Natriumcarbonaat. - De natuurlijk voorkomende soda is technisch nog slechts van zeer ondergeschikt en locaal belang. Gewoonlijk bevat het natuurproduct slechts betrekkelijk weinig natriumcarbonaat naast veel sulfaten en silicaten. In Egypte verzamelt en verwerkt men nog steeds de Trona, in zuiveren toestand Na2CO3, NaHCO3, 2 H2O, in Hongarije de Szèksó, in Argentinië de Ccollpaen, in Armenië de Araxes-soda. Een gehalte van 15% Na2CO3 in deze producten is reeds hoog te achten.
De zeeplantenasch, Kelp in Ierland en Schotland, Varec in West-Frankrijk, Salicor in Zuid-Frankrijk, Barilla in Spanje geheeten, haalt gewoonlijk niet meer dan 5% Na2CO3. Niettemin zijn deze producten tot op het einde der 18e eeuw de uitsluitende bron voor soda geweest. In de laatste jaren is het probleem van de natuurlijke soda weer in een phase van verhoogde belangstelling gekomen door het ontdekken van zeer groote hoeveelheden in het Owens Lake in Californië (bevat per Liter 31 gr. Na2CO3, in totaal 20 a 50.000.000 ton soda) en in het Magadi-district in Britsch Oost-Afrika, waar haar taxatie 200.000.000 ton minerale soda van dezelfde samenstelling als de Trona tot op exploiteerbare diepte voorkomen, waarvan 40.000.000 ton aan de oppervlakte. De eerste vindplaats is reeds op groote schaal in exploitatie gebracht. Voor die van B.-O.-Afrika is een groote Engelsche Maatschappij gevormd. De zuivering zal waarschijnlijk niet ter plaatse doch in Engeland en in Engelsch Indië geschieden. — De ontwikkeling der glas- en zeepindustrie in het einde der 18e eeuw deed de behoefte ontstaan aan meer soda, hetgeen aan de Fransche Académie des Sciences aanleiding gaf, een prijsvraag uit te schrijven voor de vervaardiging op technische schaal van soda uit keukenzout. Bekroond werd het antwoord van Leblanc, welke bij de bewerking (was gesteund door Dizé (1791).
Hoewel het procédé later ontwijfelbaar goed uitvoerbaar is gebleken, heeft de Fransche industrie het niet tot uitvoering durven brengen en stierf Leblanc in 1806 door zelfmoord in de krankzinnigen-afdeeling van een armenhuis. Eerst na de afschaffing van de hooge zoutaccijns in Engeland, kwam het Leblanc-proces in dat land tot ontwikkeling (Muspratt, 1824), daarna eerst in Frankrijk en Duitschland. Het is overal de grondslag geweest van de anorganisch-chemische grootindustrie van andere producten (zwavelzuur, zoutzuur, zwavel, sulfaat, natriumhydroxyd en chloorkalk), welke dan ook in Engeland het eerste bloeide. Het is ook juist deze centrale plaats in de industrie geweest, welke aan het Leblanc-proces nog gedurende zoo langen tijd de concurrentie heeft mogelijk gemaakt tegenover het op zichzelf goedkoopere Solvay-proces (1866). De positie der Leblanc-fabrieken werd eerst geheel onhoudbaar, toen omstreeks 1895 de electrolyse van de alkalichloriden een goedkoopere methode leverde voor de bereiding van chloorkalk en bleekvloeistoffen. Op dit oogenblik (1921) is feitelijk alleen in de fabrieken van de United Alkali Cy in Engeland het Leblanc-proces nog als grootbedrijf in werking. In Duitschland zijn nog twee fabrieken in bedrijf (Stolberg „Rhenania", en Heinrichshall). Het is niet uitgesloten, dat de achteruitgang thans tot stilstand is gekomen, of zelfs weer eenige uitbreiding zal plaats vinden, in verband met het gebruik van zwavelnatrium in enkele moderne electro-metallurgische bedrijven (o.a. tin).
A. Het Leblanc-proces gaat uit van de goedkoopste natriumbron, n.l. keukenzout. Met behulp van zwavelzuur wordt dit overgevoerd in natriumsulfaat. Zie voor de details van deze omzetting onder NATRIUMSULFAAT. Als belangrijk bijproduct hierbij wordt het zoutzuur gewonnen (z. d.), en hieruit chloor en chloorkalk. De sulfaat wordt gegloeid met magere steenkool en kalksteen, waarbij de volgende reacties verloopen:
1) Na2SO4 + 2C ⇾ Na2S + 2 CO2 2) Na2S + CaCO3 ⇾ Na2CO3 + CaS Na2SO4 + 2C + CaCO3⇾Na2CO3 + 2 CO2 + CaS.
