Ανθρακικό νάτριο, γνωστό και ως ανθρακικό νάτριο, ταξινομείται ως αλάτι και όχι ως αλκάλιο. Στο διεθνές εμπόριο λέγεται και σόδα ή ανθρακική σόδα. Είναι μια σημαντική ανόργανη χημική πρώτη ύλη, που χρησιμοποιείται κυρίως στην παραγωγή επίπεδου γυαλιού, προϊόντων γυαλιού και κεραμικού λούστρου. Χρησιμοποιείται επίσης ευρέως στο οικιακό πλύσιμο, στην εξουδετέρωση οξέων και στην επεξεργασία τροφίμων.
Η ιστορία ανάπτυξης του ανθρακικού νατρίου θα πρέπει να ξεκινήσει από την πρώτη βιομηχανία σόδας. Η βιομηχανία ανθρακικού νατρίου ξεκίνησε στα τέλη του 18ου αιώνα. Με τις ανάγκες της βιομηχανίας και την αλλαγή των πρώτων υλών για την παραγωγή σόδας, η τεχνολογία παραγωγής ανθρακικού νατρίου (Na2CO3) έχει αναπτυχθεί γρήγορα και ο εξοπλισμός παραγωγής τείνει να είναι μεγάλης κλίμακας, μηχανοποιημένος και αυτοματοποιημένος. Το 1983, η παγκόσμια παραγωγή ανθρακικού νατρίου ήταν περίπου 30 εκατομμύρια τόνοι. Στην ιστορία της βιομηχανίας ανθρακικού νατρίου, η γαλλική n. Η lublanc, η βελγική E. Solvay και η κινεζική houdebang έχουν κάνει εξαιρετική συνεισφορά.
Πριν από την τεχνητή σύνθεση του ανθρακικού νατρίου, διαπιστώθηκε στην αρχαιότητα ότι η στάχτη που καίγονταν από ορισμένα φύκια μετά την ξήρανση περιείχε αλκάλια. Μετά το μούλιασμα και το φιλτράρισμα με ζεστό νερό, μπορούσε να ληφθεί καφέ αλκαλικό διάλυμα για πλύσιμο. Μια μεγάλη ποσότητα φυσικών αλκαλίων προέρχεται από ορυκτά, κυρίως θαμμένα υπόγεια ή αλκαλικά νερά. Το φυσικό αλκαλικό μετάλλευμα στο ιζηματογενές στρώμα έχει την υψηλότερη ποιότητα και είναι ευρέως διαδεδομένο. Στα τέλη του 18ου αιώνα, η μέθοδος της τεχνητής σύνθεσης ανθρακικού νατρίου εφευρέθηκε για πρώτη φορά στη Γαλλία. Η Lublanc χρησιμοποίησε mirabilite, ασβεστόλιθο και άνθρακα για αναγωγή και ανθρακικό σε υψηλή θερμοκρασία για να αποκτήσει ένα ακατέργαστο προϊόν μαύρης τέφρας που περιέχει κυρίως Na2CO3. Μετά από έκπλυση, εξάτμιση, εξευγενισμό, ανακρυστάλλωση και ξήρανση, ελήφθη μια βαριά ανθρακική σόδα με καθαρότητα περίπου 97 τοις εκατό. Το 1861, ο ernestolvy από το Βέλγιο εφηύρε μόνος του το ανθρακικό νάτριο και απέκτησε δίπλωμα ευρεσιτεχνίας. Δεδομένου ότι η προστασία των τεχνικών μυστικών δεν έχει εφαρμοστεί ευρέως, έκανε μια σημαντική ανακάλυψη από τις Ηνωμένες Πολιτείες τη δεκαετία του 1920. Συγκεκριμένα, ο houdebang, διάσημος κινέζος χημικός ειδικός, δημοσίευσε το 1932 το βιβλίο «κατασκευή ανθρακικού νατρίου», το οποίο θα κρατηθεί μυστικό για 70 χρόνια. Η μέθοδος Solvay δημοσιεύτηκε στον κόσμο. Η Houdebang δημιούργησε επίσης τη διαδικασία παραγωγής αλκαλίων από το 1939 έως το 1942 και ίδρυσε ένα πιλοτικό εργοστάσιο στο Σιτσουάν. Το 1952, δημιουργήθηκε ένα κοινό εργαστήριο παραγωγής αλκαλίων στο χημικό εργοστάσιο Dalian. Η μέθοδος Na που εισήχθη από τη θυγατρική Asahi νιτρικών στην Ιαπωνία είναι ουσιαστικά μια συμβιβαστική μέθοδος διττανθρακικών αλκαλίων και αλκαλίων αμμωνίας. Η αναλογία ανθρακικού νατρίου προς χλωριούχο αμμώνιο μπορεί να ρυθμιστεί κατά βούληση.
Το 1783, η Γαλλική Ακαδημία Επιστημών πρόσφερε ανταμοιβή 1200 φράγκων για τη μέθοδο παρασκευής ανθρακικού νατρίου. Το 1789, ο Λούμπραν, συνοδός γιατρός του φεουδάρχη Δούκα της Ορλεάνης της Γαλλίας, δημιούργησε με επιτυχία μια μέθοδο παρασκευής σόδας. Το 1791, απέκτησε δίπλωμα ευρεσιτεχνίας και ίδρυσε ένα εργοστάσιο αναψυκτικών με ημερήσια παραγωγή 250~300 κιλά. Εκτός από το επιτραπέζιο αλάτι, οι πρώτες ύλες που χρησιμοποιούνται στη διαδικασία της σόδας Lubran περιλαμβάνουν συμπυκνωμένο θειικό οξύ, κάρβουνο και ασβεστόλιθο. Η διαδικασία παραγωγής έχει ως εξής:
① Βήμα 1: χρησιμοποιήστε πυκνό θειικό οξύ για να μετατρέψετε το επιτραπέζιο αλάτι σε θειικό νάτριο:
② Βήμα 2: θερμάνετε το θειικό νάτριο, τον άνθρακα και τον ασβεστόλιθο μαζί στον κλίβανο. Το θειικό νάτριο αντιδρά με τον άνθρακα στον κλίβανο για να σχηματίσει θειούχο νάτριο και μονοξείδιο του άνθρακα:
③ Βήμα 3: το θειούχο νάτριο αντιδρά με τον ασβεστόλιθο για να παράγει ανθρακικό νάτριο και θειούχο ασβέστιο:
Η μέθοδος παραγωγής αλκαλίων Lubran έχει δημιουργήσει ένα ιστορικό προηγούμενο και έχει εξαιρετική συνεισφορά στην ανθρωπότητα, αλλά έχει επίσης πολλές ελλείψεις. Για παράδειγμα, η κύρια διαδικασία παραγωγής πραγματοποιείται στη στερεά φάση, είναι δύσκολο να παραχθεί συνεχώς με συμπυκνωμένο θειικό οξύ ως πρώτη ύλη, ο εξοπλισμός είναι σοβαρά διαβρωμένος, η ποιότητα του προϊόντος είναι ακάθαρτη, το θειούχο ασβέστιο δεν είναι εύκολα διαλυτό στο νερό , η κατακρημνισμένη σκωρία απορρίπτεται, οι πρώτες ύλες δεν χρησιμοποιούνται πλήρως, το κόστος είναι υψηλό και παράγονται HCI, CO και άλλα αέρια, με αποτέλεσμα τη μόλυνση του περιβάλλοντος. Προβληματισμένος από αυτές τις ελλείψεις, το 1861, η Βελγική Solvay κατασκεύασε ανθρακικό νάτριο και ανθρακικό νάτριο από αλάτι, ασβεστόλιθο και αμμωνία Χλωριούχο ασβέστιο, αυτή είναι η μέθοδος αλκαλίου αμμωνίας. Τα βήματα της αντίδρασης είναι τα εξής:
Το CO2 και το NH3 που παράγονται από την αντίδραση μπορούν να επαναχρησιμοποιηθούν ως πρώτες ύλες.
Ο συνολικός τύπος αντίδρασης είναι CaC03συν 2NaCl ===NaCl2συν Na2CO3
Αν και αυτή η μέθοδος παρασκευής σόδας είναι πιο απλή και φιλική προς το περιβάλλον από τη μέθοδο παρασκευής σόδας Lubran, πραγματοποιεί συνεχή παραγωγή, βελτιώνει σημαντικά το ποσοστό χρήσης του αλατιού και έχει χαμηλό κόστος, έχει χαμηλό ποσοστό χρήσης πρώτων υλών και παράγει μεγάλο αριθμό από -προϊόντα με χαμηλή αξία χρήσης Οι ελλείψεις του CaCl2 εξακολουθούν να στοιχειώνουν τους ανθρώπους και οι ξένες χώρες έχουν πολύ αυστηρό έλεγχο σε αυτό το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας. Η Κίνα έχει περιοριστεί εδώ και πολύ καιρό λόγω της έλλειψης σχετικής τεχνολογίας.
