Il carbonato di sodio, essendo il sale sodico dell’acido carbonico, ha una temperatura di fusione di 815 °C e si decomprime per effetto del calore. La sua solubilità in acqua è di 215 g/L a 20 °C.
Cosa è la sintesi del carbonato di sodio
Indice Articolo
CaCO3 + 2 NaCl → Na2CO3 + CaCl2.
Questo processo avviene attraverso una serie di passaggi ciclici.
La calcinazione
Inizialmente, avviene la calcinazione del carbonato di calcio, mediante la combustione di coke metallurgico:CaCO3 → CaO + CO2
C + O2 → CO2
Questo processo produce ossido di calcio (CaO) e biossido di carbonio (CO2) privo di impurità come SO2, O2 e CO. Il coke e il calcare naturale vengono mescolati e bruciati in un forno con aria insufflata per ottenere temperature tra 900-1050 °C.
Lo spegnimento
L’ossido di calcio viene spento con acqua, creando una sospensione detta latte di calce:CaO + H2O → Ca(OH)2.
Questa operazione avviene con eccesso di acqua in apparecchi rotanti che producono una miscela densa chiamata latte di calce.
La reazione con ammoniaca
Il biossido di carbonio prodotto viene assorbito insieme all’ammoniaca da una soluzione satura di cloruro di sodio per ottenere l’idrogenocarbonato di sodio:NH3 + CO2 + H2O + NaCl.
Questo processo industriale, sebbene complesso, consente di ottenere il carbonato di sodio in modo efficiente e massimizzando la resa del prodotto finale.
Il Ciclo di Produzione del Carbonato di Sodio tramite il Processo Solvay
Il cuore del ciclo di produzione del carbonato di sodio attraverso il processo Solvay è la reazione tra NaHCO3 e NH4Cl, che porta alla formazione di un sale precipitato, il quale può successivamente essere trasformato in carbonato di sodio. Questo processo avviene in due fasi: inizialmente, una soluzione saturo di cloruro di sodio, purificata per contenere solo tracce di calcio e magnesio, viene satura con ammoniaca e successivamente reagisce con ammoniaca e biossido di carbonio all’interno delle torri Solvay.
# Assorbimento dell’Ammoniaca e Carbonatazione
L’ammoniaca viene assorbita in torri di acciaio con serpentine di riscaldamento per mantenere la temperatura al di sotto dei 60°C. La soluzione, contenente ammoniaca, incontra i gas ammoniacali insieme al biossido di carbonio e al vapore, che diluisce la salamoia per evitare la precipitazione del cloruro di sodio.
Successivamente, la soluzione viene pomata nella prima torre, dove avviene la carbonatazione preliminare con formazione di idrogenocarbonato di ammonio e scioglimento di quello di sodio. Le torri successive operano in parallelo per favorire la precipitazione del bicarbonato di sodio.
# Decomposizione dell’Idrogenocarbonato
L’idrogenocarbonato di sodio viene decomposto a carbonato riscaldando a 200°C secondo la reazione: 2 NaHCO3 → Na2CO3 + H2O + CO2.
# Recupero dell’Ammoniaca
Per completare il ciclo, è necessario recuperare l’ammoniaca. Questo processo avviene in due stadi sul filtrato della reazione (1). Inizialmente, il filtrato contenente cloruro di ammonio, ammoniaca in eccesso e biossido di carbonio viene trattato per ottenere ammoniaca attraverso una serie di reazioni. Successivamente, il filtrato viene trattato con il latte di calce proveniente dalla reazione, ottenendo ammoniaca come prodotto finale.
Il processo Solvay si basa sull’efficienza del recupero dell’ammoniaca impiegata. Nei migliori impianti, le perdite di ammoniaca sono minime e limitate a una frazione di percentuale rispetto alla quantità di carbonato sodico prodotto.