Deze operatie werd vroeger (vóór 1860) uitgevoerd in lange vlamovens, tegenwoordig meestal in z.g. revolverovens, d.w.z. draaiende stalen cylinders, welke het prototype zijn geworden van de revolverovens in vele andere industrieën. De nevenstaande figuur geeft het schema ervan weer. Een stalen horizontale cylinder, van binnen dik bekleed met vuurvasten steen roteert en rust op twee stel rollen, waarvan er een als aandrijvend tandwiel en krans is uitgevoerd. De vlamgassen, vroeger van een open vuur, tegenwoordig meer van generatorgas, treden links in en rechts uit en kunnen nog voor andere doeleinden verderop worden gebezigd. Het oplossen geschiedt met water van 50° C op temperatuur gehouden door stoominvoer, in een serie (4 a 6 bakken met zeefbodem, volgens beginsel van tegenstroom, hier ingevoerd door Shank). Terwijl de nog droge ruwe soda, bij een juist geleid smeltverloop, vrij was van vrij hydroxyd, is dit in het uitgeloogde product, de ruwe sodaoplossing, steeds in vrij groote hoeveelheden, tot 20%. aanwezig door de inwerking van het vrije CaO op het Na2CO3 volgens de vergelijking CaO + H2O + Na2CO3 ⇾ CaCO3 + 2 NaOH. Wordt de oplossing direct op natriumhydroxyd verder verwerkt, zooals dikwijls het geval is, dan werkt dit gehalte gunstig (zie NATRIUMHYDROXYD). Voor de bereiding van soda evenwel moet dit vrije hydroxyd in carbonaat worden omgezet.
Dit geschiedt door de vloeistof door ijzeren torens over een vulmassa te laten druppelen, terwijl van beneden af een koolzuurstroom opstijgt (verbrandingsgassen of bijzonderlijk bereid koolzuur uit een kalkoven). Tevens slaan daarbij eenige verontreinigende oxyden neer (speciaal Al2O3 en Fe2O3) en wordt een gering sulfide-gehalte omgezet in sulfaat (door een geringen luchttoevoer). De onoplosbare bestanddeelen van de oplossing worden dan afgescheiden door filterpersen, waarna zij gereed is om te worden ingedampt. Deze bewerking vindt gewoonlijk plaats in de z.g.n. Thelen-pannen. — Een levensvraagstuk voor het Leblanc-proces is steeds geweest de verwerking van de resten van de uitlooging in de Shank-bakken, waarvan ongeveer evenveel wordt geproduceerd als de geheele soda-opbrengst. Zij bestaan grootendeels uit calciumsulfide CaS. Het meest in gebruik daarvoor is het proces Chance-Claus (1885). Chance ontleed het CaS, met water tot een dunne brij aangemaakt, door middel van koolzuur (uit een kalkoveninstallatie) tot calc. carbonaat en zwavelwaterstof H2S. De eenigszins volledige omzetting wordt door een vernuftigen tegenstroom bewerkt tusschen koolzuurgas en afvalbrij.
Het verkregen H2S wordt volgens Claus verwerkt op zwavel, door het met de juist noodige hoeveelheid lucht gemengd te leiden over bruin ijzeroxyde, dat op de verbranding katalytisch versnellend werkt en, eenmaal op de juiste temperatuur gebracht, deze van zelf op peil houdt. De zwavel ontstaat gedeeltelijk gesmolten, gedeeltelijk als damp, wordt verzameld en òf als zoodanig verkocht òf op zwavelzuur verwerkt. Men schat de jaarlijksche productie van Leblanc-soda op omstreeks 150.000 ton. Bijna alle soda wordt tegenwoordig bereid volgens B. Het Solvay- of ammoniaksodaproces. De uitvinding hiervan is geenszins geschied door Solvay, doch moet in hoofdzaak worden toegeschreven aan Dyar en Hemming, welke reeds in 1838 een patent verkregen, beoogende soda te vervaardigen uit natriumchloride met ammoniumcarbonaat. Soortgelijk patent verkreeg in 1839 Delaunay. Het gebruik van ammoniakgas en koolzuurgas werd gepatenteerd resp. door Chisholm (1852) en Canning (1840). Hiermee waren alle essentieele onderdeelen theoretisch bekend.
