CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT SODA NA2CO3

CÔNG NGHỆ SẢN
XUẤT SODA NA2CO3
GVHD: Võ Thị Thu Như

1. Nguyễn Văn Đạt
2. Trần Nhật Huy
3. Trịnh Tài Huynh
4. Lê Hoàng Nhật
5. Thạch Thị Sua Oanh Ni
6. Trần Thiện Ngự Thoại Vy

Tp. HCM, tháng 4/2019

16128006
16128031
16128118
16128058
15128086
16128109


CNSX CÁC CHẤT VÔ CƠ

T

CNSX SODA NA2CO3

Lời nói đầu
rong số các mặt hàng hóa chất phổ biến hiện nay, soda là mặt hàng được tiêu
thụ cao và có xu hướng tăng tỷ lệ thuận với tỷ lệ tăng dân số và tốc độ tăng
trưởng sản phẩm quốc dân của các nước.

Phần lớn các nước sản xuất soda hàng đầu thế giới đều có dân số lớn và nhu cầu cao

đối với các sản phẩm tiêu dùng được sản xuất từ nguyên liệu soda. Nhìn chung, so với
các nước công nghiệp phát triển, các nước kém phát triển hơn có xu hướng tốc độ gia
tăng nhu cầu soda cao hơn và ngành sản xuất soda tại các nước này cũng thường đạt
tốc độ tăng trưởng cao hơn.
Sau khi bị ảnh hưởng nặng nề bởi suy thoái kinh tế thế giới thời kỳ 2007 – 2009,
doanh số soda toàn cầu nay đang được cải thiện, chủ yếu là nhờ nhu cầu gia tăng ở
những nước đang phát triển. Đặc biệt, thị trường soda tại Châu Á – Thái Bình Dương
và Mỹ đang trải qua thời kỳ tăng trưởng tốt nhờ nhu cầu ở các ngành xây dựng, sản
xuất xe ô tô và sản xuất hóa chất.
Trên thế giới, Trung Quốc, Mỹ, Nga, Ấn Độ, Thổ Nhĩ Kỳ hiện là 5 quốc gia sản
xuất soda lớn nhất. Trung Quốc đóng vai trò chi phối trên thị trường soda tổng hợp
toàn cầu và đáp ứng khoảng ba phần tổng nhu cầu soda tổng hợp của thế giới.
Bên cạnh đó, Mỹ là quốc gia cung ứng soda tự nhiên lớn nhất thế giới. Chi phí sản
xuất soda tự nhiên thấp hơn so với các phương pháp tổng hợp là lợi thế quan trọng của
thị trường soda Mỹ. Khoảng 55% soda được xuất khẩu, khiến cho soda là hóa chất vô
cơ có doanh số xuất khẩu lớn nhất của Mỹ.
Thống kê cho những năm gần đây, kính phẳng đã nổi lên như lĩnh vực ứng dụng
hàng đầu đối với soda, chiếm 48,2% tổng khối lượng thị trường trong năm 2015. Theo
dự báo, lĩnh vực này cũng sẽ đạt tốc độ tăng trưởng cao nhất là 3,2% năm trong thời
gian từ nay cho đến năm 2024.
Chính vì nhu cầu cao nên soda được các nước trên thế giới tập trung phát triển
không ngừng nói chung và ở Việt Nam nói riêng.
Nhận thấy tiềm năng mạnh mẽ của ngành sản xuất soda Na 2CO3, nhóm chúng tôi
quyết định chọn đề tài tìm hiểu về “Công nghệ sản xuất soda Na 2CO3”, qua đề tài của
nhóm mọi người sẽ có một cách nhìn tổng quát về soda và phương pháp sản xuất.

