Загальні відомості.

Карбонат натрію технічний

Сода - загальна назва технічних натрієвих солей вугільної кислоти. Карбонат натрію (кальцинована сода, натрій вуглекислий) - хімічна сполука Na₂CO₃, натрієва сіль вугільної кислоти.
Карбонат натрію - сіль, утворена катіоном натрію і аніоном вугільної кислоти.
Кальцинованою содою називається карбонат безводний натрію Na₂CO₃. Кальцинованої вона називається тому, що отримують її прожарюванням (кальцінованням) гідрокарбонату натрію NaHCO₃ або кристалогідрату карбонату натрію, наприклад, Na₂CO₃•10H₂O.
Міжнародна назва: Sodium carbonate.

Сода - загальна назва технічних натрієвих солей вугільної кислоти.
- Na₂CO₃ (карбонат натрію) - кальцинована сода.
- Na₂CO₃•10H₂O (декагидрат карбонату натрію, містить 62,5% кристалізаційної води) - кристалічна сода; іноді випускається у вигляді Na₂CO₃•H₂O або Na₂CO₃•7H₂O
- NaHCO₃ (гідрокарбонат натрію) - питна або харчова сода, натрій двовуглекислий, бікарбонат натрію Назва «сода» походить від рослини Salsola Soda, із золи якого її добували, кальцинованої соди називали тому, що для отримання її з кристалогідрату доводилося його кальцинована (тобто нагрівати до високої температури).
Сода була відома з давніх часів. Ще стародавні єгиптяни застосовували природне С. (з озерних вод) як миючий засіб, а також для варіння скла. До 18 ст. карбонати натрію і калію називали «прагли», тобто лугом. В 1736 році французький учений А. Л. Дюамель дю Монсо вперше розрізнив ці дві речовини: перше стали називати содою (по рослині Salsola Soda, із золи якого її добували), а друге - поташем.

Знаходження в природі.

Аж до початку 19 ст. головним джерелом для добування соди служила зола деяких морських водоростей і прибережних рослин.
Кальцинована сода зустрічається в природі у великих кількостях, головним чином у соляних пластах у вигляді підземних ґрунтових розсолів, ропи в соляних озерах та мінералів. Також карбонат натрію зустрічається в золі деяких морських водоростей, а також у вигляді наступних мінералів:
- нахколит NaHCO₃;
- трону Na₂CO₃•NaHCO₃•2H₂O;
- натрон (сода) Na₂CO₃•10H₂O;
- термонатрит Na₂CO₃•H₂O.
На Землі відомо понад 60 таких родовищ.
Великі запаси натрію карбонату зосереджені в США, Канаді, Кенії, Мексиці, ПАР та ін Сучасні содові озера відомі в Забайкаллі і в Західному Сибіру; великою популярністю користується озеро Натрон в Танзанії і озеро Серлс в Каліфорнії. Трону, що має промислове значення, відкрита в 1938 р. в складі еоценової товщі Грін-Рівер (Вайомінг, США). Разом з троной в цій осадової товщі виявлено багато що раніше вважалися рідкісними мінералів, в тому числі давсоніт [NaAICO₃(OH)₂], який розглядається як сировину для отримання соди і глинозему. У США природна сода задовольняє більше 40% потреби країни в цій корисній копалині. В нашій країні із-за відсутності великих родовищ карбонат натрію з мінералів не видобувається.

Історичні відомості про отримання соди.

