سدیم کربنات

سدیم کربنات، Na2CO3 که با نام های سودا اش (soda ash)، کریستال سودا (soda crystals) و سودای شستشو (washing soda) نیز شناخته می شود، یکی از مهمترین مواد شیمیایی صنعتی بوده که به طور وسیعی در تولید دیگر محصولات قلیایی، نمک های سدیم و… به کار می رود.

مهمترین و اصلی ترین کاربرد سدیم کربنات در تولید شیمیایی شیشه است. چنانچه سودا اش را در دماهای بسیار بالا حرارت دهیم و آن را با ماسه و کلسیم کربنات ترکیب کنیم و سپس به سرعت آن را سرد کنیم، محصول ما شیشه خواهد بود. این ماده شیمیایی همچنین به عنوان بک باز نسبتاً قوی در بسیاری از موارد به کار می‌رود.

 کربنات سدیم چیست؟

کربنات سدیم یا سودا اش با فرمول شیمیایی Na2Co3 ماده ای جامد است، به رنگ سفید بصورت پودر و بدون بو. سودا اش در صنایع شیشه سازی، پودرهای شوینده، رنگ سازی و تصفیه مواد نفتی مورد استفاده قرار می گیرد.

کربنات سدیم در آبهای شور، دریاچه های نمک، لایه های زمین تجمع پیدا کرده و از واکنش کلرید سدیم و آمونیاک، کلرید سدیم و اسید سولفوریک نیز حاصل می شود.

سدیم کربنات در آب محلول می باشد ولی به طور طبیعی در بخش های خشک، مخصوصا در رسوب های معدنی شکل گرفته از تبخیر آب دریاچه ها پیدا می شود.

خواص فیزیکی و شیمیایی سودا اش

سدیم کربنات یک ترکیب یونی است که از کاتیون های سدیم (Na⁺) و آنیون های کربنات (CO₃²⁻) تشکیل شده است. این ماده در حالت خالص به صورت پودری سفید رنگ است و به دلیل حلالیت بالا در آب، در بسیاری از کاربردها قابل استفاده است.

ظاهر آن بصورت جامد سفید رنگ دارای وزن مولکولی 105.99 گرم بر مول و دمای ذوب حدود 851 درجه سانتیگراد می باشد. میزان حلالیت آن در آب بسیار بالا و در آب خاصیت قلیایی دارد و pH آن حدود 11 است. در واکنش با اسیدها، دی اکسید کربن آزاد نموده و هنگام حرارت دیدن، تجزیه شده و سدیم اکسید و دی اکسید کربن تولید می کند.

کاربردهای سدیم کربنات

این ماده شیمیایی به عنوان تنظیم کننده PH جهت حفظ پایداری شرایط قلیایی لازم برای عملکرد اکثر عوامل تولید کننده از این ترکیب استفاده می گردد.

این ماده شیمیایی همچنین به عنوان یک افزودنی رایج و پرکاربرد در مخزن های شهری برای خنثی سازی اثر اسیدی کلر و افزایش PH مورد استفاده قرار می گیرد.

در آشپزی، گاهی اوقات به عنوان یک جایگزین برای سدیم هیدروکسید برای قلیایی کردن مخصوصا در چوب شور (نان نمکی) مورد استفاده قرار می گیرد.

سود اَش در شیمی به عنوان یک الکترولیت مورد استفاده قرار می گیرد و این از آن جهت است که الکتزولیت ها معمولاً دارای بازهای نمکی هستند و از همچنین سدیم کربنات به عنوان یک رسانای خوب در الکترولیز عمل می کند.

همچنین سودا اَش به عنوان استاندارد اصلی تیتراسیون اسید و مورد استفاده قرار می گیرد و این به دلیل پایداری جامد و گاز این ماده شیمیایی می باشد که باعث سهولت در اندازه گیری دقیق تر جرم می باشد.

سدیم کربنات در خانه ها به عنوان نرم کننده ی آب در شست‌وشوی لباس ها مورد استفاده قرار می گیرد.