2

CNSX CÁC CHẤT VÔ CƠ

CNSX SODA NA2CO3

Mục lục
Lời nói đầu ................................................................................................................1
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ SODA .......................................................................3
1.1. Khái niệm ............................................................................................................3
1.2. Lịch sử hình thành và phát triển ...........................................................................3
1.3. Các nguồn Soda trong tự nhiên ............................................................................4
1.4. Tính chất của Soda ...............................................................................................6
1.4.1. Tính chất vật lý .............................................................................................6
1.4.2. Tính chất hoá học .........................................................................................6
Chương 2. SẢN XUẤT SODA .................................................................................7
2.1. Sản xuất theo phương pháp hoá học ....................................................................7
2.2. Khai thác Soda thiên nhiên ..................................................................................7
2.3. Phương pháp Leslanc ...........................................................................................8
2.4. Phương pháp Solvay hay phương pháp Ammoniac .............................................8
2.4.1. Cơ sở lý thuyết của quá trình sản xuất ..........................................................9
2.4.2. Các bước của quá trình sản xuất ...................................................................10
2.5. Phương pháp Solvay cải tiến ...............................................................................12
2.6. Phương pháp Carbonat hoá xút ............................................................................13
2.7. Phương pháp LeBlanc ..........................................................................................14
Chương 3. ỨNG DỤNG ...........................................................................................15
3.1. Ứng dụng trong thuỷ tinh .....................................................................................15
3.2. Ứng dụng trong chất tẩy rửa ................................................................................15
3.3. Ứng dụng trong hoá chất .....................................................................................15
3.4. Các ứng dụng khác ..............................................................................................16

Kết luận ..................................................................................................................... 17
Tài liệu tham khảo ....................................................................................................18

3


CNSX CÁC CHẤT VÔ CƠ

CNSX SODA NA2CO3

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ SODA
1.1. Khái niệm
Natri carbonat, hay còn gọi là soda, là một sản phẩm khoáng chất tồn tại tự nhiên ở
quặng trona, nacolit và trong nước khoáng giàu natri carbonat hoặc nước biển. Soda
được sử dụng cho nhiều ứng dụng trong ngành công nghiệp hóa chất.
Ngoài sản xuất từ các loại quặng tự nhiên, soda còn được sản xuất tổng hợp từ
nguyên liệu đá vôi, muối và ammoniac. Quặng soda được tìm thấy với số lượng lớn ở
Botswana, Trung Quốc, Ai Cập, Ấn Độ, Kenia, Mêxicô, Pêru, Nam Phi, Thổ Nhĩ Kỳ
và Mỹ. Hơn 60 loại quặng soda đã được phát hiện trên toàn thế giới, và những loại
quặng này đã chiếm 1/3 sản lượng toàn cầu (35 triệu tấn /năm). Còn 2/3 sản lượng là
được sản xuất bằng phương pháp tổng hợp.
Soda được ứng dụng rộng rãi, trong loại bỏ lưu huỳnh từ khí thải của các ống khói,
xử lý nước, tinh chế dầu, sản xuất chất nổ và cao su tổng hợp, trong công nghiệp xà
phòng giấy xenlulozo, dệt, thủy tinh, luyện kim và nhiều ngành khác.

1.2. Lịch sử hình thành và phát triển
Trong sản xuất công nghiệp, soda có vị trí quan trọng, tham gia hầu hết quá trình
công nghiệp từ các ngành công nghiệp hóa chất đến công nghiệp nặng, công nghiệp
nhẹ,… đều cần sự có mặt của soda. Nhu cầu soda đứng thứ 11 tính về sản lượng khi so
với các hợp chất vô cơ, hữu cơ, kể cả hóa dầu. Soda được đề cập sản xuất từ những

năm 1775.

4


CNSX CÁC CHẤT VÔ CƠ

CNSX SODA NA2CO3

Năm 1773, Va-lơ đề ra phương pháp sản xuất xút bằng cách cho acid chì vào dung
dịch muối ăn đặc, theo phản ứng:
2NaCl + H2O + PbO  2NaO[(x-1)PbO].PbCl2
Tuy nhiên phương pháp này không được ứng dụng công nghiệp vì nồng độ xút tạo
thành trong dung dịch rất nhỏ, mức độ chuyển hóa của phản ứng rất chậm, acid chì lại
rất độc hại. Vì vậy, phương pháp này chỉ mang tính chất lịch sử chứ không có tác dụng
thực tế sản xuất.
Sau đó, LeBlanc đưa ra phương pháp chế tạo soda từ muối ăn, acid sulphuric và đá
vôi. Năm 1791, LeBlanc xây dựng nhà máy sản xuất soda theo phương pháp của mình
ở gần Paris. Về sau, phương pháp LeBlanc ngày càng hoàn chỉnh và chiếm độc quyền
trong công nghiệp chế tạo các hợp chất kiềm. Tuy phương pháp đã giải quyết được
nhu cầu công nghiệp ở thế kỷ XVIII nhưng vẫn còn tồn tại nhiều nhược điểm: sản
phẩm chưa tinh khiết, quá trình sản xuất phức tạp, nặng nhọc,…
Năm 1861, Solvay - kỹ sư nguời Bỉ đã phát minh ra phương pháp ammoniac để chế
tạo soda.
Năm 1865, công suất xưởng chế tạo soda theo phương pháp Solvay đạt 10 tấn/ngày.
Phương pháp này lúc đầu bị sự cạnh tranh mạnh bởi phương pháp LeBlanc. Nhưng sau
đó, nhờ tính ưu việt về sự tinh khiết của sản phẩm, giá thành thấp, điều kiện làm việc
nhẹ nhàng hơn, phương pháp Solvay đã chiếm ưu thế và được phát triển mạnh.
Đến năm 1990, sản xuất soda theo phương pháp Solvay đã chiếm tới 90% tổng sản
lượng soda, cho đến sau chiến tranh thế giới lần thứ I phương pháp LeBlanc thực tế

