کربنات سدیم (Na₂CO₃)

حتما تاکنون نام کربنات سدیم به گوشتان خورده است. این ماده پرکاربرد که با نام تجاری «سودا اَش» (Soda Ash) یا «سودای شست و شو» نیز شناخته می شود، دارای فرمول شیمیایی Na₂CO₃ است. در این مقاله سعی داریم با مشخصات، خواص و راهنمای خرید و استفاده از این ماده شیمیایی پرکاربرد در صنایع شیشه سازی و تصفیه آشنا شویم.

کربنات سدیم چیست؟

کربنات سدیم یکی از نمک های مهم سدیم است که دارای یک جزء آنیونی (CO₃^-2) و دو بنیان کاتیونی (⁺Na) است. این ماده که از آن با نام سودای شست و شو نیز یاد می‌شود، در واقع نمک سدیم اسید کربنیک است که در شرایط محیطی عادی، به صورت جامد سفید رنگ به فروش می رسد.

این مادۀ شیمیایی پودری و بی بو، عمدتا به دو شکل سدیم کربنات سبک و سنگین در بازار وجود دارد . تفاوت این دو فقط در چگالی، اندازۀ ذرات و کاربرد آن هاست و از نظر ترکیب شیمیایی هیچ تفاوتی با یکدیگر ندارند. تنها تفاوت ظاهری این دو نوع در این است که سدیم کربنات سنگین، درشت تر از نوع سبک آن است.

فرایندهای تولید Na₂CO₃

امروزه این ماده در مقیاس صنعتی به دو روش تولید می گردد که به شرح این دو روش می پردازیم.

تولید کربنات سدیم از روش سالوِی (Solvay)

این روش در سال ۱۸۶۱ توسط “ارنست سالوی” ابداع شد. در این روش از نمک معمولی (سدیم کلرید) و سنگ آهک (کلسیم کربنات) به عنوان مواد اولیه و از آمونیاک به عنوان کاتالیزور استفاده می شود. این روش تولید ۳ مرحلۀ اصلی دارد:

• حل شدن حباب های آمونیاک در محلول اشباع نمک؛ و تولید جوش شیرین (سدیم بی کربنات) در نتیجۀ دمش گاز کربن دی اکسید
• تولید Na₂CO₃ از جوش شیرین به روش حرارتی (کلسیناسیون) در ۲۰۰ درجۀ سانتیگراد
• واکنش آمونیوم کلرید (نشادر) حاصل در مرحلۀ اول با اکسید کلسیم حاصل از فرآیند تجزیه حرارتی سنگ آهک (در واقع این مرحله بازیافت آمونیاک و بازگشت آن به مرحلۀ اول است.)

تولید کربنات سدیم از پسماند صنایع کاغذ سازی

این روش نسبت به روش قبل ارزان تر است. همچنین اغلب مربوط به کشورهایی است که صنایع کاغذسازی پر رونق‌تری داشته باشند. تولید Na₂CO₃ از پسماند صنایع کاغذ سازی نیز ۴ مرحله دارد که عبارتند از:

• گداخت قلیای خمیر کاغذ و به دست آمدن ماده ای شامل کربنات های سدیم، سدیم سولفید (Na₂S) و سولفات سدیم
• تزریق مادۀ فوق به یک مخزن محلول سازی و اعمال درجه حرارت ۷۸۰ تا ۸۷۰ درجۀ سلسیوس
• خنک کردن محلول حاصل در سطوح فلزی و تبدیل شدن به ذرات جامد ریز
• پمپ ذرات فوق به برج استخراج کنندۀ جامد-مایع و جمع شدن کربنات سدیم در پایین برج

خواص شیمیایی و فیزیکی سدیم کربنات

سدیم کربنات سنگین

کربنات سدیم سنگین چگالی توده ای حدود ۱۰۰۰ کیلوگرم بر مترمکعب دارد و توزیع اندازۀ ذرات آن در حدود ۳۰۰ تا ۵۰۰ میکرون است. این نوع اغلب برای کارخانه های تولید شیشه به کار می رود؛ چراکه ذرات درشت تر آن که شبیه گرانول هستند، باعث دفع گرد و خاک شده و احتمال پخش و جدایش ذرات حین حمل و نقل را کاهش می دهد.

سدیم کربنات سبک

چگالی کربنات سدیم سبک ۵۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب است و معمولا با اندازه ذراتی در حدود ۱۰۰ میکرون عرضه می گردد. از این گرید برای تولید مواد شیمیایی و شوینده ها استفاده می شود.

کاربردهای Na₂CO₃

همان طور که پیش تر ذکر شد، Na₂CO₃ از مواد شیمیایی بسیار مهم صنعتی است که کاربردهای آن به یک حوزۀ خاص محدود نمی شود. در ادامه هر یک از این حوزه ها را بررسی خواهیم کرد.