این ماده شیمیایی در بخش شوینده های فروشگاه ها به نام علف شوره (اشنان) مشاهده می شود و به طور موثری لکه های روغن، گریس، و الکل را نابود کرده و از بین می برد.

این ماده شیمیایی همچنین به عنوان عامل ضد رسوبی از جمله رسوب هایی که در کتری ها و ماشین های بخار مشاهده می شود مورد استفاده قرار می گیرد.

در کارگاه های آجرپزی، سدیم کربنات به عنوان عامل خمیر کننده مورد استفاده قرار می گیرد تا حجم آب مورد نیاز جهت قالب گیری خاک رس کاهش داده شود.

همچنین از سودا اَش برای تهیه فوری ماکارونی استفاده می گردد. این ماده شیمیایی یک افزودنی غذایی است (E500) که به عنوان تنظیم کننده میزان ترشی و نیز به عنوان پایدار کننده مورد استفاده قرار می گیرد.

سدیم کربنات همچنین در تولید بستنی چوبی مورد استفاده قرار می گیرد. احساس خنکی و گازدار بودن از واکنش گرماگیر بین این ماده شیمیایی و یک اسید ضعیف حاصل می شود که معمولاً سیتریک اسید انتخاب می شود و در نتیجهٔ آن کربن دی اکسید تولید می گردد؛ یعنی زمانی که بستنی با بزاق دهان خیس می گردد این واکنش حاصل می شود.

این ماده شیمیایی همچنین برای از بین بردن کپک چوب یا سایر مواد مورد استفاده قرار می گیرد.

مزایای سدیم کربنات

سدیم کربنات یک ماده شیمیایی است که هزینه های تولید کم و در عین کاربری بسیار زیادی دارد. به دلیل فراوانی مواد اولیه و فرآیندهای تولید کم هزینه، مصرف این ماده شیمیایی بسیار مقرون به صرفه بوده و با داشتن pH قلیایی، در تنظیم اسیدیته و کاهش سختی آب کاربرد فراوانی دارد. این ویژگی آن را در تصفیه آب و برخی فرآیندهای شیمیایی ضروری می کند.

سدیم کربنات در بسیاری از کاربردهای صنعتی و حتی غذایی به دلیل غیرسمی بودن استفاده می شود و بدلیل استخراج از منابع طبیعی نظیر ترونا تأثیرات زیست محیطی کمتری نسبت به روش های شیمیایی دارد.

معایب سدیم کربنات

تولید سودا اش به روش سلوی منجر به تولید مواد زائد نظیر کلرید کلسیم می شود. دفع این مواد می تواند مشکلات زیست محیطی ایجاد کند. همچنین فرآیندهای تولید انرژی بر هستند که به انتشار گازهای گلخانه ای کمک می کند.

سدیم کربنات ممکن است در تماس با پوست یا چشم موجب تحریک یا سوختگی های سطحی شود، گرد و غبار آن می تواند باعث مشکلات تنفسی در افراد حساس شده و به دلیل خاصیت قلیایی، تماس مستقیم با آن می تواند در محیط های حساس مشکلات ایجاد کند.

استخراج منابع طبیعی مانند ترونا ممکن است منجر به تغییرات اکوسیستمی و آسیب به زیستگاه های طبیعی شود و دفع نادرستش می تواند باعث آلودگی منابع آبی شود.

تولید صنعتی سدیم کربنات، به ویژه در مقیاس های بزرگ، به انرژی زیادی نیاز دارد که هزینه ها را افزایش داده و به استفاده از سوخت های فسیلی وابسته است. با وجود منابع فراوان، افزایش تقاضا برای این ماده شمیایی ممکن است در دراز مدت منابع طبیعی را تحت فشار قرار دهد.

روش های تولید سودا اش

این ماده شیمیایی از دو روش اصلی تولید میشود: فرآیندهای شیمیایی (مانند فرآیند سلوی) و استخراج منابع طبیعی. در ادامه، هر یک از این روش ها با جزئیات شرح داده میشوند.