không còn tồn tại trong công nghiệp.
Hiện nay trong công nghiệp tồn tại chủ yếu phương pháp ammoniac, còn phương
pháp LeBlanc chỉ tồn tại ở một vài khâu trong quá trình cải tiến phương pháp soda từ
nguyên liệu Natri sunfat.
1.3. Các nguồn Soda trong tự nhiên
Soda hay các hợp chất kiềm nói chung hình thành trong tự nhiên một cách hoàn
toàn khách quan. Có thể nói trong thiên nhiên có hai dạng hợp chất kiềm có thể khai
thác một cách dễ dàng:

5


CNSX CÁC CHẤT VÔ CƠ

CNSX SODA NA2CO3

Từ dạng rêu biển ở một số vùng đại dượng miền Tây Nam Tây Ban Nha có tới 25 –
30% Na2CO3 trong tro.
Từ các hồ hoặc các mỏ ở những miền thung lũng có mưa nhiều, không khí khô và
gần núi đá vui. Các hợp chất kiềm khi đó nằm ở dạng các muối ngậm nước.
Nói chung các dạng hợp chất kiềm này ở dạng không tinh khiết, chứa nhiều hợp
chất tan của các muối clorua, sunfat và các chất không tan. Một số nơi trên thế giới có
các hồ và mỏ lớn natri carbonat. Magafdi ở Châu Phi, Bora, Tơ-ron ở châu Mỹ, vùng
Cát Biên, Segadin ở châu Âu, Lu-na ở Ấn Độ.
Hiện nay nguồn carbonat trong thiên nhiên vẫn được sử dụng, khai thác và chế biến
để dùng vào các ngành công nghiệp hoá chất và luyện kim.
Năm 1926 ở Mỹ xây dựng nhà máy chế biến natri carbonat thiên nhiên theo phương
pháp bốc hơi tự nhiên và nhân tạo dung dịch nước hồ chứa natri carbonat tới nồng độ
12 – 14% rồi đem kết tinh. Những nơi có natri carbonat nằm sâu dưới đất người ta
khai thác bằng cách cho nước nóng xuống giếng khoan hòa tan tới nồng độ Na 2CO3

đạt 32 độ Bo-mê thì đưa lên mặt đất và đem kết tinh. Muốn được sản phẩm tinh khiết
phải hòa tan ra và kết tinh phân đoạn. Nhờ đó soda khai thác ở tự nhiên vẫn có độ tinh
khiết cao so với các phương pháp tổng hợp hiện nay.

(Na2CO3)
Sodium carbonate

microcrystal

1.4. Tính chất của

Soda

1.4.1. Tính chất vật

lý

Natri

Carbonat

(Na2CO3) khan là

chất bột màu trắng

phân tử lượng 106

g/mol, hút ẩm, nóng

chảy

(1124K) và có nhiệt độ sôi ở 16000C (2451K).

6

ở

8510C


CNSX CÁC CHẤT VÔ CƠ

CNSX SODA NA2CO3

Tan nhiều trong nước với độ hòa tan trong nước là 22 g/ 100ml (20℃), quá trình
tan tỏa ra nhiều nhiêt do sự tạo thành các hydrat.
Từ dung dịch ở nhiệt độ dưới 32,5℃, Na2CO3 kết tinh dưới dạng decacdirat
Na2CO3.10H2O – tinh thể trong suốt, không màu, dễ tan trong nước.
Soda có dạng nặng và dạng nhẹ:
+ Soda nặng, với khối lượng riêng là 1 kg/dm3, được sử dụng cho sản xuất thủy tinh.
+ Soda nhẹ, với khối lượng riêng là 0,5 kg/dm3, được sử dụng để sản xuất các loại hóa
chất, xà phòng, chất tẩy rửa.

1.4.2. Tính chất hoá học
Na2CO3 là muối của acid yếu nên có các tính chất hóa học sau:
- Khi tan trong nước, Na2CO3 bị thủy phân làm cho dung dịch có phản ứng kiềm
Na2CO3 + NaOH  NaHCO3 + NaOH
- Tác dụng với dung dịch acid:
Na2CO3 + 2HCl  2NaCl + H2O + CO2
Na2CO3 tác dụng với nhiều acid giải phóng khí CO2. Phương trình ion rút gọn:

CO32- + 2H+  H2O + CO2
- Tác dụng với dung dịch kiềm:
Na2CO3 + Ba(OH)2  BaCO3 + 2NaOH
Dựa theo thuyết Bronsted đã được học, ta thấy ion carbonat nhận proton, như vậy
ion carbonat có tính chất của một base. Muối Na2CO3 có tính base.
Na2CO3 tác dụng được với một số dung dịch base hoặc muối (lưu ý điều kiện xảy ra
phản ứng trao đổi ion).
Tác dụng với dung dịch muối:
Na2CO3 + BaCl2  BaCO3 + 2NaCl
7


CNSX CÁC CHẤT VÔ CƠ

CNSX SODA NA2CO3

Tác dụng với dung dịch muối acid:
Na2CO3 + Ba(HSO4)2  Na2SO4 + BaSO4 + H2O + CO2
Na2CO3 + 2NaHSO4  2Na2SO4 + CO2 + H2O

Chương 2. SẢN XUẤT SODA
Hiện nay trên thế giới, tùy thuộc vào tài nguyên và điều kiện kinh tế mỗi nước,
quá trình sản xuất soda có thể thực hiện theo một trong các phương pháp sau:
2.1. Sản xuất theo phương pháp hoá học
Khi sản xuất soda theo phương pháp hoá học người ta carbonat hóa dung dịch xút
(sản xuất bằng phương pháp điện phân) theo phản ứng hóa học sau:
2NaOH + CO2

Na2CO3 + H2O

Soda được tạo thành trong dung dịch xút, khi đạt nồng độ quá bão hòa sẽ tách khỏi
dung dịch dưới dạng muối ngậm nước gọi là soda nặng Na 2CO3.xH2O. Nếu lọc kết tinh
đem khử nước sẽ thu được soda khan Na2CO3 loại thương phẩm.
Phương pháp này chỉ thích hợp với những nước có điện năng rẻ, thiếu clo và thừa
xút. Hiện nay, soda sản xuất theo phương pháp hoá học chỉ chiếm dưới 10% tổng sản
lượng soda tổng hợp trên thế giới.
2.2. Khai thác Soda thiên nhiên
Soda có thể tồn tại trong tự nhiên dưới dạng nhiều dạng khác nhau: trong tro của
một số loại cây, trong một số hồ nước khoáng, một số mỏ khoáng dưới đất. Các loại
cây chứa soda hàm lượng thấp không có ý nghĩa khai thác công nghiệp. Người ta chỉ
tách được soda từ tro của chúng khi đốt cháy. Các loại hồ nước chứa soda trên thế giới
không nhiều và chỉ tập trung ở những vùng ít mưa và ít khô.
Soda thiên nhiên nằm dưới dạng các dung dịch nước có chứa các muối khoáng,
trong đó có khoáng Na2CO3 hòa tan. Trong các nguồn nước khoáng chứa soda thì hồ
Sirlis thuộc bang California, Mỹ có chứa 4 - 6% Na 2CO3 là nguồn khai thác soda thiên
nhiên lớn nhất thế giới do Công ty American Postash and – Chemical Corp khai thác.
Với công suất 160.000 tấn soda/năm thì phải xử lý trên 4 triệu m 3 nước khoáng, tiêu
tốn nhiều nhiệt để bay hơi nước, do đó giá thành sản phẩm khá cao và khó cạnh tranh
trên thị trường hiện nay. Vì vậy, sản xuất soda từ nguồn muối tự nhiên chỉ chiếm dưới
3% tổng lượng sản xuất hàng năm.
8


CNSX CÁC CHẤT VÔ CƠ

CNSX SODA NA2CO3

Trước đây, ở Mỹ người ta sản xuất soda theo phương pháp khai thác đào lấy quặng
sau đó chở đến nhà máy xử lý để tiến hành chiết thu được sản phẩm soda. Ngày nay
người ta áp dụng công nghệ hòa tan để sản xuất soda từ quặng. Trước tiên, nước nóng

được bơm vào mỏ quặng, sau đó người ta bơm dung dịch lên và tiến hành tách CO 2.
Bùn chứa Na2CO3 thu được sẽ được bơm đến nhà máy xử lý để tách nước và lấy sản
phẩm soda khan. Một phần soda khan được chuyển hóa ngược lại thành NaHCO 3 nhờ
phản ứng với CO2 đã được tách ra từ dung dịch ban đầu. Phương pháp sản xuất soda
này cho phép giảm nhiều giá thành sản xuất, vì chi phí nhân công chỉ bằng 1/3 so với
phương pháp đào lấy quặng trực tiếp từ mặt đất.
Mặc dù sản xuất soda từ các khoáng thiên nhiên như trên tuy có nhiều ưu điểm và
giá thành thấp nhưng đối với các quốc gia không có nguồn tài nguyên đó mà lại có
nguồn đá vôi, than đá và muối ăn dồi dào thì phương pháp Solvay để sản xuất soda là
công nghệ thích hợp.
2.3. Phương pháp Leslanc
Nguyên lý: Điều chế Na2CO3 từ muối ăn và acid H2SO4
2NaCl + H2SO4 → Na2SO4 + 2HCl
Sau đó nung trong lò quay cùng với than và Canxicarbonat ở1000oC
Na2CO3 + 2C + CaCO3

→

Na2CO3 + CaS + 2CO2

Phương pháp này còn nhiều thiếu sót.
2.4. Phương pháp Solvay hay phương pháp Ammoniac
Phương pháp này dựa trên cơ sở phản ứng hóa học:
NH4HCO3 + NaCl

↔

NaHCO3 + NH4Cl

Đây là phản ứng thuận nghịch, cả 4 chất đều tan trong nước nhưng NaHCO 3 ít tan.

Nhưng thực tế trong công nghiệp người ta sản xuất như sau:
Nguyên liệu đầu: dung dịch NaCl, chuyển hóa bằng ammoniac và khí CO2 để tạo
thành sản phẩm trung gian NaHCO3.

9


CNSX CÁC CHẤT VÔ CƠ

CNSX SODA NA2CO3

2.4.1. Cơ sở lý thuyết của quá trình sản xuất:
Quá trình điều chế Na2CO3 thực hiện qua 2 giai đoạn:
Giai đoạn 1: Điều chế NaHCO3
NaCl + NH3 + CO2 + H2O ↔ NaHCO3 + NH4Cl (1)
Phản ứng (1) gồm nhiều phản ứng nối tiếp nhau như:
- Phản ứng monocarbonat hóa: 2NH3 + CO2 ↔ (NH4)2CO3
- Phản ứng bicarbonat hóa: (NH4)2CO3 + CO2 + H2O ↔ 2NH4HCO3
10


CNSX CÁC CHẤT VÔ CƠ

CNSX SODA NA2CO3

- Phản ứng phân hủy trao đổi: NH4HCO3 + NaCl

↔ NaHCO3 + NH4Cl

Giai đoạn 2: Từ NaHCO3 điều chế Na2CO3

Sau đó ta đi lọc tách NaHCO3 rồi đem đi nhiệt phân thu được Na2CO3 khan
2NaHCO3 ↔ Na2CO3 + CO2 + H2O
Quá trình sản xuất giải phóng một nửa lượng CO 2 đã sử dụng. Khí CO2 được đưa lại
vào quá trình sản xuất, chế hóa sản phẩm phụ NH 4Cl với vôi tôi để tái sinh khí NH 3 và
đưa vào quá trình sản xuất.
2.4.2. Các bước của quá trình sản xuất
Điều chế CO2 và sữa vôi Ca(OH)2 từ nguyên liệu đá vôi:
- CO2 được điều chế từ phản ứng nung vôi:
CaCO3 → CaO + CO2
Yếu tố quyết định cân bằng và vận tốc độ phân ly là nhiệt độ và áp suất. Muốn tăng
nhanh quá trình phân ly cần phải tăng nhiệt độ khoảng 1100-1200 0C và giảm kích
thước của đá vôi khoảng 40-120 mm. Hàm lượng CO2 trong lò không quá 40%.
- Sau đó dùng CaO để điều chế Ca(OH)2 bằng cách vôi tôi với nước:
CaO + H2O → Ca(OH)2
Lượng Ca(OH)2 thu được ở dạng nhũ 270-308 g/l. Ca(OH)2 dùng để tái tạo Ca(OH)2
dùng để tái sinh NH3 từ NH4Cl tạo thành trong phản ứng (1).
2NH4Cl + Ca(OH)2 ↔ 2NH3 + CaCl2 + 2H2O
- Giai đoạn chuẩn bị nước muối (NaCl):
Hòa tan muối rắn đến nồng độ gần bão hòa hoặc nước muối tự nhiên được bão hòa
nhờ hòa tan thêm muối đến khi dung dịch đạt 300-310 g/l. Trước khi dùng sản xuất
soda dung dịch nước muối phải được làm sạch các ion Ca2+ và Mg2+. Các kết tủa được
lọc trong bể lắng.
Mg2+ + Ca(OH)2