Сода була відома людині приблизно за півтори-дві тисячі років до нашої ери, а може бути і раніше. Її добували з содових озер і витягували з нечисленних родовищ у вигляді мінералів натрона Na₂CO₃•10H₂O, термонатрита Na₂CO₃•H₂O і трони Na₂CO₃•NaHCO₃•2H₂O.
Перші відомості про отримання соди шляхом упарювання води содових озер відносяться до 64 році і наведені у творі римського лікаря Педанія Діоскорида про лікарських речовинах. І йому, і алхімікам всіх країн аж до 18 ст. сода уявлялася якоюсь речовиною, яка шипіла з виділенням якогось газу при дії на нього відомих до того часу кислот - оцтової CH₃COOH і сірчаної H₂SO₄.
Тепер відомо, що шипіння - це результат виділення газоподібного діоксиду вуглецю (вуглекислого газу) CO₂ в результаті реакцій: Na₂CO₃ + 2CH₃COOH = Na(CH₃COO) + CO₂ + H₂О і Na₂CO₃ + 2H₂SO₄ = 2NaHSO₄ + CO₂ + H₂Про, де утворюються ще ацетат натрію Na(CH₃COO) і гідросульфат натрію NaHSO₄.
У часи Педанія Діоскорида про склад соди ніхто не мав поняття, адже і діоксид вуглецю відкрив голландський хімік Ян ван Гельмонт (який назвав його «лісовим газом») тільки через шістсот років.
Штучну соду навчилися отримувати після довгих і болісних пошуків тільки у 18 ст. Але спочатку слід визначити склад цієї речовини, виділивши його в досить чистому вигляді. В 1736 році французький хімік, лікар і ботанік Анрі Луї Дюамель де Монсо, користуючись водою содових озер і застосувавши метод перекристалізації, вперше виділив чисту соду. Йому вдалося встановити, що сода містить хімічний елемент «натр». Роком пізніше Дюамель і німецький хімік Андреас Сигізмунд Маргграф прийшли до висновку, що сода Na₂CO₃ і поташ (карбонат калію K₂CO₃) - різні речовини, а не одне і те ж, як вважалося раніше.
Дюамель намагався отримати соду, діючи оцтовою кислотою CH₃COOH на сульфат натрію Na₂SO₄. З точки зору сучасного хіміка, це абсолютно безглуздо, але Дюамель не знав складу ні того, ні іншого з узятих їм вихідних речовин. Йому було також невідомо, що сильну кислоту (сірчану) не можна витіснити з солей слабкою кислотою (оцтової). Тим не менш, Дюамель зробив цікаве спостереження: при нагріванні суміші сульфату натрію з оцтовою кислотою почали виділятися пари, які загорілися від полум'я свічки. Це була досить летюча і горюча оцтова кислота.
Історія знає чимало інших, іноді й небезпечних спроб отримати соду. Так, Маргграф з цією метою змішував нітрат натрію з вугіллям, а потім нагрівав суміш. Досвід завершився спалахом суміші, яка обпекла йому обличчя й руки. Маргграф не врахував, що досить до суміші нітрату натрію (натрієвої селітри) і вугілля додати сірку, як вийде один з видів пороху.
Правда, при проведенні реакції 4NaNO₃ + 5C = 2Na₂CO₃ + 3CO₂ + 2N₂ вдалося отримати трохи соди, але якою ціною!
Перший промисловий спосіб отримання соди зародився в Росії. У 1764 російський хімік, швед за походженням академік Ерік Густав Лаксман повідомив, що соду можна отримати спіканням природного сульфату натрію з деревним вугіллям. При цьому протікає реакція: 2Na₂SO₄ + 3C + 2O₂ = 2Na₂CO₃ + CO₂ + 2SO₂. Тут крім карбонату натрію Na₂CO₃ утворюються два газоподібних речовини - діоксид вуглецю CO₂ і діоксид сірки SO₂.
Оскільки природний сульфат натрію часто містить домішки карбонату кальцію CaCO₃ (вапняку), то цієї реакції супроводжує друга: CaCO₃ + C + Na₂SO₄ = Na₂CO₃ + 4CO + CaS, де виділяється газоподібний монооксид вуглецю СО і виходить малорозчинний сульфід кальцію CaS, який при обробці суміші водою відокремлюється від карбонату натрію. Остання стадія процесу - випарювання розчину, відфільтрованого осаду, і кристалізація карбонату натрію.
Лаксман здійснив отримання соди за способом у 1784 на власному скляному заводі в Тальцинске недалеко від Іркутська. На жаль, подальшого розвитку цей спосіб не отримав і незабаром був забутий. А ще Петро I в 1720, відповідаючи на питання князя Голіцина, навіщо потрібна «зода», писав: «Зодою пом'якшують шерсть». У 1780 російський академік Гільденштедт зазначав, що «свербіння можна почесть важливим товаром в російській торгівлі. Склярі і фарбарі багато її издерживают, а надалі ще більше однієї розходитися буде, коли більше стануть робити білих скла».
«Зодой» або «зудой» називали в Росії соду. Незважаючи на велику кількість власної сировини для виробництва соди її ввозили в Росію з-за кордону аж до 1860.
У 1791 р. французький лікар і хімік-технолог Ніколя Леблан, нічого не знаючи про спосіб Лаксмана, отримав патент на «Спосіб перетворення глауберової солі в соду» (глауберова сіль - декагидрат сульфату натрію Na₂SO₄•10H₂O). Леблан запропонував для отримання соди сплавляти суміш сульфату натрію, крейди (карбонату кальцію) і деревного вугілля. В описі винаходу він вказував: «Над поверхнею плавким маси спалахує безліч вогників, схожих на вогні свічок. Отримання соди завершується, коли ці вогники зникають».
При сплавці суміші протікає відновлення сульфату натрію вугіллям: Na₂SO₄ + 4C = Na₂S + 4CO. Утворився сульфід натрію Na₂S взаємодіє з карбонатом кальцію CaCO₃: Na₂S + CaCO₃ = Na₂CO₃+ CaS. Після повного вигоряння вугілля та монооксиду вуглецю CO («вогники зникають») розплав охолоджують і обробляють водою. У розчин переходить карбонат натрію, а сульфід кальцію залишається в осаді. Соду можна виділити упариванием розчину.
Свою технологію отримання соди Леблан запропонував герцогу Філіпу Орлеанському, особистим лікарем якого він був. У 1789 герцог підписав з Лебланом угоду і виділив йому двісті тисяч срібних ліврів на будівництво заводу. Содовий завод в передмісті Парижа Сен-Жені називався «Франсиада - Сода Леблана» і щодня давав 100-120 кг соди. Під час Французької революції 1793, герцог Орлеанський був страчений, його власність конфіскована, а содовий завод і сам патент Леблана - націоналізовано. Лише через сім років Леблану повернули розорений завод, відновити який йому вже не вдалося. Останні роки Леблана пройшли в бідності, а в 1806 р. він покінчив життя самогубством.
Технологію виробництва соди з Леблану стали використовувати в багатьох країнах Європи. Перший содовий завод такого типу в Росії був заснований промисловцем М. Прангом і з'явився в Барнаулі в 1864. Але вже через кілька років в районі теперішнього міста Березники був побудований крупний содовий завод фірми «Любимов, Сольве і К°», де випускалося 20 тисяч тонн соди в рік. Цей завод використовував нову технологію виробництва соди - аміачний спосіб, винайдений бельгійським інженером-хіміком Ернестом Сольве. З цього часу заводи в Росії і в інших країнах, використовуючи метод Леблана, не витримавши конкуренції, стали поступово закриватися: технологія Сольва виявилася більш економічною.