تولید سدیم کربنات با فرآیند سلوی

فرآیند سلوی که توسط شیمیدان بلژیکی، ارنست سلوی، در سال 1861 ابداع شد، پرکاربردترین روش تولید سدیم کربنات در صنعت است. این فرآیند بر اساس واکنش میان کلرید سدیم (نمک طعام)، آمونیاک و دی اکسید کربن در حضور آب طراحی شده است.

بدین منظور ابتدا، محلول اشباع کلرید سدیم (NaCl) با آمونیاک (NH₃) مخلوط و در ادامه دی اکسید کربن (CO₂) از طریق کوره های آهک تولید می شود و به محلول تزریق می گردد. در این مرحله، بی کربنات سدیم (NaHCO₃) به صورت رسوب تشکیل می شود.

رسوب بی کربنات سدیم در دمای بالا حرارت داده می شود تا به سودا اش تبدیل و دی اکسید کربن و آب آزاد شده در این مرحله، به فرآیند بازگشت داده می شوند.

آمونیوم کلرید (NH₄Cl) تولید شده با آهک (Ca(OH)₂) واکنش داده و آمونیاک بازتولید می شود. آمونیاک به چرخه باز گشته و مواد زائد نظیر کلرید کلسیم (CaCl₂) به صورت ضایعات باقی می مانند.

مزایای فرآیند سلوی اقتصادی و مقرون به صرفه بودن برای تولید در مقیاس بزرگ و همچنین کارایی بالا و بازیافت آمونیاک است و معایب آن تولید مواد زائد نظیر کلرید کلسیم و مصرف انرژی بالا و نیاز به تجهیزات پیچیده می باشد.

استخراج سدیم کربنات از منابع طبیعی

سدیم کربنات به طور طبیعی در برخی از دریاچه ای قلیایی و منابع معدنی یافت می شود. روش های استخراج و فرآوری آن شامل موارد زیر است:

استخراج سودا اش از ترونا

ترونا یک ماده معدنی طبیعی است که بزرگترین منابع آن در ایالت وایومینگ آمریکا قرار دارد. فرآیند استخراج و تولید سدیم کربنات در این روش به این صورت است که ترونا از معادن رو باز یا زیرزمینی استخراج، خرد و با آب داغ شسته می شود تا سدیم کربنات و بی کربنات به صورت محلول استخراج شوند. محلول به صورت شیمیایی فرآوری شده و سودا اش خالص به دست می آید. در ادامه آب اضافی تبخیر شده و سدیم کربنات به صورت کریستال جامد جدا می شود.

استخراج از دریاچه های قلیایی

در برخی مناطق، مانند دریاچه های قلیایی آفریقا، سدیم کربنات به صورت طبیعی در بستر دریاچه تجمع می یابد. در این روش محلول غلیظ این ماده شیمیایی جمع آوری، مواد ناخالص جدا شده و محصول خالص تولید می شود. مزایای این روش تولید سدیم کربنات، هزینه کمتر و فرآیندهای سازگارتر با محیط زیست و منابع طبیعی پایدار تر است و معایب آن محدودیت جغرافیایی منابع و تأثیرات زیست محیطی استخراج معدن است.

تولید از خاکستر گیاهان

در گذشته سدیم کربنات از خاکستر گیاهانی مانند جلبک ها یا گیاهان شورپسند تولید می شد. این گیاهان در مناطق خاصی رشد کرده و خاکستر آنها حاوی سودا اش و پتاسیم کربنات بود. امروزه این روش کمتر مورد استفاده قرار می گیرد و بیشتر به عنوان یک روش سنتی شناخته می شود.

