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Solvay-Verfahren


Das Solvay-Verfahren oder auch Ammoniak-Soda-Verfahren ist ein chemischer Prozess zur Herstellung von Natriumcarbonat (Na2CO3). Es wurde 1860 von Ernest Solvay entwickelt und löste das bis dahin verwendete Leblanc-Verfahren ab.

Weltweit bedeutendster Produzent ist der Chemiekonzern Solvay mit sieben Mio jato Natriumcarbonat (2010)[1], die überwiegend zum wichtigsten Waschmittelbestandteil Natriumpercarbonat umgesetzt werden.[2]

Stoffbilanz

Der Prozess geht von den billigen und in großen Mengen vorhandenen Rohstoffen Kalk ("Calciumcarbonat") und Kochsalz ("Natriumchlorid") aus, deren Reaktion zu Soda und Calciumchlorid

[math]\mathrm{\ CaCO_3 + 2\ NaCl \rightarrow Na_2CO_3 + CaCl_2}[/math]

jedoch nicht freiwillig abläuft, da die Rückreaktion zu den Ausgangsstoffen Calciumcarbonat und Natriumchlorid

[math]\mathrm{\ CaCl_2 + Na_2CO_3 \rightarrow CaCO_3 + 2 \ NaCl} [/math]

die thermodynamisch bevorzugte ist. Zur Realisierung der Hinreaktion wird daher beim Solvay-Verfahren ein weiterer Stoff, Ammoniak, mit ins Spiel gebracht, der in der letztendlichen Stoffbilanz dann aber wieder fehlt: Denn das Solvay-Verfahren arbeitet als chemischer Kreisprozess, bei dem der zugesetzte Ammoniak in einem geschlossenen Kreislauf verbleibt und Umweltbelastungen der Größenordnung des Leblanc-Verfahrens vermieden werden können.

Aber auch das Solvay-Verfahren hat Nachteile: Es verbraucht große Mengen an Wasser und erzeugt pro Kilogramm Soda immer noch ca. 1 Kilogramm unverwendbares Calciumchlorid, das ins Abwasser, und damit in Flüsse und Meere, abgegeben wird. Bei 1 Million Tonnen Soda jährlich also auch etwa 1 Million Tonnen Calciumchlorid, bildlich drei komplette Güterzüge zu je 1000 Tonnen täglich.

Das Verfahren im Detail

Die einzelnen Schritte des Verfahrens sind:

1. Der Kalk wird gebrannt:

[math]\mathrm{\ CaCO_3 \rightarrow CaO + CO_2\uparrow} [/math]
Calciumcarbonat zersetzt sich in der Hitze zu Calciumoxid ("Gebrannter Kalk") und Kohlenstoffdioxid.

2. Kohlenstoffdioxid wird zusammen mit Ammoniak in eine konzentrierte Kochsalzlösung eingeleitet. Hierbei fällt Natriumhydrogencarbonat aus, das von der entstehenden Ammoniumchloridlösung getrennt wird.

[math]\mathrm{\ NaCl + CO_2 + NH_3 + H_2O \rightarrow NaHCO_3\downarrow + NH_4Cl} [/math]
Kochsalz reagiert mit Kohlenstoffdioxid, Ammoniak und Wasser zu Natriumhydrogencarbonat ("Natron") und Ammoniumchlorid ("Salmiak").
Die einzelnen Teilschritte:
[math]\mathrm{\ CO_2 + H_2O \rightarrow H_2CO_3}[/math]
Kohlenstoffdioxid und Wasser reagieren zu Kohlensäure...
[math]\mathrm{\ H_2CO_3 + NH_3 \rightarrow NH_4HCO_3}[/math]
...die wiederum mit Ammoniak zu Ammoniumhydrogencarbonat...
[math]\mathrm{\ NH_4HCO_3 + NaCl \rightarrow NaHCO_3\downarrow + NH_4Cl}[/math]
...das wiederum reagiert dann mit Kochsalz zu Natriumhydrogencarbonat ("Natron") und Ammoniumchlorid ("Salmiak").

3. Das Natriumhydrogencarbonat wird auf ca. 200 °C erhitzt, wobei Wasser und Kohlenstoffdioxid entweichen. Übrig bleibt dann das Produkt Soda. Dieser Vorgang wird als Kalzinierung (kalzinieren) bezeichnet.

[math]\mathrm{\ 2\ NaHCO_3 \rightarrow Na_2CO_3 + H_2O + CO_2} [/math]
Natriumhydrogencarbonat spaltet in der Hitze Wasser und Kohlenstoffdioxid ab, wodurch Soda entsteht.

4. Im vierten Schritt wird das Ammoniak wiedergewonnen und Schritt 2 zugeführt:

[math]\mathrm{\ 2\ NH_4Cl + CaO \rightarrow 2\ NH_3 + CaCl_2 + H_2O} [/math]
Das Ammoniumchlorid aus Reaktion 2 wird mit dem gebrannten Kalk aus Reaktion 1 zu Ammoniak, Calciumchlorid und Wasser umgesetzt.

Einzelnachweise

  1. Solvay Deutschland
  2. Solvay Deutschland - Soda und Percarbonat

Weblinks


Kategorien: Chemisch-technisches Verfahren

Quelle: Wikipedia - http://de.wikipedia.org/wiki/Solvay-Verfahren (Vollständige Liste der Autoren des Textes [Versionsgeschichte])    Lizenz: CC-by-sa-3.0

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