Промислове виробництво карбонату натрію.

На діаграмі представлена структура світового виробництва кальцинованої соди по країнах.

До початку XIX століття соду кальциновану (карбонат натрію) отримували переважно з золи деяких морських водоростей і прибережних рослин. Виробництво соди в наші дні здійснюється чотирма способами: - аміачним (з хлориду натрію), - на основі природної соди, - переробкою нефелинов, - а також карбонізацією гідроксиду натрію. Верховенство досі належить першому способу виробництва соди, хоча його питома вага, ще недавно складав 100%, потроху знижується. Переваги аміачного способу виробництва соди: відносна дешевизна, широка поширеність і доступність отримання необхідної сировини; незначність температур (до 100 градусів С), при яких здійснюються основні реакції процесу; достатня налагодженість способу виробництва соди; невисока собівартість кальцинованої соди. У XX ст. в Японії цей метод був модернізований, і запропонований в результаті спосіб Асахі дозволив економити енергію протягом усього виробничого циклу і знизити витрату сировини.
Виробництво кальцинованої соди з природної сировини - порівняно нова галузь, що виникла наприкінці 1940-х рр. і стала в даний час основним конкурентом аміачного способу виробництва соди за рахунок більшої економічної вигідності та високої екологічної чистоти.
Комплексна переробка нефелинов на глинозем, кальциновану соду, поташ і цемент стала третім за значимістю спосіб виробництва соди, який був розроблений в СРСР і застосовується тільки в нашій країні, дозволяючи заощаджувати до 15% капіталовкладень.
Карбонізація гідроксиду натрію як промисловий спосіб виробництва соди отримала деякий розвиток в кінці 1960-х - початку 1970-х рр.., коли попит на кальциновану соду був високий, а каустична сода була в надлишку. В даний час цей спосіб виробництва соди втратив практичне значення.

Аміачний спосіб отримання кальцинованої соди.