قیمت سدیم کربنات

قیمت سدیم کربنات (سودا اش) تحت تأثیر عوامل مختلفی قرار دارد که از عرضه و تقاضای بازار تا هزینه های تولید و شرایط اقتصادی جهانی را شامل می شود. در ادامه مهمترین عوامل تأثیرگذار بر قیمت این ماده شیمیایی بررسی می شود:

تولید سدیم کربنات به مواد اولیه ای مانند کلرید سدیم (نمک طعام)، آهک (کلسیم کربنات)، و آمونیاک وابسته است. افزایش قیمت این مواد اولیه مستقیماً هزینه تولید را افزایش می دهد. در فرآیند سلوی قیمت نمک و آهک نقش کلیدی دارد و در استخراج از ترونا هزینه های مرتبط با استخراج معدنی و تجهیزات مورد نیاز مؤثر هستند.

تولید سودا اش به فرآیندهای انرژی بر مانند حرارت دهی و تبخیر نیاز دارد لذا قیمت انرژی نقش تعیین کننده ای در هزینه تولید داشته و افزایش قیمت انرژی جهانی باعث افزایش هزینه تولید و در نتیجه بالا رفتن قیمت نهایی سدیم کربنات می شود.

تعادل میان عرضه و تقاضا تأثیر مستقیمی بر قیمت این ماده دارد؛ صنایع بزرگ مانند شیشه سازی، شوینده ها و سیستمهای تصفیه آب از بزرگترین مصرف کنندگان سدیم کربنات هستند. رشد این صنایع می تواند تقاضای بیشتری ایجاد کند و قیمتها را افزایش دهد. همچنین مشکلاتی نظیر اختلال در تولید یا حمل و نقل (مثلاً به دلیل تحریم ها یا جنگ) می تواند منجر به کاهش عرضه و افزایش قیمت شود.

تولید سدیم کربنات، به ویژه از طریق فرآیند سلوی، با انتشار مواد زائد و گازهای گلخانه ای همراه است؛ اجرای قوانین سخت گیرانه تر زیست محیطی می تواند هزینه های تولید را افزایش دهد. در برخی کشورها، مالیات بر انتشار کربن می تواند قیمت نهایی محصولات انرژی بر مانند سدیم کربنات را بالا ببرد.

به دلیل سنگینی و حجم بالای سدیم کربنات، هزینه حمل و نقل آن عامل مهمی در قیمت گذاری است؛ افزایش قیمت سوخت های حمل و نقل یا مشکلات لجستیکی می تواند قیمت را تحت تأثیر قرار دهد. همچنین در بازارهای بین المللی، نوسانات نرخ ارز می تواند بر قیمت صادرات و واردات سدیم کربنات اثرگذار باشد.

کشورهایی که دارای منابع طبیعی غنی نظیر ترونا هستند (مانند آمریکا)، می توانند سودا اش را با هزینه کمتر تولید کنند. در مقابل، کشورهایی که به واردات وابسته اند، ممکن است قیمت بالاتری بپردازند. همچنین کاهش کیفیت منابع طبیعی استخراج شده می تواند هزینه های فرآوری را افزایش دهد.

افزایش رقابت در بازار می تواند قیمت ها را کاهش دهد. تولید کنندگان بزرگ مانند چین و آمریکا، با ارائه محصولات با هزینه کمتر، می توانند بر قیمت جهانی تأثیر بگذارند. همچنین استفاده از فناوری های جدید برای کاهش هزینه های تولید می تواند رقابت پذیری تولید کنندگان را افزایش دهد و قیمت ها را کنترل کند.

افزایش هزینه های عمومی تولید و حمل و نقل ناشی از تورم، می تواند قیمت سدیم کربنات را تحت تأثیر قرار دهد. همچنین محدودیت های تجاری و سیاسی می تواند باعث افزایش هزینه های تولید و توزیع شود.

تقاضا برای سدیم کربنات ممکن است در برخی صنایع فصلی باشد. برای مثال، در فصل های خاصی از سال که تولید شیشه یا شوینده ها افزایش می یابد، قیمت ها نیز ممکن است افزایش پیدا کنند.

استفاده از فناوری های پیشرفته برای بهبود فرآیند سلوی یا استخراج منابع معدنی می تواند هزینه تولید را کاهش داده و بر قیمت نهایی اثر گذار باشد.

سایر محصولات: مخزن اسید سیتریک