Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Процесс Леблана
Тип процессаХимическая
Промышленный сектор (ы)Хлорно-щелочная промышленность
Сырьехлорид натрия , серная кислота , уголь , карбонат кальция
Продукты)кальцинированная сода , соляная кислота , сульфид кальция , диоксид углерода
ИзобретательНиколя Леблан
Год изобретения1791
Разработчики)Уильям Лош , Джеймс Маспратт , Чарльз Теннант

Процесс Леблана был ранним промышленным процессом производства кальцинированной соды ( карбоната натрия ), который использовался на протяжении 19 века и назван в честь его изобретателя Николя Леблана . Он включал две стадии: производство сульфата натрия из хлорида натрия , за которым следовала реакция сульфата натрия с углем и карбонатом кальция с образованием карбоната натрия. Процесс постепенно устарел после разработки процесса Solvay .

Фон [ править ]

Кальцинированная сода ( карбонат натрия ) и поташ ( карбонат калия ), вместе называемые щелочью , являются жизненно важными химическими веществами в стекольной , текстильной , мыловаренной и бумажной промышленности. Традиционным источником щелочи в Западной Европе был калий, полученный из древесной золы. Однако к 13 веку вырубка лесовэто делало это средство производства неэкономичным, и щелочь приходилось импортировать. Калий завозили из Северной Америки, Скандинавии и России, где все еще стояли большие леса. Сода была импортирована из Испании и на Канарских островах, где он был произведен из пепла солероса растений (называемого Barilla пеплом в Испании), или импортированной из Сирии. [1] Кальцинированная сода из золы ветчины была в основном смесью карбоната натрия и карбоната калия. Кроме того, в Египте природный карбонат натрия, минерал натрон , добывали из высохших озер. В Великобритании единственным местным источником щелочи были водоросли , которые выбрасывались на берег в Шотландии и Ирландии. [2] [3]

В 1783 году король Франции Людовик XVI и Французская академия наук предложили премию в 2400 ливров за метод получения щелочи из морской соли ( хлорида натрия ). В 1791 году Николя Леблан , врач Луи Филиппа II, герцога Орлеанского , запатентовал решение. В том же году он построил первый завод Leblanc для герцога в Сен-Дени , который начал производить 320 тонн соды в год. [4] Ему отказали в призовых из-за Французской революции . [5]

Для более свежей истории см. Промышленную историю ниже.

Химия [ править ]

Схема реакции процесса Леблана (зеленый = реагенты, черный = промежуточные соединения, красный = продукты)

На первом этапе хлорид натрия обрабатывают серной кислотой в процессе Мангейма . В результате этой реакции образуется сульфат натрия (так называемая соляная лепешка ) и хлористый водород :

2 NaCl + H 2 SO 4 → Na 2 SO 4 + 2 HCl

Эта химическая реакция была открыта в 1772 году шведским химиком Карлом Вильгельмом Шееле . Вклад Леблана был вторым этапом, на котором смесь соленой лепешки и измельченного известняка ( карбонат кальция ) восстанавливалась путем нагревания с углем . [6] Это преобразование состоит из двух частей. Во- первое это карботермическая реакция в результате чего угль, источник углерода , уменьшает в сульфат до сульфида :

Na 2 SO 4 + 2 C → Na 2 S + 2 CO 2

На втором этапе происходит реакция с образованием карбоната натрия и сульфида кальция . Эта смесь называется черным ясенем . [ необходима цитата ]

Na 2 S + CaCO 3 → Na 2 CO 3 + CaS

Кальцинированную соду извлекают из черной золы водой. Выпаривание этого экстракта дает твердый карбонат натрия. Этот процесс экстракции получил название выщелачивания. [ необходима цитата ]

Детали процесса [ править ]

Хлорид натрия сначала смешивают с концентрированной серной кислотой, и смесь подвергают слабому нагреванию. Газообразный хлористый водород выделялся пузырями и сбрасывался в атмосферу до того, как были введены газопоглощающие башни. Это продолжается до тех пор, пока все, что остается, не сливается. Эта масса все еще содержит достаточно хлоридов, чтобы загрязнить более поздние стадии процесса. Затем массу подвергают воздействию прямого пламени, при котором испаряется почти весь оставшийся хлорид. [7] [8]