→

Mg(OH)2↓ + Ca2+

Ca2+ + CO32- → CaCO3↓
- Giai đoạn điều chế nước muối amon hóa

Ammoniac tái sinh từ thiết bị chưng cất, các khí thải của các thiết bị khác nhau
trong xưởng (tháp hấp thụ, carbonat hóa và lọc có chưa ammoniac,…). Để bù vào
lượng ammoniac bị tổn thất người ta đưa nước vào ammoniac tháp hấp thu (cứ sản
11


CNSX CÁC CHẤT VÔ CƠ

CNSX SODA NA2CO3

xuất 1 tấn soda cần 2,5 kg NH 3 bổ sung). Công đoạn này là cho nước hấp thụ NH 3 để
tạo thành nước muối amon hóa. Thực chất giai đoạn này là tạo dung dịch ammoniac
hydrat:
NH3 + H2O

→

NH3nH2O + Q

Công đoạn này cho nước hấp thụ NH 3 để tạo thành nước muối amon hóa. Khí NH 3
và CO2 tan trong nước sẽ xảy ra các phản ứng:
2NH3 + CO2 + H2O ↔ (NH4)2CO3
(NH4)2CO3 + CO2 + H2O ↔ 2NH4HCO3
và cả phản ứng tạo thành carbonat:
2NH3 + CO2

↔

NH2COONH4

- Giai đoạn cacbonat hóa nước muối amon hóa
Đây là giai đoạn trung tâm của quá trình, quá trình này được thwucj hiện trong thiết
bị hấp thu. Trong công đoạn này, nước muối amon tác dụng với CO 2 tạo thành huyền
phù Natri hydrocarbonat - Quá trình này được gọi là carbon hóa.
2NH3 + CO2 + H2O

↔

(NH4)2CO3

(NH4)2CO3 + CO2 + H2O ↔ 2NH4HCO3
Khi lượng NH4HCO3 đủ lớn bắt đầu xảy ra phản ứng trao đổi ion tạo thành NaHCO 3
kết tủa theo phản ứng sau:
NH4HCO3 + NaCl ↔ NaHCO3 + NH4Cl
Hiệu suất tạo thành NaHCO 3 (tính theo NaCl) khoảng 65-75%. Giá trị hiệu suất phụ
thuộc vào nhiệt độ, hàm lượng NaCl trong nước muối, mức độ bão hòa NH 3, CO2 và
những yếu tố khác.
Muốn tăng mức độ chuyển hóa cần tăng hàm lượng NaCl và NH 3 trong dung dịch
nước muối đã amon hóa, tăng nồng độ CO 2 trong khí vào giai đoạn carbonat hóa, giảm
nhiệt độ cuối quá trình carbonat hóa.
Chế độ nhiệt độ trong tháp carbonat hóa rất quan trọng, ở phần giữa của tháp có sự
hình thành các tinh thể NaHCO3 nên cần duy trì nhiệt độ khoảng 40-500C (nhiệt độ
này có được từ nhiệt độ tạo thành của phản ứng) nhằm tạo điều kiện thu được những
tinh thể có kích thước lớn, dễ lọc. Ở phần dưới của tháp, xảy ra giai đoạn cuối của quá
trình kết tinh nên phải giảm nhiệt độ để độ tan của NaHCO 3 do đó sẽ làm tăng hiệu
12