De technische uitvoering leidde echter bij herhaling tot ernstige mislukking; zoo b.v. die van Muspratt 1840-42, daarna die van Kunheim in Duitschland, Gossage en Deacon in Engeland en Schlösing en Rolland in Frankrijk. De fout lag geheel en al aan de gebrekkige mechanische uitvoering. Hierop richtten sinds 1861 de gebroeders Ernest en Alfred Solvay speciaal hun aandacht en met succes. In 1863 stichtten zij te Couillet bij Brussel de eerste bescheiden fabriek, in 1864 de groote te Dombasle bij Nancy. In 1866 was het proces technisch en economisch uitvoerbaar gebleken.
In 1872 vereenigde de Sté Solvay & Cie zich met de zeer kapitaalkrachtige Mond in Engeland, waaruit o. a. de fabrieken Brunner Mond & Co te Northwich resulteerden, thans de grootste sodafabriek ter wereld (200.000 ton jaarproductie). Daarnaast staan thans zeer groote werken in Amerika (te Syracuse), Duitschland, Rusland en Oostenrijk, zoodat tegenwoordig het Solvay-concern een overwegend domineerende plaats inneemt in de geheele wereld-sodaproductie. Alleen in U. S. A. en Duitschland doet zich nog een ernstige concurrentie van onafhankelijke fabrieken gevoelen; de gezamenlijke productie van alle onafhankelijken wordt op omstreeks 750.000 ton per jaar geschat, die der Solvay-fabrieken op 2.500.000 ton. Het proces is zonder twijfel goedkooper dan het Leblanc-proces, waardoor de prijs van de soda van 1870 tot 1876 van 35 tot 10 Mk. per 100 K.G. daalde. — Het Solvay-proces kan in hoofdzaak door de volgende vergelijkingen worden weergegeven.
1. NaCl + NH3 + CO2 + H2O ➝ NH4Cl + NaHCO3 2. NaHCO3 ➝ Na2CO3 + CO2 + H2O 3. NH4Cl + CaO2H2 ➝ NH3 + H2O + CaCl2 en berust daarbij essentieel op het feit, dat het natriumbicarbonaat NaHCO3 relatief weinig oplosbaar is en zich dus in vasten, filtreerbaren vorm, afscheidt. De uitvoering vervalt in de volgende onderdeelen: — 1) Zoo noodig wordt uit steenzout met water een bijna verzadigde zoutoplossing bij ± 30° C. gemaakt, en deze pekel met behulp van kalkmelk en ammoniumcarbonaat geheel bevrijd van verontreinigende zouten van calcium en magnesium. De meeste groote fabrieken zijn zoodanig gelegen, dat een sterke pekel direct uit den bodem kan worden gepompt (zie KEUKENZOUT). Is deze niet voldoende sterk, dan wordt met steenzout gesuppleerd. — 2) De pekel wordt verzadigd met ammoniakgas. Hiervoor zijn tal van toestellen van de meest uiteenloopende constructie in gebruik. De absorptie gaat met een belangrijke warmteontwikkeling gepaard, zoodat koeling volstrekt noodzakelijk is, ten einde de dampspanning van de ammoniak, en dus verliezen, laag te houden en een volledige absorptie mogelijk te maken. — 3) Het verzadigen met koolzuur. Ook hiertoe zijn tal van speciale apparaten gebouwd, hooge colonne-apparaten (Schreib, Solvay) of seriën absorptieketels met tegenstroomwerking (Honigmann). Alle zijn van koelinrichtingen voorzien, daar de reactie met koolzuur onder groote warmteontwikkeling verloopt en niettemin de temperatuur niet boven 38 a 40° C. mag stijgen, ten einde de vervluchtiging van ammoniumbicarbonaat te voorkomen.