Уголь, используемый на следующем этапе, должен быть с низким содержанием азота, чтобы избежать образования цианида . Карбонат кальция в форме известняка или мела должен быть с низким содержанием магнезии и кремнезема. Весовое соотношение загрузки составляет 2: 2: 1 соленой лепешки, карбоната кальция и углерода соответственно. Его обжигают в отражательной печи при температуре около 1000 ° C. [9] Иногда отражательная печь вращалась, и поэтому ее называли «револьвером». [10]

Зольный продукт обжига необходимо сразу же выщелачивать, чтобы предотвратить обратное окисление сульфидов до сульфатов. [9] В процессе выщелачивания зола полностью покрывается водой, чтобы предотвратить окисление. Для оптимизации выщелачивания растворимого материала выщелачивание осуществляется каскадно. То есть чистая вода используется для сажи, уже прошедшей предыдущие стадии. Щелок с этой стадии используется для выщелачивания черной золы на более ранней стадии и так далее. [9]

Конечный щелок обрабатывается продувкой углекислого газа . При этом осаждается растворенный кальций и другие примеси. Он также улетучивает сульфид, который уносится в виде газообразного H 2 S. Любой остаточный сульфид может быть впоследствии осажден добавлением гидроксида цинка . Щелок отделяется от осадка и испаряется с использованием отходящего тепла отражательной печи. Затем полученную золу снова растворяют в концентрированном растворе в горячей воде. Твердые вещества, которые не растворяются, отделяются. Затем раствор охлаждают для перекристаллизации почти чистого декагидрата карбоната натрия. [9]

Промышленная история [ править ]

Леблан основал первый технологический завод Leblanc в 1791 году в Сен-Дени . Однако французские революционеры захватили завод вместе с остальной частью поместья Луи Филиппа в 1794 году и обнародовали коммерческие секреты Леблана . Наполеон I вернул завод Леблану в 1801 году, но не имея средств для его ремонта и конкуренции с другими содовыми заводами, которые были созданы к тому времени, Леблан покончил жизнь самоубийством в 1806 году [5].

К началу 19 века французские производители кальцинированной соды производили от 10 до 15 тысяч тонн в год. Однако именно в Великобритании процесс Леблана получил наибольшее распространение. [5] Первый британский завод по производству соды, использующий процесс Леблана, был построен семьей Лоша чугунолитейных заводов на заводе Лош, Уилсон и Белл в Уокере на реке Тайн в 1816 году, но высокие британские тарифы на производство соли препятствовали экономике Leblanc производил и осуществлял такие операции в небольших масштабах до 1824 года. После отмены тарифа на соль резко выросла британская газовая промышленность. В Bonnington Chemical Works было возможно , самое раннее производство, [11]химические предприятия, основанные Джеймсом Маспраттом в Ливерпуле и Флинте , а также Чарльзом Теннантом около Глазго, стали одними из крупнейших в мире. Ливерпульские заводы Маспратта имели близость и транспортное сообщение с соляными шахтами Чешира, угольными месторождениями Сент-Хеленса и известняковыми карьерами Северного Уэльса и Дербишира. [12] К 1852 году годовое производство соды достигло 140 000 тонн в Великобритании и 45 000 тонн во Франции. [5] К 1870-м годам объем производства соды в Британии, составлявший 200 000 тонн в год, превышал производство всех других стран мира вместе взятых. [ необходима цитата ]

Проблемы с загрязнением [ править ]

Технологические установки Leblanc наносили серьезный ущерб окружающей среде. В процессе производства соляной лепешки из соли и серной кислоты выделялся газ соляной кислоты , и, поскольку эта кислота была бесполезна в промышленности в начале 19 века, ее просто выбрасывали в атмосферу. Также были образованы нерастворимые твердые отходы с запахом. На каждые 8 ​​тонн кальцинированной соды в процессе производилось 5,5 тонн хлористого водорода и 7 тонн отходов сульфида кальция. Эти твердые отходы (известные как галлигу) не имели экономической ценности, их складывали в кучи и разбрасывали на полях возле содовых заводов, где они выветривались, выделяя сероводород , токсичный газ, ответственный за запах тухлых яиц. [ необходима цитата ]