Аміачний спосіб отримання соди був запропонований ще в 1838-1840 англійськими інженерами-хіміками Р. Грей-Дьюаром і Д. Хеммингом. Вони пропускали через воду газоподібні аміак NH₃ і діоксид вуглецю CO₂, які при взаємодії дають розчин гідрокарбонату амонію NH₄HCO₃: NH₃ + CO₂ + H₂O = NH₄HCO₃, а потім додавали до цього розчину хлорид натрію NaCl, щоб виділити малорозчинний на холоді гідрокарбонат натрію NaHCO₃: NH₄HCO₃ + NaCl = NaHCO₃‾ + NH₄Cl. Гідрокарбонат натрію відфільтровували і нагріванням перетворювали в соду: 2NaHCO₃ = Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O.
Діоксид вуглецю CO₂, необхідний для проведення процесу, отримували з карбонату кальцію СаСО₃ - крейди або вапна - при прожарюванні: CaCO₃ = CaO + CO₂, а оксид кальцію CaO, який при цьому виходив, після обробки водою давав гідроксид кальцію Ca(OH)₂: CaO + H₂O = Ca(OH)₂, необхідний для отримання аміаку NH₃ з хлориду амонію NH₄ Cl: 2NH₄Cl + Ca(OH)₂ = 2NH₃ + CaCl₂ + 2H₂O.
Таким чином, аміак весь час перебував в обігу і не витрачався, відходом виробництва залишався тільки хлорид кальцію CaCl₂.

Аміачний спосіб (спосіб Сольва).

Схема аміачного способу отримання кальцинованої соди за методом Сольве.

У 1861 році бельгійський інженер-хімік Ернест Сольва запатентував метод виробництва соди, який використовується і до цього дня. Спосіб заснований на реакції взаємодії гідрокарбонату амонію з хлоридом натрію, в результаті якої виходять хлорид амонію і гідрокарбонат натрію. На практиці процес проводять, вводячи в майже насичений розчин хлориду натрію эквимолярные кількості газоподібних спочатку аміаку, а потім діоксиду вуглецю, тобто як би вводять гідрокарбонат амонію NH₄HCO₃. Гідрокарбонат натрію випадає в осад, коли діоксид вуглецю вводиться в розчин: NaCl + H₂O + NH₃ + CO₂ → NaHCO₃ + NH₄Cl.
Випав залишок малорастворимого (9,6 г на 100 г води при 20° C) гідрокарбонату натрію відфільтровують і кальцинируют (зневоднюють) нагріванням до 140-160° C, при цьому він переходить у карбонат натрію: 2NaHCO₃→ Na₂CO₃ + H₂O + CO₂, CaCO₃ → CaO + CO₂.
Вапно СаО, одержувану одночасно з СО₂, дією на неї надлишку води перетворюють у вапняне молоко Са(OH)₂яке використовується для регенерації пов'язаного аміаку розчину хлористого амонію по реакції 2NH₄Cl + Ca(OH)₂ > CaCl₂+ 2NH₃↑ + 2H₂O, і отриманий NH₃ також повертають у виробничий цикл.
Таким чином, вихідною сировиною для виробництва соди з аммиачному способу служать природні або штучно приготовлені розчини кухонної солі і вапняк або крейда. Аміак, що знаходиться весь час в круговороті, теоретично не повинен витрачатися; неминучі практичні втрати NH₂ компенсуються введенням в процес аміачної води.
Єдиним відходом виробництва є хлорид кальцію, який не має широкого промислового застосування. Але і його можна переробити, піддавши електролізу, і отриманий кальцій повернути у виробництво, перетворивши тому в гашене вапно.
До цих пір цей спосіб залишається основним способом отримання соди у всіх країнах.
Переваги аміачного способу виробництва соди: відносна дешевизна, широка поширеність і доступність отримання необхідної сировини; незначність температур (до 100° C), при яких здійснюються основні реакції процесу; достатня налагодженість способу виробництва соди; невисока собівартість кальцинованої соди.
Виробництво соди кальцинованої за аммиачному способом на різних содових заводах здійснюється майже за однією і тією ж технології - схемою. Різні бувають конструкції, розміри і продуктивність окремих груп апаратів. Весь процес виробництва соди є безперервним, він ділиться на кілька операцій; ці операції з відповідною апаратурою прийнято називати станціями.
Ернест Сольва не вніс принципових нововведень в хімічну основу содового процесу англійських інженерів, він тільки технологічно оформив виробництво, проте, це теж непросто. Зокрема, він застосував тут апарати колонного типу, які дозволили вести процес безперервно і досягти високого виходу продукту.
Переваги аміачного методу над способом Леблана полягали в отриманні більш чистої соди, меншому забрудненні навколишнього середовища та економії палива (оскільки температура тут нижче). Все разом це привело до того, що в 1916 - 1920-х закрилися майже всі заводи, які працювали за методом Леблана.
Першими в світі заводами, які використовують аміачний спосіб отримання соди, стали бельгійський завод у Куйе, побудований за проектом самого Сольва в 1865, і Камсько-Содовий завод Лихачова в Росії, який почав працювати в 1868. Російський завод був створений полковником Іваном Ліхачьовим в його маєтку на березі річки Ками в Казанської губернії. Лихачов здобував аміак NH₃шляхом сухої перегонки відходів, які йому поставляли майже двісті шкіряних майстерень з усієї округи. Діоксид вуглецю СО₂отримували прожарюванням вапняку, знайденого поблизу. Завод проіснував недовго і вже через чотири роки був закритий через нерентабельність: сильно подорожчали і шкіряні відходи, і кухонна сіль NaCl. Перший завод такого типу в Росії був заснований в районі уральського міста Березники фірмою «Любимов, Сольве і Ко» у 1883 році. Його продуктивність складала 20 тисяч тонн соди в рік.