تولید شیشه

به جرئت می توان گفت اصلی ترین کاربرد کربنات سدیم در تولید شیشه است. اکثر تولید کنندگان با مخلوط کردن ماسۀ خام با ۱۸ درصد Na₂CO₃ در هزینه های سوخت صرفه جویی می کنند. چرا که این نمک کربنات، نقطۀ ذوب مواد اولیه را کاهش می دهد.

اگرچه سدیم اضافه شده سبب می شود شیشه به آهستگی در آب حل شود. معمولا در این حالت با افزودن حدودا ۱۰ درصد سنگ آهک (CaCO₃) با وجود کلسیم شیشه را مقاوم تر می کنند. حرارت دیدن این ترکیبات در کنار هم موجب به وجود آوردن کلسیم سیلیکات (CaSiO₃) و سدیم سیلیکات (NaSiO₃) می شود.

در اثر سرد نمودن این مواد، شیشه های سودا-آهک سیلیس تولید می گردد. مخلوط حاصل را در دمای بالا حرارت می دهند و آن را با ماسه و کلسیم کربنات ترکیب می کنند. سپس به سرعت آن را سرد می نمایند. محصول نهایی که از این فرایند به دست می آید، شیشه است.

صنایع غذایی

در صنعت تولید مواد غذایی، از Na₂CO₃ به عنوان ماده افزودنی (E500) برای تنظیم میزان ترشی و پایدار کنندگی مادۀ غذایی استفاده می شود. جالب است بدانید سدیم کربنات، ماده اصلی تولید «چوب شور» است و در بستنی چوبی عامل خنک کنندگی است.

تصفیۀ آب

در مخازن شهری برای خنثی کردن اثر کلر و اسیدیتۀ آب از Na₂CO₃ استفاده می شود. همچنین می توان برای خنثی سازی اسید موجود در استخرهای شنا نیز از آن استفاده کرد. در آزمایشگاه های شیمی عمومی، این ماده به علت پایداری و سهولت در اندازه گیری دقیق به عنوان عامل اصلی تیتراسیون اسید و باز شناخته می شود.

شست و شو

از مصارف خانگی سدیم کربنات می توان به نرم کنندگی آب در شست و شوی لباس ها اشاره کرد. زیرا این ماده با یون های منیزیم و کلسیم موجود در آب مقابله می کند و مانع از تشکیل پیوند می شود.

رسوب گیر

سدیم کربنات عامل ضد رسوب در مخازن آب جوش و ماشین های بخار است. همچنین برای اثر خمیرکنندگی در کارگاه های آجرپزی از آن استفاده می شود تا حجم آب مورد نیاز برای قالب گیری کاهش پیدا کند.

دیگر کاربردهای عمومی Na₂CO₃ عبارتند از:

• در تصفیه روغن های گیاهی به عنوان عامل جداکننده اسیدهای چرب آزاد عمل می کند.
• در صنعت نساجی از کربنات سدیم به عنوان عامل ضد اسید در فرآوری ابریشم استفاده می شود.
• در فرآیند حذف گوشت از استخوان ها کاربرد دارد.
• در تولید خمیر دندان، کربنات سدیم عامل افزایش دهندۀ pH دهان و عامل کف ساز است.
• سدیم کربنات یک الکترولیت قوی است که باعث افزایش سرعت تجزیۀ آب می گردد.
• کربنات سدیم به عنوان عامل استحکام دهنده پیوند میان رنگ و الیاف به کار می رود.
• در تولید کاغذ از کربنات سدیم برای تنظیم اسیدیته و رنگ زدایی کاغذ باطله استفاده می شود.

راهنمای خرید و نکات ایمنی

واردکنندگان و فروشندگان Na₂CO₃ در کشور ایران زیاد هستند. بنابراین بهتر است برحسب تجربه، تحقیق و جست و جوی نظر دیگران و با توجه به کاربرد مورد نظر، از میان محصولات مختلف انتخاب خود را انجام دهید.

معمولا سدیم کربنات پس از خرید باید در کیسه ‌های پلی اتیلنی و در محل‌ های خشک دارای تهویه انبار شود. حتما از آسیب رساندن به کیسه‌های محتوی محصول خودداری و از تماس این ماده با آب و رطوبت اجتناب نمایید. محل نگه داری این ماده نیز باید به دور از مخازن اسید باشد.

به طور کلی بهتر است در هنگام استفاده از Na₂CO₃ ، برای جلوگیری از خطرات احتمالی از ماسک، دستکش و لباس ایمنی مناسب استفاده کنید. اطلاعات ایمنی این ماده شیمیایی در جدول زیر آورده شده است.

منابع

Lazonby, J. (n.d.). Sodium carbonate. Retrieved October 29, 2018, from http://www.essentialchemicalindustry.org

شرکت ملی صنایع پتروشیمی و شرکت بازرگانی پتروشیمی ایران