Τέλος, η houdebang εφηύρε τη συνδυασμένη μέθοδο παρασκευής σόδας το 1943, γνωστή και ως μέθοδος παρασκευής σόδας houdebang, η οποία χρησιμοποιείται για την παραγωγή ανθρακικού νατρίου στη βιομηχανία. Έσπασε τον τεχνικό αποκλεισμό των ξένων χωρών εκείνη την εποχή και βελτίωσε περαιτέρω την αποτελεσματικότητα της παραγωγής αναψυκτικών. Έχει γίνει μια ευρέως χρησιμοποιούμενη μέθοδος παρασκευής σόδας στον κόσμο. Η συγκεκριμένη διαδικασία είναι η εξής: προσθέστε CO2 σε κορεσμένο αλατόνερο με αμμωνία (η αμμωνία και το χλωριούχο νάτριο είναι κορεσμένα διαλύματα) για να παραχθεί η ακόλουθη αντίδραση
Η χημική εξίσωση της αντίδρασης θα είναι:
Το διττανθρακικό νάτριο στην αντίδραση κατακρημνίζεται λόγω της χαμηλής διαλυτότητάς του, το οποίο μπορεί περαιτέρω να πυρωθεί και να αποσυντεθεί σε ανθρακικό νάτριο, νερό και διοξείδιο του άνθρακα, από τα οποία το διοξείδιο του άνθρακα μπορεί να εισέλθει ξανά στην αντίδραση για επαναχρησιμοποίηση. Λόγω του χαμηλού ποσοστού χρήσης του επιτραπέζιου αλατιού, του υψηλού κόστους της παρασκευής σόδας, της περιβαλλοντικής ρύπανσης που προκαλείται από απόβλητα υγρών και υπολειμμάτων και της δυσκολίας στην επεξεργασία, ο κ. houdebang ανέπτυξε με επιτυχία τη συνδυασμένη μέθοδο παρασκευής σόδας το 1943 μετά από χιλιάδες δοκιμές. Αυτή η νέα διαδικασία είναι η κατασκευή ενός εργοστασίου αμμωνίας και ενός εργοστασίου αλκαλίων στο -- για κοινή παραγωγή. Το φυτό αμμωνίας παρέχει αμμωνία και διοξείδιο του άνθρακα που απαιτούνται από το αλκαλικό φυτό. Το χλωριούχο αμμώνιο στο μητρικό υγρό κρυσταλλώνεται με την προσθήκη επιτραπέζιου αλατιού ως χημικό προϊόν ή λίπασμα. Το διάλυμα αλατιού μπορεί να ανακυκλωθεί. Ο "συνδυασμός" στη λεγόμενη "μέθοδος συνδυασμένης παραγωγής αλκαλίων" σημαίνει ότι η μέθοδος συνδυάζει τη βιομηχανία συνθετικής αμμωνίας και τη βιομηχανία παραγωγής αλκαλίων μαζί, χρησιμοποιεί το υποπροϊόν CO2 κατά την παραγωγή αμμωνίας, εξαλείφει τη χρήση αποσύνθεσης ασβεστόλιθου για παραγωγής και απλοποιεί τον εξοπλισμό παραγωγής. Επιπλέον, η συνδυασμένη διαδικασία καυστικής σόδας αποφεύγει επίσης την παραγωγή χλωριούχου ασβεστίου, το οποίο δεν είναι πολύ χρήσιμο υποπροϊόν στη διαδικασία της καυστικής σόδας με αμμωνία. Αντίθετα, το χλωριούχο αμμώνιο, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως λίπασμα, χρησιμοποιείται για την ανάκτησή του, το οποίο βελτιώνει τον ρυθμό χρήσης του αλατιού, συντομεύει τη διαδικασία παραγωγής, μειώνει τη ρύπανση του περιβάλλοντος, μειώνει το κόστος της ανθρακικής σόδας και προάγει την πρόοδο του βιομηχανία στον κόσμο.
