Туркменский эксперт назвал лучший, по его мнению, способ получения кальцинированный соды
Кальцинированная сода относится к важнейшей продукции мировой химической индустрии. Согласно прогнозам аналитиков, в течение последующих пяти лет темпы роста спроса на кальцинированную соду значительно вырастут и потребность в ней для мировой экономики будет только увеличиваться.
Её крупнейшими потребителями являются химическая, металлургическая и другие отрасли промышленности. В химической промышленности этот продукт добавляется для получения каустической соды химическими методами, гидрокарбоната натрия, моющих средств (мыло хозяйственное, мыло туалетное), соединений хрома, сульфитов и фторидов, фосфатов, нитрита натрия, натриевой селитры, для очистки рассола и др., а также расходуется для производства листовых, прокатных, светотехнических стёкол, силикатной глыбы, бутылок, хрусталя, сортовой посуды и др.
Большое количество кальцинированной соды используется в цветной металлургии, в основном при производстве глинозёма из бокситов методом спекания криолита, при переработке свинцово-цинковых, кобальт-никелевых, а также вольфрамомолибденовых руд. При получении алюминия, никеля, вольфрама и других цветных металлов карбонат натрия (научное название кальцинированной соды) «служит» не только в металлургическом процессе, но и при флотации руд цветных металлов (один из методов обогащения полезных ископаемых).
Целлюлозно-бумажная промышленность использует значительное количество кальцинированной соды при проклейке бумаги, картона, в производстве пергамента, дрожжей, дубителей и главным образом при сульфитной варке целлюлозы. Своё «неоспоримое влияние» она имеет в нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности при производстве синтетических жирных кислот, синтетических моющих средств, а также при переработке нефти и в других процессах. Применение кальцинированной соды наряду с другими компонентами при проходке нефтяных скважин позволяет укрепить их стенки и предотвратить обвалы скважин и тем самым избежать потерь бурового инструмента, а также повысить скорость бурения.
В чёрной металлургии это неорганическое соединение используется для удаления серы и фосфора из чугуна и извлечения ряда химических продуктов из смол, образующихся в коксохимическом производстве. Очистка чугуна позволяет интенсифицировать доменный процесс путём сокращения расхода сырого известняка и введения плавки чугуна на кислых шлаках. Последнее способствует повышению производительности доменных печей на 2–3 процента, улучшению качества и снижению себестоимости чугуна. В машиностроении этот компонент необходим для пассивирования (технологический процесс защиты металлов от коррозии) и обезвреживания деталей машин и инструмента.
Большое значение имеет использование кальцинированной соды для совершенствования технологии литейного производства в машиностроении. В медицине этот химический «фигурант» нужен в производстве медикаментов, в электронной индустрии используется для изготовления электровакуумного стекла, а в текстильном производстве предназначен для мытья, беления и крашения ткани, мерсеризации хлопка, получения искусственного шёлка, нитроцеллюлозы и пр.
Но и это ещё не всё. В кожевенной и обувной промышленности, при выработке мехов этот химический элемент применяется для щелочной обработки материалов. «Работа» карбоната натрия для отчистки воды, питающей паровые котлы, способствует удлинению срока службы котлов и значительной экономии топлива. Одним из источников экономии пищевых жиров, расходуемых в производстве хозяйственного, туалетного и жидкого мыла, является выпуск стиральных порошков и синтетических моющих средств, где пищевые жиры совершенно не требуются.
Природная сода была известна в глубокой древности и использовалась для получения мыла и стекла. В широком масштабе она начала применяться в производстве в Египте в 1370 году до нашей эры. Первые сведения о получении соды путём упаривания воды содовых озёр относятся к 64 году н.э. и приведены в сочинении римского врача Диоскорида Педания о лекарственных веществах. И ему, и алхимикам всех стран вплоть до XVIII века сода представлялась неким веществом, которое шипело с выделением какого-то газа при действии на него известных к тому времени кислот – уксусной и серной.
И конечно же, сода того времени не отличалась чистотой. До начала ХIХ века главным источником для добывания соды служила зола некоторых морских водорослей и прибрежных растений, а также природная сода, которую добывали из содовых озёр нижнего Египта, из содосодержащих пород Венгерской низменности между Дунаем и Тисой. В те времена название «сода» происходило от растения «солянка содоносная», из золы которого она добывалась. При этом нельзя сказать, что данный метод подходил для промышленного производства. Растущее производство стекла, мыла, текстиля требовало всё большего количества соды. Искусственную соду научились получать после долгих и мучительных поисков только в ХVIII веке.
Сегодня существует несколько способов получения кальцинированной соды. Пожалуй, нет смысла подробно описывать все стадии производства каждого из них, но вот истории их открытий занимательны. Проблема получения искусственной кальцинированной соды (карбоната натрия) впервые была решена французским фармацевтом Н.Лебланом, предложившим получать кальцинированную соду прокаливанием смеси сульфата натрия, измельчённого мела или известняка и угля. Из полученного продукта кальцинированную соду выщелачивали водой, раствор упаривали, выделяя карбонат натрия в твёрдом виде.
Способ Леблана сыграл большую роль в развитии химической промышленности и разработке сырьевых баз. В то же время существенные недостатки этого способа и в первую очередь обильные отходы, выявившиеся, как только производство достигло значительных масштабов, привели к созданию более рациональных способов производства кальцинированной соды (карбоната натрия). В 1838 году англичане Гаррисон и Хемминг зарегистрировали патент на производство кальцинированной соды по аммиачному методу. Несмотря на кажущуюся в лабораторных условиях простоту этого метода осуществление его в промышленном масштабе было сопряжено с огромными проблемами.
В 1861 году к практическому осуществлению аммиачно-содового процесса приступил бельгийский инженер Э.Сольве. К 1872 г. ему удалось создать удачное аппаратурное оформление аммиачно-содового способа, что позволило обеспечить непрерывность производственного процесса. При этом в первой четверти XX столетия производство кальцинированной соды явилось центром, вокруг которого возникли, развивались и от которого отделялись другие химические производства минеральных продуктов. В те же годы предпринимались многочисленные попытки повышения удельной производительности аппаратуры, разработанной Э.Сольве, модернизации технологии и сокращения отходов.
Однако до 70-х годов XX столетия эти попытки практически не давали положительных результатов. Традиционное аппаратурное оформление стало сдерживать развитие содовой промышленности, а всё увеличивающиеся размеры «белых морей» (накопителей шлама-отходов) оказывали отрицательное влияние на развитие аммиачного способа производства кальцинированной соды (карбоната натрия). После Сольве наибольший успех в производстве кальцинированной соды путём аммиачного процесса выпал на Морица Гонигмана, который удачно разрешил задачу насыщении аммиачного рассола не в колоннах, а в последовательно соединённых цилиндрических резервуарах.
В настоящее время в мире производство кальцинированной соды базируется на таких способах её получения, как аммиачный (из хлорида натрия), из природной соды, из нефелинов, карбонизация гидроксида натрия. Чаще всего используют аммиачный метод, исходным сырьём для которого служат хлорнатриевая соль, известняк или мел, а аммиак используется в качестве вспомогательного вещества.
Аммиачный способ получения кальцинированной соды продолжает оставаться основным и обладает рядом крупных достоинств: недорогое и легко добываемое сырьё, невысокая температура (до 100оС) и атмосферное давление, необходимое для производства. А также хорошая изученность и устойчивость технологического процесса, высокое качество получаемого продукта и сравнительно низкая себестоимость кальцинированной соды. Однако у аммиачного способа производства соды есть существенные недостатки: низкая степень использования исходного сырья, большое количество жидких и твёрдых отходов и значительный расход энергетических ресурсов.
Технология получения соды из природных месторождений является относительно молодым способом. Дату его возникновения относят к 1940 году, и он стал основным конкурентом аммиачному способу производства соды. Это связано с его высокой экономической эффективностью, наименьшими материальными и энергетическими затратами, пониженным содержанием хлоридов и повышенной насыпной плотностью и справедливо относится к «зелёной химии». В настоящее время около 30 процентов производимой в мире соды получают из природных месторождений троны – минерала класса карбонатов, сырья для получения соды, встречающегося в природе в виде пластовых залежей или озёр на поверхности.
Но, как мне кажется, получение кальцинированной соды электролизным способом является самым конструктивным в экономическом и экологическом аспектах производства. Суть способа состоит в следующем: водяной пар и диоксид углерода запускаются в катодное отделение установки с камерой диафрагменного типа для электролиза растворов солей поваренной соли, где, взаимодействуя с едким натром, они превращают его в бикарбонат или карбонат натрия.
Этот процесс был предложен в начале развития электрохимического метода производства хлора и каустической соды, частично применялся в промышленности, но не нашёл широкого применения, так как замена каустической соды более дешёвым продуктом, в то время – кальцинированной содой – экономически не оправдывалась и считалась нецелесообразной. Однако разные исследования учёных мирового сообщества опровергли эти данные. При производстве хлора на экспериментальной установке электролитические щёлока могут быть направлены для карбонизации на производство кальцинированной соды. И в этом случае взамен каустической соды получают более дешёвую кальцинированную.
А сырьевых ресурсов в нашей стране более чем достаточно. Занимая одно из ведущих мест в мире по наличию минерального сырья для химической промышленности, Туркменское государство одной из своих стратегических задач видит полномасштабное и, главное, комплексное освоение уникальных природных ресурсов. А это в свою очередь выдвигает ряд требований к нынешнему развитию химической индустрии страны – одной из самых перспективных отраслей национальной экономики.
Аллаберды ИЛЬЯСОВ,
доктор технических наук