CNSX CÁC CHẤT VÔ CƠ

CNSX SODA NA2CO3

suất tạo NaHCO3. Cuối cùng ta lọc thu được NaHCO3 rồi đem nung nóng đến 1602300C để bay hơi nước và phân hủy nhiệt thu Na2CO3.
- Tái sinh amoniac
Thu hồi NH3 từ dung dịch lọc chứa NH3 dưới dạng NH4Cl, (NH4)2CO3, NH4HCO3
(NH4)2CO3 → NH3 + CO2 + H2O
2NH4Cl + Ca(OH)2 ↔ 2NH3 + CaCl2 + 2H2O
NH3 tạo thành được tách khỏi dung dịch bằng cách chưng cất.
2.5. Phương pháp Solvay cải tiến
- Để khắc phục nhược điểm về bãi thải của phương pháp Solvay truyền thống, đã có
một số nước như Trung Quốc nghiên cứu cải tiến phương pháp Solvay truyền thống
thành phương pháp Solvay cải tiến: Thay tuần hoàn NH 3 bằng tuần hoàn NaCl, còn
các quá trình khác thay đổi không giống nhau. Quá trình sản xuất sẽ tạo ra 2 sản phẩm
là soda và phân đạm NH4Cl, bỏ qua công đoạn tái sinh NH3 và nung vôi, nhưng phải
bổ sung thường xuyên lượng NH3 cần thiết cho gia đoạn ammoni hóa. Nước lọc sau
tách NaHCO3 được tuần hoàn trở lại quá trình ammoni hóa và bổ sung rắn cho đủ
nồng độ yêu cầu. Như vậy, quá trình sản xuất soda theo phương pháp Solvay cải tiến
sẽ không có chất thải lỏng như phương pháp Solvay truyền thống. Tuy nhiên, phương
pháp Solvay cải tiến đòi hỏi phải có nguồn NH3 bổ sung và nguồn CO2 không lấy từ lò
vôi. Do không dùng sữa tái sinh NH3 nên công đoạn nung vôi bỏ qua.
- Như vậy, sản xuất soda theo Solvay cải tiến công nghệ sẽ gọn hơn và không phải
đầu tư cho công đoạn nung vôi và tái sinh NH 3 là hai công đoạn có chi phí đầu tư lớn
và làm việc ở nhiệt độ cao. Nhưng nhà máy sản xuất soda theo phương pháp Solvay
cải tiến phải kết hợp với nhà máy sản xuất NH 3 trong cùng một khu vực để có nguồn
CO2 và NH3 phục vụ cho sản xuất soda, và cần có nguyên liệu là NaCl sạch bậc công
nghiệp.
- Với phương pháp này tuần hoàn dung dịch NaCl, cần phải bổ sung NaCl rắn có độ
sạch yêu cầu theo các chỉ số sau:
- Hàm lượng: NaCl ≥ 99,5 %
- Tạp chất tan:

Mg2+ ≤ 0,1 %
Ca2+ ≤ 0,002%
13


CNSX CÁC CHẤT VÔ CƠ

CNSX SODA NA2CO3

SO42- ≤ 0,19%
- Tạp chất không tan: 0,03%
Hiện tại muối NaCl thu từ các đồng muối nói chung không đạt chất lượng này cần
phải có biện pháp xử lý tiếp. Dự án của Tổng Công ty Muối Việt Nam đang triển
khai ở một vài cơ sở đã cho phép sản xuất NaCl đạt chất lượng này. Vì vậy, vấn đề sản
xuất muối NaCl rắn đạt chất lượng cho sản xuất soda theo phương pháp Solvay cải
tiến đã có cơ sở để triển khai. Nếu dùng NaCl chất lượng cao thì trong hệ thống sản
xuất soda không cần công đoạn tinh chế nước muối như phương pháp Solvay truyền
thống với nguyên liệu là muối công nghiệp hay nước muối bão hòa khai thác ngầm từ
các mỏ muối dưới đất. Đầu tư cho xưởng làm sạch nước muối ở phương pháp Solvay
cải tiến nhỏ hơn đầu tư cho bộ phận tinh chế muối thô thành muối tinh. Với thành phần
tạp chất tan trong muối tinh chế nêu trên, sau quá trình amon hóa và carbonat hóa sơ
bộ để tách NH4Cl thì các tạp chất này cũng bị tách theo, đảm bảo nước muối bão hòa
cho giai đoạn kết tinh NaHCO3 có độ sạch yêu cầu. Do đó chất lượng soda tổng hợp
không thay đổi khi dùng muối rắn NaCl vào sản xuất soda thay cho dung dịch nước
muối sạch.
2.6. Phương pháp Carbonat hoá xút
Phương pháp carbonat hóa xút là phương pháp đơn giản nhất, chỉ cần dùng CO 2
sục qua dung dịch xút sẽ thu được soda theo phản ứng:
CO2 + 2NaOH = Na2CO3 + H2O
Sau đó làm nguội và kết tinh Na 2CO3.10H2O rồi lọc tách và làm mất nước sẽ

thu được soda (Na2CO3). Tuy nhiên nguyên liệu xút lại đắt hơn soda do phải qua
giai đoạn điện phân, cô đặc dẫn đến tiêu hao nhiều năng lượng nên giá thành của xút
cao, chỉ những nước có giá điện năng rẻ mới có thể sử dụng phương pháp này. Tỷ lệ
soda đi từ xút hiện nay trên thế giới chiếm dưới 10% tổng lượng soda sản xuất và sức
cạnh tranh kém.