Το εξαιρετικό χαρακτηριστικό της διαδικασίας παραγωγής σόδας Hough είναι να κάνει τη διαδικασία συνεχή, έτσι ώστε να διευρύνει την κλίμακα. Δεύτερον, αυτή η μέθοδος δεν ξεκινά με στερεό διττανθρακικό αμμώνιο, αλλά χρησιμοποιεί αλατόνερο για να απορροφήσει πρώτα την αμμωνία και μετά το ανθρακικό για συνεχή παραγωγή. Επειδή αυτή η μέθοδος δεν χρειάζεται ενδιάμεσο αλάτι ως βοηθητικό μέσο, το κόστος μπορεί να μειωθεί. Το 1952, η Κίνα ίδρυσε μια πιλοτική μονάδα 10 τόνων / D για συνδυασμένη παραγωγή αλκαλίων στο χημικό εργοστάσιο Dalian, η οποία βελτιώθηκε το 1957. Η ροή της διαδικασίας προσθήκης πρωτογενούς άλατος, δευτερογενούς απορρόφησης αμμωνίας και πρωτογενούς ενανθράκωσης προσδιορίστηκε μέσω πειραμάτων και η επιλογή εξοπλισμού και επιβεβαιώθηκαν οι δείκτες λειτουργίας. Το 1964, ολοκληρώθηκε και τέθηκε σε λειτουργία η μεγάλης κλίμακας εργοστάσιο συνδυασμένης σόδας στην Dalian Chemical Industry Company.
Λόγω της υψηλής τιμής του εισαγόμενου αλατιού, η Ιαπωνία πρέπει να αναζητήσει νέες μεθόδους για τη βελτίωση του ποσοστού χρήσης του αλατιού. Το 1950, η θυγατρική της νιτρικής Asahi ίδρυσε ένα εργοστάσιο συνδυασμένης παραγωγής αναψυκτικών 30 τόνων / D στο χημικό εργοστάσιο Mushan. Τον Μάρτιο του 1959, άρχισε να ιδρύει μια νέα μονάδα συνδυασμένης παραγωγής σόδας στο χημικό εργοστάσιο Chiba, με ημερήσια παραγωγή 300 τόνων ανθρακικού νατρίου και χλωριούχου αμμωνίου, που ονομάζεται μέθοδος AC. Στη δεκαετία του 1970, η παραγωγή χλωριούχου αμμωνίου στην Ιαπωνία ήταν υπερπροσφορά. Εκτός από την επανέναρξη ορισμένης παραγωγής αλκαλίου αμμωνίας, το άλας Asahi καθιέρωσε τη νέα διαδικασία Asahi, γνωστή και ως διαδικασία NA. Το χαρακτηριστικό της διαδικασίας Xinxu είναι ότι η παραγωγή χλωριούχου αμμωνίου μπορεί να ρυθμιστεί. Η περίσσεια χλωριούχου αμμωνίου στην αγορά μπορεί να αποσταχθεί απευθείας με γάλα λάιμ για την ανάκτηση της αμμωνίας. Επομένως, η κατανάλωση ατμού και ασβέστη είναι μικρότερη από αυτή της διαδικασίας αλκαλίου αμμωνίας. Η ποσότητα των υγρών αποβλήτων μειώνεται σχεδόν στο 1/3 αυτής της διεργασίας αλκαλίου αμμωνίας. Η συγκέντρωση του χλωριούχου ασβεστίου στα απόβλητα υγρά μπορεί να αυξηθεί κατά 2,5 φορές και το ποσοστό χρήσης του ακατέργαστου αλατιού μπορεί να φτάσει περισσότερο από 95 τοις εκατό. Η διαδικασία Xinxu έχει επίσης κάνει μεγάλες βελτιώσεις στην ενανθράκωση, την κρυστάλλωση και άλλες διαδικασίες και τη δομή του εξοπλισμού.
Μέχρι στιγμής, η ανάπτυξη του ανθρακικού νατρίου έχει πάρει μορφή γενικά. Αργότερα, οι άνθρωποι έκαναν κάποιες μικρές βελτιώσεις στην επεξεργασία ανάλογα με τη διαφορετική έμφαση στη χρήση, ώστε να το παρέχουν για χρήση σε διαφορετικές περιπτώσεις.