Из-за вредных выбросов содовые заводы Leblanc стали объектами судебных исков и судебных исков. В иске 1839 года против содовых заводов утверждалось, что «газ этих производств настолько вреден, что портит все, что находится под его воздействием, и в равной степени губителен для здоровья и имущества. Трава на полях в их окрестностях выжжена, сады не приносят ни фруктов, ни овощей; многие цветущие деревья в последнее время превратились в гнилые голые палки. Крупный рогатый скот и птица увядают и соснеют. Это тускнеет мебель в наших домах, и когда мы подвергаемся воздействию этого, что часто случается, мы страдаем от кашель и боли в голове ... все это мы приписываем щелочам ". [13]

В 1863 году британский парламент принял первый из нескольких законов о щелочах , первое современное законодательство о загрязнении воздуха . Этот закон позволил выбрасывать в атмосферу не более 5% соляной кислоты, производимой щелочными заводами. В соответствии с законодательством, содовые заводы пропускали выходящий газообразный хлористый водород через башню, заполненную древесным углем , где он поглощался водой, текущей в другом направлении. Химические предприятия обычно сбрасывали полученный раствор соляной кислоты в близлежащие водоемы, убивая рыбу и других водных организмов. [ необходима цитата ]

Процесс Leblanc также означал очень неприятные условия работы для операторов. Первоначально он требовал аккуратной эксплуатации и частого вмешательства оператора (в некоторых случаях с тяжелым ручным трудом) в процессы выделения горячих ядовитых химикатов. [14] Иногда, рабочие чистки продуктов реакции из отражательной печи носил ткани рта и носа затычки , чтобы держать пыль и аэрозоли из легких. [15] [16]

Это улучшилось несколько позже, когда процессы стали более механизированными, чтобы улучшить экономичность и однородность продукта. [ необходима цитата ]

К 1880-м годам были открыты методы преобразования соляной кислоты в газообразный хлор для производства отбеливающего порошка и регенерации серы в отходах сульфида кальция, но процесс Леблана оставался более расточительным и более загрязняющим, чем процесс Сольве . То же самое верно и по сравнению с более поздними электролитическими процессами, которые в конечном итоге заменили его для производства хлора. [ необходима цитата ]

Устаревание [ править ]

В 1861 году бельгийский химик Эрнест Солвей разработал более прямой способ получения кальцинированной соды из соли и известняка с использованием аммиака . Единственным побочным продуктом этого процесса Сольве был хлорид кальция , поэтому он был более экономичным и менее загрязняющим, чем метод Леблана. С конца 1870-х годов содовые заводы из Solvay на европейском континенте обеспечивали жесткую конкуренцию на своих внутренних рынках британской содовой промышленности из Леблана. Кроме того, завод Brunner Mond Solvay, открывшийся в 1874 году в Виннингтоне, недалеко от Нортвича.при условии жесткой конкуренции на национальном уровне. Производители Leblanc были не в состоянии конкурировать с кальцинированной содой Solvay, и их производство кальцинированной соды было эффективным дополнением к все еще прибыльному производству хлора, отбеливающих порошков и т. Д. (Нежелательные побочные продукты стали прибыльными продуктами). Развитие электролитических методов производства хлора устранило и этот источник прибыли, и последовал спад, сдерживаемый только «джентльменскими договоренностями» с производителями Solvay. [17] К 1900 году 90% мирового производства соды приходилось на метод Сольве , а на североамериканском континенте - через добычу троны., открытый в 1938 году, что привело к закрытию последнего завода Solvay в Северной Америке в 1986 году. Последний завод по производству кальцинированной соды в Леблане был закрыт в начале 1920-х годов. [3] Однако из-за растворимости бикарбоната процесс Сольве не подходит для производства карбоната калия , и процесс Леблана продолжал ограниченно использоваться для его производства гораздо позже. [ необходима цитата ]

Биоразнообразие [ править ]