Спосіб Леблана.

Перший промисловий спосіб отримання С. винайшов в 1787-89 Н. Леблан.
У 1791 році Нікола Леблана отримав патент на «Спосіб перетворення глауберової солі в соду». В 1791 р. у Франції було розпочато виробництво С. за його методом. Він складався з наступних стадій. Кам'яну сіль NaCl дією концентрованої H₂SO₄ перетворювали в сульфат натрію: 2NaCI + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + 2HCl.
При температурі близько 1000° C запікається суміш сульфату натрію («глауберової солі»), крейди або вапна (карбонату кальцію) і деревного вугілля. Вугілля відновлює сульфат кальцію до сульфіду: Na₂SO₄ + 2C → Na₂S + CO₂↑. Сульфід натрію реагує з карбонатом кальцію: Na₂S + СаСО₃ → Na₂CO₃ + CaS.
Отриманий розплав обробляють водою, при цьому карбонат натрію переходить в розчин, сульфід кальцію фільтрують, потім розчин карбонату натрію упарюють. Сиру соду очищають перекристалізацією. Процес Леблана дає соду у вигляді кристалогідрату Na₂CO₃•10H₂O, містить близько 62,5% води. Тому отриману соду доводилося для зневоднення нагрівати червоного, кальцинована, звідси кальцинована сода.
Сульфат натрію отримували обробкою кам'яної солі (хлориду натрію) сірчаною кислотою: 2NaCl + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + 2HCl↑. Побічними продуктами були HCl (його спершу випускали в повітря, а потім стали поглинати водою, отримуючи технічну соляну кислоту) і CaS (який утворював величезні відвали).
Перший в Росії завод, який виробляв карбонат натрію таким способом, був заснований промисловцем М. Прангом в Барнаулі в 1864 році.
Після появи більш економічного (не залишається у великих кількостях побічний сульфід кальцію) і технологічного способу Сольве, заводи, що працюють за способом Леблана стали закриватися. До 1900 90% підприємств виробляли карбонат натрію за методом Сольве, а останні фабрики, які працюють за методом Леблана закрилися на початку 1920-х. В даний час весь штучно проводиться карбонат натрію виробляється по методу Сольве.

Спосіб Хоу.

Розроблений китайським хіміком Хоу (Hou Debang) в 1930-х роках. Відрізняється від процесу Леблана тим, що не використовує карбонат кальцію.
За способом Хоу в розчин хлориду натрію при температурі 40 градусів подається діоксид вуглецю і аміак. Менш розчинний гідрокарбонат натрію в ході реакції випадає в осад (як і в методі Сольва). Потім розчин охолоджують до 10 градусів. При цьому випадає в осад хлорид амонію, а розчин використовують повторно для виробництва наступних порцій соди.
В даний час у ряді країн практично весь штучно проводиться карбонат натрію виробляється по методу Сольве.

Електролізний процес.

Карбонат натрію можна також отримати за допомогою електролізного процесу. Водяна пара і діоксид вуглецю запускаються в катодне відділення установки з камерою діафрагмового типу для електролізу розчинів солей, де, взаємодіючи з їдким натром, вони перетворюють його в карбонат натрію.

Нефеліновий спосіб одержання кальцинованої соди.

Технологічна схема комплексної переробки нефелінового концентрату.

Для переробки нефелінового сировини в залежності від його складу і властивостей можуть бути застосовані різні способи. На малюнку показана технологічна схема комплексної переробки нефелінового концентрату способом спікання. Цей спосіб включає: 1) виробництво глинозему з отриманням в якості побічних продуктів содопоташного розчину і нефелінового шламу; 2) виробництво соди і поташу з содопоташного розчину; 3) виробництво цементу з нефелінового шламу.
З розробкою і впровадженням способу спікання в промисловість вперше була вирішена проблема комплексної переробки нефелиновых концентратів, одержуваних при збагаченні апатітонефеліновие порід Кольського півострова. Однак значення способу спікання не обмежується переробкою Кольских нефелиновых концентратів. В нашій країні цей спосіб успішно застосовується також для переробки кияалтырских уртитов без попереднього збагачення, а також може бути застосований для переробки інших видів нефелінового сировини.

