنش های تیتراسیون به کار می رود.

11- خمیر دندان :

یکی دیگر از کاربرد های جالب که ممکن است همه ما با آن در روزمره ارتباط داشته باشیم، استفاده از سدیم کربنات در ساختار خمیر دندان است. از این ماده به عنوان عامل افزایش دهنده   pH  و کف ساز در ساخت خمیر دندان استفاده می شود.

12- آجر سازی :

از دیگر کاربرد های بسیار مهم این ماده، استفاده در ساخت آجر است که به عنوان عامل مرطوب کننده در تولید خمیر، موجب کاهش مقدار مصرف آب مصرفی می شود.

13- صنعت نساجی :

سدیم کربنات در صنعت نساجی نیز به عنوان عامل ضد اسید در فرآوری ابریشم به کار می رود.

14- پتروشیمی و تصفیه نفت خام :

از سودا اش (Na2CO3 ) در فرآیندهای پتروشیمی به عنوان خنثی ساز استفاده می گردد.

خاکستر سودا چیست ESGTrade.com

15- تصفیه روغن های گیاهی :

در ساختار روغن های گیاهی به دلیل وجود چربی، از سودا اش به عنوان عامل جداکننده اسیدهای چرب آزاد استفاده به عمل می آید.

17- کاربرد خانگی :

سدیم کربنات علاوه بر مصارف صنعتی که عنوان شد، برای مصارف خانگی نیز مورد استفاده کاربران قرار می گیرد. یکی از کاربرد های مهم سودا اش این است که در خانه ها به عنوان نرم کننده ی آب در شست و شوی لباس ها استفاده می شود که این ماده با یون های منیزیم و کلسیم موجود در آب سخت مقابله می کند و مانع از تشکیل پیوند بین آن ها با ماده شوینده به کار رفته می شود .بدون استفاده از سدیم کربنات، مصرف کننده مجبور به استفاده اضافی از شوینده برای خیساندن یون های منیزیم و کلسیم می شود که قابل توجیه و اقتصادی نیست.

از طرفی، از آن جا که این محصول به صورت جامد بوده و قابلیت انحلال در آب را دارا است، می تواند مشکلاتی در محیط زیست از جمله آلودگی آب به وجود بیاورد که باید به اثرات آلودگی آب توسط این محصول پرداخته شود.

اصلی ترین اثر نا مطلوب سدیم کربنات بر محیط زیست، تاثیر آن بر pH محیط است. بنابراین تاثیر سوء سدیم کربنات بر ارگانیزم هاي موجود در محیط تا حد زیادي تابع ظرفیت بافري محیطی است که این ماده در آن رها می شود. آزمایشات نشان داده اند که این ماده در غلظت هاي کمتر از 100 میلی گرم بر لیتر بی خطر است. در صورتی که این محصول قبل از تخلیه به محیط زیست رقیق گردد حتی به صورت موضعی نیز موجب کاهش pH نخواهد شد.

سدیم کربنات بر محیط زیست، تاثیر آن بر pH محیط است. بنابراین تاثیر سوء سدیم کربنات بر ارگانیزم هاي موجود در محیط تا حد زیادي تابع ظرفیت بافري محیطی است که این ماده در آن رها می شود. آزمایشات نشان داده اند که این ماده در غلظت هاي کمتر از 100 میلی گرم بر لیتر بی خطر است. در صورتی که این محصول قبل از تخلیه به محیط زیست رقیق گردد حتی به صورت موضعی نیز موجب کاهش pH نخواهد شد.

در خصوص خواص ایمنی این محصول میتوان گفت که بلعیدن این ماده بدون ضرر است مگر اینکه به مقدار خیلی زیاد باشد. بوکردنِ آن ممکن است سبب سوزش بینی یا گلو شود. در اثر تماس با پوستهاي حساس ممکن است باعث خارش یا سوزش پوست شود. در اثر تماس با چشم ممکن است سبب ایجاد سوزش و سرخی در چشم شود.

اثرات ایمنی سوء این محصول عمدتا به دلیل ذرات ریز آن میباشد که ممکن است وارد بینی، چشم یا گلو شوند.

This post is also available in: English

  • facebook
  • googleplus
  • twitter
  • linkedin
  • linkedin

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *