3. Получение кальцинированной соды по способу Леблана.

Существует два промышленных способа синтеза кальцинированной соды:

– способ Леблана;

– способ Сольве.

Способ Леблана.

Этот способ впервые осуществлён в промышленности в 1791 году. Леблан – французский врач и химик.

Сырьём для получения соды являются хлорид натрия, известняк и уголь.

Суть способа заключается в сплавлении перечисленных компонентов.

В производстве соды этим способом можно выделить следующие стадии:

1. Получение сульфата натрия:

2NaCl + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + 2HCl.

2. Cплавление сульфата натрия и известняка с улём во вращающихся печах при температуре 950 – 1000ºС:

Na₂SO₄ + СаСО₃ + 2С = Na₂CO₃ + CaS + 2CO₂.

Это основная реакция способа Леблана, приводящая к получению карбоната натрия.

3. Выщелачивание полученного плава (Na₂CO₃, CaS) водой. При выщелачивании сода Na₂CO₃ переходит в раствор, а в осадке остаются CaS и непрореагировавшие СаСО₃ и другие примеси.

4. Обработка полученного содового раствора диоксидом углерода. Так как при выщелачивании имеет место гидролиз карбоната натрия:

Na₂CO₃ + Н₂О ↔ NaНCO₃ + NaОН,

то при обработке диоксидом углерода образуется гидрокарбонат натрия:

NaОН + СО₂ = NaНCO₃.

Диоксид углерода получают по реакции:

СаСО₃ = СаО + СО₂.

5. Прокаливание гидрокарбоната, которое приводит к образованию карбоната натрия:

2NaНCO₃ = Na₂CO₃ +СО₂ + Н₂О.

Эта операция называется кальцинирование.

6. Измельчение полученной соды.

7. Обработка диоксидом углерода твёрдых остатков после выщелачивания содового плава. Протекает следующая реакция:

СаS + CO₂ +H₂O =CaCO₃ + H₂S.

8. Окисление выделяющегося сероводорода при избытке воздуха в присутствии раскалённого оксида железа до элементарной серы:

H₂S + O₂ = 2S + 2H₂O.

9. Использование выделяющегося сероводорода для получения серной кислоты. Образовавшуюся серу можно далее перерабатывать в серную кислоту по схеме:

S → SO₂ → SO₃ → H₂SO₄,

Полученная серная кислота вновь идёт на получение сульфата натрия по уравнению:

2 NaCl + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + 2HCl.

4. Аммиачный способ получения кальцинированной соды. (Способ Сольве, 1863)

4.1. Химические реакции их анализ.

Представим химические реакции, протекающие при получении соды этим способом.

Сначала запишем две основные реакции, приводящие к образованию соды Na₂CO₃ (4.1 и 4.2).

Карбонизация аммонизированного раствора:

NaCl + NH₃ + CO₂ + H₂O = NaHCO₃↓ + NH₄Cl (4.1)

(возможна также реакция 2NH₃ + CO₂ + H₂O = (NH₄)₂CO₃).

Прокаливание гидрокарбоната:

2NaHCO₃ = Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O (4.2)

Реакция (4.1) – обратима. При невысоких температурах (около 30ºС) протекает вправо; при температуре около 70ºС и выше реакция идёт в обратном направлении.

Реакция (4.2) – также обратима. При высоких температурах идёт в правую сторону; на холоду – в левую.

Отметим другие химические реакции, которые используются для получения соды.

Получение диоксида углерода обжигом известняка (мела):

CaCO₃ = CaO + CO₂ (4.3).

(Диоксид углерода, получаемый по реакции (4.2) также используется в производстве).

Известь СаО, образующаяся по реакции (4.3), обрабатывается избытком воды и получается известковое молоко:

СаО + Н₂О = Са(ОН)₂ (4.4).

Гидроксд кальция далее используется для регенерации аммиака из раствора хлорида аммония:

2NH₄Cl + Ca(OH)₂ = 2NH₄OH + CaCl₂ (4.5).

NH₄OH = NH₃ + H₂O.

Регенерированный аммиак возвращается в процесс. А хлорид кальция является отходом производства.

Поскольку разложение гидроксида аммония протекает при повышенной температуре (процесс проводят нагреванием острым паром), то возможны одновременно следующие реакции:

NH₄HCO₃ = NH₃ + CO₂ + H₂O (4.5a)

(NH₄)₂CO₃ = 2NH₃ + CO₂ + H₂O (4.5б)

Таким образом, исходным сырьём служат естественные или искусственные концентрированные растворы поваренной соли NaCl (или рассолы) и известняк или мел CaCO₃.

Аммиак находится в круговороте и практически не тратится. Неизбежные потери аммиака компенсируются вводом соответствующих количеств 18 – 20 %-й аммиачной воды.

Диоксид углерода, необходимый для реакции синтеза,

получают обжигом известняка или мела.