Переробка содопоташных розчинів.

Технологічна схема переробки содопоташного розчину.

Основними компонентами содопоташного розчину є Na₂CO₃, K₂CO₃ , K₂SO₄ і КСl. Розчин, одержаний методом двостадійною бікарбонатної карбонізації, містить також NаНСO₃.
Для отримання соди і поташу розчин упарюють; різна розчинність соди і поташу дозволяє здійснити їх роздільне одержання. Розчинність поташу, у воді з підвищенням температури безперервно збільшується і при 100° C становить 0,9%; розчинність соди збільшується з підвищенням температури до 32,5° C, а потім знижується і при 100° C становить 31,1 %.
Нижче розглянута технологічна схема переробки содопоташного розчину, одержуваного при комплексній переробці кияшалтырских уртитов. Приблизний склад цього розчину, г/л: Na₂CO₃ 130; K₂З₃ 22; K₂SO₄ 10; КСl 1,2.
Технологічний процес переробки содопоташного розчину складається з наступних основних стадій: нейтралізації вихідного розчину, концентраційної випарювання розчину і розчинення в ньому подвійної солі, першій стадії виділення соди, виділення сульфату калію, другий стадії виділення соди, виділення подвійної солі, виділення хлориду калію, виділення поташу.
Містяться в розчині бікарбонати натрію і калію нейтралізуються в гидросмесителе розчином каустичної лугу: NaHCO₃+NaOН=Na₂CO₃+H₂O. Нейтралізація необхідна для попередження корозії апаратури, а також для того, щоб не допустити виділення в осад міститься в розчині гідроксиду алюмінію. Зміст каустичної лугу і нейтрализованном розчині, і перерахуванні на Na₂Про становить 0,1 - 0,15 г/л.
В результаті концентраційної випарювання отримують розчин, з якого не кристалізуються солі (щільність упаренного розчину 1,28-1,30 г/см3), що дозволяє видалити з такого розчину значну частину води на високопродуктивних багатокорпусних выпарных батареях. Концентрований розчин після розчинення в ньому подвійної солі упарюють до концентрації, при якій відбувається кристалізація соди (щільність рідкої (рази 1,38-1,42 г/см3).
У продукционном корпусі батареї підтримують температуру 93-96° C, при якій в тверду фазу виділяється одноводная сода Na₂CO₃.H₂O (сода-1). Якщо температуру в продукционном корпусі підняти до температури кипіння розчину при атмосферному тиску (106-108° C), то в тверду фазу буде виділятися безводна сода. Проте ця температура дуже близька до температурі переходу безводної соди одноводную. Неминучий перехід частини безводної соди Na₂CO₃.H₂O супроводжується цементацією осаду, що утрудняє відділення твердої фази від рідкої.
Тому отримання безводної соди на даній стадії випарювання недоцільно, Сода-1 характеризується невеликим вмістом домішок калію і сульфату калію; її відділяють від маткового розчину і направляють на сушку.
Сульфат калію K₂SO₄ виділяється при охолодженні до 35-40° C маточного розчину моногидратной соди, до якого для збільшення змісту калійних солей додають частину маточного розчину безводної соди. Крім того, перед кристалізацією сульфату калію в розчин додають конденсат, щоб загальна лужність розбавленого розчину в перерахунку на соду була в межах 420-450 м/л. В таких умовах відбувається кристалізація сульфату калію з відносно невеликим вмістом домішок соди, поташу і глазерита 3 K₂SO₄.Na₂SO₄.
Після виділення сульфату калію матковий розчин упарюють і виділяють із нього соду-2. Температура кипіння розчину в продукционном корпусі 108-115° C, тиск близько до атмосферного, щільність рідкої фази суспензії 1,45-1,5 г/см3. В цих умовах відбувається кристалізація безводної соди. Високий вміст калію в розчині знижує температуру переходу безводної соди моногидратную до 70-80° C, тому цементуючого осаду не утворюється. Порівняно з содою-1 сода-2 значно більше забруднена домішками поташу і сульфату калію.