Есть веские основания утверждать, что технологические отходы Leblanc являются наиболее опасной средой обитания в Великобритании, поскольку они превращаются в карбонат кальция и создают приют для растений, которые процветают на богатых известью почвах, известных как кальциколес . Только четыре таких места пережили новое тысячелетие; три из них охраняются как местные природные заповедники, самый крупный из которых, в Ноб-Энд около Болтона , является УОНИ и местным заповедником - в основном из-за его редкой орхидно-кальциколевой флоры, наиболее необычной для района с кислыми почвами. Этот щелочной остров содержит внутри себя кислотный остров, где был отложен кислый котельный шлак, который теперь проявляется как зона с преобладанием вереска Calluna vulgaris.. [18]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Ashtor, Элиягу; Джевидалли, Гвидобальдо (1983). «Левантийская щелочная зола и европейская промышленность». Журнал европейской экономической истории . 12 : 475–522.
  2. ^ Клоу, Арчибальд и Клоу, Nan L. (1952). Химическая революция, (Ayer Co Pub, июнь 1952 г.), стр. 65-90. ISBN 0-8369-1909-2 . 
  3. ^ a b Кифер, Дэвид М. (2002). «Все дело в щелочах» . 11 (1). Сегодняшний химик за работой: 45–6 . Проверено 22 апреля 2007 года . Cite journal requires |journal= (help)CS1 maint: discouraged parameter (link)
  4. ^ Афталион, Фред (1991). История международной химической промышленности . Филадельфия: Пенсильванский университет Press. С. 11–13. ISBN 978-0-8122-1297-6.
  5. ^ a b c d Афталион, Фред (1991). История международной химической промышленности . Филадельфия: Пенсильванский университет Press. С. 14–16. ISBN 978-0-8122-1297-6.
  6. ^ Кристиан Тиме (2000). «Карбонаты натрия». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. DOI : 10.1002 / 14356007.a24_299 . ISBN 978-3527306732.
  7. ^ «Соляная кислота и сульфат натрия» . Lenntech . Проверено 22 апреля 2007 года . CS1 maint: discouraged parameter (link)
  8. Перейти ↑ Chisholm, Hugh, ed. (1911). «Щелочное производство»  . Британская энциклопедия . 1 (11-е изд.). Издательство Кембриджского университета. С. 674–685.
  9. ^ a b c d "Газированная промышленность" . Lenntech . Проверено 22 апреля 2007 года . CS1 maint: discouraged parameter (link)
  10. ^ Музей Виктории и Альберта (1908). Каталог коллекции машиностроения в Отделе науки Музея Виктории и Альберта, Южный Кенсингтон, с описательными и историческими примечаниями . 2 . HMSO п. 107. OCLC 608086021 . 
  11. ^ Ronalds, BF (2019). "Боннингтонский химический завод (1822-1878): Пионерская компания по производству каменноугольной смолы". Международный журнал истории техники и технологий . 89 (1–2): 73–91. DOI : 10.1080 / 17581206.2020.1787807 . S2CID 221115202 . 
  12. ^ Питер Рид, Кислотный дождь и рост химиков-экологов в Британии девятнадцатого века, (2014), стр. 94
  13. ^ Ньюкасл-апон-Тайн (Англия). Городской совет (1840 г.). Отчеты Совета Ньюкасла . С. 2–.
  14. ^ Рассел. Колин Арчибальд, Химия, общество и окружающая среда: новая история британской химической промышленности, Королевское химическое общество, 2000. ISBN 0-85404-599-6 
  15. ↑ Описан и назван «затычкой» в записанном комментарии в музее химической промышленности Catalyst в Ранкорне (Чешир, Англия), чтобы не допускать попадания щелочной пыли в легкие рабочих в первые годы химической промышленности в Великобритании.
  16. ^ https://3darchaeology.co.uk/wp-content/uploads/2017/06/Volume-11-Issue-3.pdf (стр. 7)
  17. ^ Читатель WJ Imperial Chemical Industries; История Том 1 Предтечи 1870-1926 Oxford University Press 1970 SBN 19 215937 2
  18. ^ Шоу, PJA & Хальтон W. (1998). Классические сайты: Ноб Энд, Болтон. Британская дикая природа 10, 13-17.

Внешние ссылки [ править ]

  • Т. Ховард Дейтон. Борьба за превосходство: серия глав в истории лебланской щелочной промышленности в Великобритании : 32: Богатство из отходов «... этот отвратительный мусор, который миллионами тонн выбрасывается на берег ... Тайна»
  • Ньюкасл-апон-Тайн (Англия). Городской совет (1840 г.). Отчеты Совета Ньюкасла . п. 2.