14


CNSX CÁC CHẤT VÔ CƠ

CNSX SODA NA2CO3

2.7. Phương pháp LeBlanc
Sơ đồ phương pháp:

Nung hỗn hợp Natri Sunfat, đá vôi và than ở 1000oC. Phương trình phản ứng:
Na2SO4 + 2C → Na2S + 2CO2
Na2S + CaCO3 → CaS + Na2CO3
Hòa tan hỗn hợp sản phẩm phản ứng vào nước sẽ tách được CaS ít tan ra khỏi
Na2CO3. Phương pháp điều chế Na2CO3 trong công nghiệp hiện nay được sử dụng phổ
biến là phương pháp ammoniac do kĩ sư người Bỉ tên E. Solvay (1838 – 1922) đề ra
năm 1864.
Các quá trình được diễn tả bằng phản ứng:
NaCl + NH3 + CO2 + H2O → NaHCO3 + NH4Cl
2NaHCO3 → Na2CO3 + CO2 + H2O
Các sản phẩm phụ sau phản ứng được chế hóa lại để sử dụng lại trong quá trình
điều chế Natri Carbonat.

15

CNSX CÁC CHẤT VÔ CƠ

CNSX SODA NA2CO3

Chương 3. ỨNG DỤNG
3.1. Ứng dụng trong thuỷ tinh
Soda chiếm 13 - 15% trong số nguyên liệu được đưa vào cho sản xuất thủy tinh.
Được sử dụng để nấu thủy tinh, làm giảm nhiệt độ nấu chảy của cát silic trong quá
trình nấu chảy và làm tăng tính mềm dẻo.
Mặc dù soda chỉ là vật liệu có khối lượng lớn thứ hai trong sản xuất thủy tinh,
nhưng nó lại chiếm tới 50 – 60% tổng chi phí nguyên liệu đầu vào.
Vd: Thủy tinh soda lime: thường được sử dụng để sản xuất
những sản phẩm thí nghiệm dòng B (Ký hiệu: Class B trên
sản phẩm) với đặc tính chịu nhiệt thấp và khả năng chịu hóa
chất kém (bình nhỏ giọt,…). Ngoài ra còn dùng làm các sản
phẩm gia dụng (chén, đĩa, chai lọ thủy tinh,…).
3.2. Ứng dụng trong chất tẩy rửa
Soda được sử dụng làm chất độn và chất phụ gia trong xà phòng và chất tẩy rửa.
Đặc biệt nhu cầu soda cho chất tẩy rửa chiếm khoảng 10 – 12% trên toàn thế giới.
Hiện mức tiêu thụ soda cho thị trường chất tẩy rửa đã tăng khoảng 100 nghìn
tấn/năm do giảm sử dụng perborat (vì đã được thay thế bằng percarbonat).

3.3. Ứng dụng trong hoá chất
Được dùng như chất đầu trong điều chế nhiều hợp chất quan trọng của natri như xút
ăn da, borac, thủy tinh tan, cromat và dicromat.
Các sản phẩm hóa chất

này được sử dụng trong nhiều

ứng dụng như: nông nghiệp,

tác nhân làm sạch và phụ gia

thực phẩm.

16


CNSX CÁC CHẤT VÔ CƠ

CNSX SODA NA2CO3

3.4. Các ứng dụng khác
Dung dịch Na2CO3 dùng để tẩy sạch vết dầu mỡ bám trên chi tiết máy trước khi
sơn, tráng kim loại.
Xử lý nước (đặc biệt hay dùng để sử lý nước hồ bơi).
Sản xuất xà phòng.
Làm men phủ để sản xuất gốm.

17


CNSX CÁC CHẤT VÔ CƠ

CNSX SODA NA2CO3

Kết luận

18


CNSX CÁC CHẤT VÔ CƠ

CNSX SODA NA2CO3

Tài liệu tham khảo
Internet

19