Door de inleiding onder druk (tot ca. 3 atm.) te doen plaats vinden, hetgeen trouwens bij hooge torens reeds uit den aard der zaak noodig is, worden deze verliezen nog beperkt. Het noodige koolzuur wordt verkregen door het branden van kalksteen in schachtovens (zie BRANDERIJ). Daarbij komt het koolzuurgas van de calcineerpannen (zie 5). Een compressor zuigt het aan en brengt het op de noodige drukking. Het bevat 30-35% CO2, verder stikstof. In het begin vormt zich uit de ammoniak en het koolzuur normaal ammoniumcarbonaat (NH4)2 CO3, daarna eerst natriumbicarbonaat, dat zich vast afscheidt. Bij een temperatuur van omstreeks 40° C. vormt het zich in grof-kristallijnen vorm, die de afscheiding vereenvoudigt. — 4) De eindelijk verkregen brij wordt door den eigen koolzuurdruk naar het filterstation geperst. Zij bestaat uit een moederloog van ammoniumchloride, NH4Cl, met zeer veel natriumbicarbonaat, te veel om hier het gebruik van filterpersen mogelijk te maken.
De Solvay-industrie is daardoor aanleiding geworden tot het construeeren van verschillende soorten, meest mechanische filtreerapparaten voor groote massa's vaste stof. Het zijn meestal roteerende cylinderzeven of vlakke zeefbodems, voorzien van werktuigen (krabbers) om het zeef steeds open te houden. — 5) Het vochtige bicarbonaat (omstreeks 50% NaHCO3 en 15% water) wordt daarna in speciaal tot dat doel ingerichte Thelen-pannen (zie boven A. Het Leblanc-proces) water vrij gemaakt en daarna nog hooger verhit (eveneens in een soort Thelen-pan), waarbij het bicarbonaat onder verlies van koolzuur in gewoon natriumcarb. wordt overgevoerd. In plaats daarvan kan de operatie ook worden uitgevoerd in lange roteerende cylinderovens. Het eindproduct, de Solvay-soda, kan geacht worden minstens 99% Na2CO3 te bevatten, en ongeveer 1% NaCl. Het is zuiverder dan de Leblanc-soda, en wordt in eigen balen van 80-100 K.G. in den handel gebracht. — 6) De ammoniumchloride-loog van het filterstation bevat nu nog alle kostbare ammoniak, welke in het proces is toegevoerd. Deze wordt weder geregenereerd met behulp van gebluschte kalk volgens de vergelijking NH4Cl + Ca(OH)2 ➝ NH3 + H2O + CaCl2. De operatie wordt volbracht in speciaal daartoe ingerichte en zeer geperfectionneerde kolomapparaten. In summa kan dan het geheele Solvayproces worden weergegeven door de vergelijking 2 NaCl + CaCO3 ➝ Na2CO5 + CaCl2.
Theoretisch wordt alle ammoniak geregenereerd. Praktisch is men, door het opvangen van de ontsnappende gassen op allerlei plaatsen in het bedrijf, thans zoover, dat de ammoniakverliezen tot hoogstens 0,2% beperkt blijven. In de laatste jaren zijn door Duitsche en Russische scheikundigen (Ost, Fedotieff, Colson e. a.) verschillende wetenschappelijke onderzoekingen verricht over de factoren, die het proces beheerschen, waardoor in het een en ander veel klaarheid is gebracht. — Een belangrijk probleem voor de Solvay-fabrieken is nog steeds de verwerking van de CaCl2-afvalloog, tegenwoordig nog vrijwel waardeloos. Een klein deel vindt door zijn hygroscopische eigenschappen toepassing voor de stofbestrijding op wegen. In de fabrieken van Brunner-Mond is thans een procédé in werking, waarbij de loog, met medewerking van koolzuur, wordt gebezigd voor het oplossen van zinkgalmei tot zinkchloride, waaruit dan langs electrolytischen weg zink wordt afgescheiden. Wellicht heeft deze uitvoering grootere toekomst.
C. Naast het Solvay-proces breidt zich in de laatste jaren ook voortdurend uit de bereiding van soda uit electrolytisch bereid natriumhydroxyde. Een voorbeeld van een daartoe gebruikelijke installatie is beschreven onder natriumhydroxyd: toestel van Hargreaves-Bird. Bij zeer goedkoope electriciteit is ernstige concurrentie van deze of soortgelijke processen met Solvay geenszins uitgesloten. In ieder geval vormen zij op dit oogenblik met de natuurlijke soda de eenige concurrenten. — De zuivere soda van den handel heet daar veelal „sel de soude” of „soda-ash 58%”, naar het Engelsch gebruik, het gehalte uit te drukken in % Na2O. Zij wordt op groote schaal gebezigd voor glasfabrikatie, zeepfabrikatie, bereiding van kristalsoda voor huiselijk gebruik en tal van andere chemische bedrijven. Nederland produceert geen soda, doch importeert en verbruikt jaarlijks omstreeks 30.000 ton.