В маточному розчині безводної соди ще залишається 10-12 % Na₂CO₃, і при упарюванні цього розчину в тверду фазу виділяється не поташ, а подвійна сіль (Na,К)₂З₃. Кристалізацією подвійної солі досягається очищення розчину від соди. Для цього матковий розчин безводної соди змішують з маточним розчином поташу і отриманий розчин упарюють до досягнення густини рідкої фази 1,64-1,66. Подвійну сіль повертають на першу стадію виділення соди. Матковий розчин подвійної солі розбавляють конденсатом до загальної лужності 520-550 г/см3 в перерахунку на соду і охолоджують до 10-30° C. При охолодженні з розчину виділяється у тверду фазу хлорид калію КСl, що необхідно для одержання поташу високої якості. Чим нижче температура кристалізації, тим повніше виділяється хлорид калію з розчину.
Очищений від хлору розчин упарюють при атмосферному тиску до густини рідкої фази 1,64-1,7 г/см3, після чого охолоджують до 55-75° C. При охолодженні, з розчину кристалізується полутораводный поташ ДО₂З₃-1,5 H₂O. Залишився після кристалізації поташу матковий розчин повертають на выпарку з виділенням подвійної солі. Частина поташного маточника, але міру накопичення в ньому каустичної лугу і сполук алюмінію направляють в глиноземне виробництво.
На практиці застосовується також схема переробки содопоташных розчинів без виділення сульфату калію і хлористого калію. В цьому випадку міститься у вихідному розчині сульфат калію переходить в основному в соду, а тіосульфати і хлориди у поташ, забруднюючи ці продукти.
Концентрує випарка здійснюється в багатокорпусних прямоточних батареях, що складаються з выпарных апаратів плівкового випаровування. Розчини з виділенням соди упарюють в 3-4 - корпусних выпарных батареях, що працюють з прямоточною або змішаною схемою. Так як упарювання супроводжується значним виділенням твердої фази, то застосовують випарні апарати з примусовою циркуляцією, створюваної циркуляційним насосом. Упарювання розчинів з виділенням подвійної солі здійснюється ніж двокорпусних противоточных батареях. Висока концентрація солей у розчинах і відповідно висока їх депресія (30-35° C) не дозволяє застосовувати на цій стадії випарні батареї з більшою кратністю використання пари. При виділенні поташу розчин упарюють у однокорпусных установках випарювання.
Для кристалізації сульфату калію, хлористого калію і поташу застосовуються двокорпусні вакуум-кристаллизационные установки, в яких охолодження розчину досягається за рахунок вакуумного випаровування частини води. Кожен корпус вакуум-кристалізаційної установки складається з вакуум-випарника і кристаллорастителя. У вакуум-випарнику відбувається самоиспарение розчину і його охолодження. Охолоджений розчин стікає в кристаллораститель, де здійснюється зародження і ріст кристалів. Температура що надходить у вакуум-випарник розчину перевищує температуру його після самоиспарения лише на 2-5° C, тобто це означає, що ступінь пересичення розчину дуже невелика.
Це досягається змішуванням в певному співвідношенні вихідного розчину з вже охолодженим розчином з кристаллорастителя. Змішаний розчин циркуляційним насосом полается у вакуум-випарник. Завдяки малому пересыщению розчину кристаллизующейся сіллю виходять досить великі кристали. Відділення кристалів солей від рідкої фази здійснюється на центрифугах або безпосередньо, або за попередніми згущенням солей в сгустителях.
Для сушіння солей застосовують барабанні і аэрофонтанные сушарки. Аэрофонтанная сушарка являє собою вертикальну трубу з кількома пережимами по висоті. Завдяки пережимам відбувається інтенсивне перемішування матеріалу з гарячими газами і збільшується час перебування його в сушарці. Гарячі топкові гази надходять в сушарку знизу і підхоплюють вологий матеріал, який подається в сушарку живильником. Температуру теплоносія (топкових газів) па вході в сушарку підтримують при сушінні (кальцинації) соди 700-800° C, при кальцинації поташу -близько 700° C. Висушений матеріал відокремлюється від газів у циклонах. Після очищення і пінних газоочистителях гази викидаються в атмосферу. Кальцинована сода з нефелінового сировини повинна задовольняти вимогам ГОСТ 10689-75. Основні області застосування цієї соди: виробництво глинозему і нікелю, скляна і целюлозно-паперова промисловості.
Виділяються з содопоташных розчинів сульфат калію і хлористий калій використовують у сільському господарстві як калійних добрив.

Застосування кальцинованої соди.

На діаграмі представлені галузі застосування кальцинованої соди і содових продуктів.

Основні напрямки використання:
- харчова промисловість (використовується, як регулятор кислотності);
- шкіряна промисловість;
- виробництво скла;
- целюлозно-паперова промисловість;
- виробництво мила;
- хімічна промисловість (виробництво синтетичних миючих засобів та лакофарбових матеріалів);
- чорна металургія (виробництво чавуну).
Застосування кальцинованої соди в різних секторах промисловості надзвичайно різноманітна. В найбільших кількостях вона застосовується в скляної промисловості. Крім того, карбонат натрію широко використовується в кольорової металургії, хімічної і нафтохімічної, нафтопереробної промисловості, електронної, миловарній, жировий, харчової, текстильної, целюлозно-паперової галузі вітчизняної економіки, а також у виробництві товарів побутового призначення та поставки на експорт. Кальцинована сода є одним з найважливіших продуктів хімічної промисловості. В найбільших кількостях продукт застосовується в якості компонента шихти при виробництві скла, при випуску мила та інших миючих засобів, емалей, для отримання ультрамарину, а також у процесах виробництва каустичної соди та інших натрієвих солей (наприклад, Na₂B₄O₇). Карбонат натрію - вихідний продукт для отримання NaOH, Na₂B₄O₇, Na₂HPO₄.
Карбонат натрію знаходить широке застосування при знежирюванні та рафінуванні металів, десульфуризації доменного чавуну і обробці бокситів у виробництві алюмінію, химводоочистке, виробництві пластмас і синтетичних смол, при обробці золотоносних і уранових руд, для виробництва миючих засобів у побуті. Використовується з'єднання і при варінні целюлози, дублении шкіри і пом'якшенні води парових котлів і взагалі усунення жорсткості води, а також для нейтралізації кислих компонентів у промислових стоках і при очищенні нафтопродуктів, для отримання пігментів, напр. Fe₂O₃ з FeCl₃. Зручний у використанні, карбонат натрію застосовується при обробці і знежирюванні харчового обладнання.
У харчовій промисловості використовується в якості емульгатора (харчова добавка E500), регулятора кислотності, розпушувач, що перешкоджає злежуванню і злежування.
В залежності від призначення технічна кальцинована сода повинна виготовлятися марок А і Б. Продукт марки А використовується для виробництва електровакуумного скла та інших цілей, марки Б - в хімічній, скляній та інших галузях промисловості.
Сода кальцинована марки А і Б використовується у виробництві скла усіх видів, у тому числі: кришталю, оптичного та медичного скла, склоблоків, піноскла, силікату натрію розчинного, керамічних плиток, компонента фритт для глазурей; чорної та кольорової металургії: для виробництва свинцю, цинку, вольфраму, стронцію, хрому, для десульфуризації та дефосфации чавуну, очищення відхідних газів, для нейтралізації середовищ.
Для виробництва електровакуумного скла використовується сода кальцинована марки А вищого гатунку зі строго нормованим гранулометричним складом.
Сода кальцинована марки Б застосовується в хімічній промисловості для виробництва синтетичних миючих засобів і жирних кислот, при очищенні розсолів, у виробництві фосфорних, хромових, барієвих, натрієвих солей як карбонатсодержащее сировину, у виробництві глицеринов, аллилового спирту; целюлозно-паперовій, аніліно-фарбової і лакофарбової та нафтовій промисловостях.
Сода кальцинована використовується також як миючий засіб, добре видаляє жир, до всіх плюсів соди кальцинованої додається здатність пом'якшувати воду. Вона так само застосовується для пом'якшення води при пранні і кип'ятінні тканин, миття фарфорового, фаянсового, емальованого посуду і інших господарсько-побутових цілей. Входить у рецептуру пральних порошків. Широко рекламоване засіб "Калгон" -від накипу в пральних машинах - складається з триполийфосфата натрію і соди кальцинованої.

Дані споживання кальцинованої соди.

На діаграмі представлена структура споживання кальцинованої соди в Україні.

Застосування кальцинованої соди в різних секторах російської промисловості надзвичайно різноманітна. Аналіз структури споживання продукції дозволяє укласти, що в найбільших кількостях вона застосовується в скляній промисловості, на частку якої припадає 38% сумарного обсягу російського споживання даної продукції. Крім того, карбонат натрію широко використовується в кольорової металургії, хімічної і нафтохімічної промисловості, а також у целюлозно-паперовій галузі вітчизняної економіки. Близько половини кальцинованої соди йде на виготовлення скла, близько чверті - хімікатів, 13% - мила та миючих засобів, 11% вживається на такі цілі, як виготовлення целюлози та паперу, рафінування металів і нафти, дублення шкіри та очищення води, а решта надходить у продаж.