صناعات الكلور- القلى ( القلويات ) : كربونات الصوديوم ، ماءات الصوديوم ، الكلور

‏ان صناعة كربونات ( رماد الصودا ) وماءات الصوديوم ( الصودا الكاوية ) والكلور واحدة ‏من اهم الصناعات الكيميائية الثقيلة . وتصنف هذه المواد في مرتبة قريبة من مرتبة حمض الكبريت والامونيا من مدى قيمة الاستخدام مقدرة بالدولار. وتستخدم لأغراض مختلفة حتى انه قلما مباع ناتج استهلاكي ولا يعتمد في مرحلة ما من مراحل تصنيعه على الكلور او القلويات . وتباع النواتج الثلاثة بصورة كلية تقريبا للصناعة من اجل انتاج الصابون ، والمنظفات ، واطياف ، واللدائن ، والزجاج ، والبتروكيماويات ، والعجينة والورق ، والمخصبات ، والمذيبات ، وغيرها من المواد الكيميائية .

‏تاريخيا : تستخدم حاليا طريقة سلفاي Solvay   ‏لتصنيع كربونات الصوديوم. وكانت تستخدم سابقا على نطاق شامل طريقة ليبلان LeBlanc  ‏( 1773) . كانت هذه الطريقة تقوم على اساس تحميص الكعكة الملحية مع الكربون وحجر الجير في فرن ثم غسل الناتج بالماء لإزالة ملوحته . وكانت تطلق على ناتج التفاعل تسمية الرماد الاسود ash Black . وكان يغسل على البار وعندئذ تحدث بعض الحلمأة ما للسلفيدات . وكانت هذه تبدل الى كربونات بمعالجتها بثاني اكسيد الكربون، الناتج من غازات فرن الرماد الاسود . وكان يركز محلول كربونات الصوديوم الناتج لبلورة الكربونات ، ومن ثم تجفيفها او تكليسها .

لم ينشأ في الولايات المتحدة اي مصنع للمعالجة بطريقة ليبلان ، ولا وجود اليوم لأي واحد من ذلك النوع في العالم .

‏وفي عام 1861 ، بدا ارنست سولفاي بتطوير طريقة الامونيا - صودا . واجهت هذه الطريقة في البداية صعوبة كبيرة في منافسا طرقا ليبلان القديمة الراسخة ، لولا ان هذه الطريقة خلال سنوات قليلة على خفض ثمن رماد الصودا الى الثلث . وبعد صراع ، حاول من خلاله منتجو صودا ليبلان اخماد المنافسة عن طريق المضاربة بالأسعار ، حلت طريقة الامونيا - صودا محل معالجا ليبلان في عام 1915‏.

‏حافظت طريقه سلفاني على اهميتها في اوروبا وفي البلدان التي لا تحتوي اراضها على رواسب من كربونان الصوديوم الطبيعية ، ولكن مع حلول عام 1982 ‏، لم يبق سوى مصنع واحد فقط مواصل العمل في الولايات المتحدة ‏. وقد ابقي عليه عن طريق انخفاض كلفة الانشاء وارتفاع معدلات الشحن .

‏تسيطر اليوم الصودا " الطبيعة " من رواسب يومنغ على السوق المحلية وتلاقي ايضا رواجا كبرا في تجاره القصدير . يلزم لتصنيع 1 طنا من رماد الصودا بطريقة سلفاي 18.4 ‏GJ   من الطاقة ، ولإنتاج طن متري واحد من رماد الصودا الطبيعية 8.4 ‏ GJ وهكذا تعمل تكاليف الطاقة على مسانده التعدين . انظر الجدول 1-1 ‏من اجل ارقام انتاج كربونات الصوديوم .

‏كان تحويل الصودا الى صودا كاويه يتم اصلا عن طريق معالجة " رماد  " صودا لبلان بالجير وبالطريقة المتقطعة بالاعتماد على كون كربونات الكالسيوم غير منحلة غالبا في المحلول القلوي :

Na₂CO₃ + Ca(OH)₂ →2NaOH + CaCO₃

‏كان الانتاج الالكتروليتي للصودا الكاوية معروفا في القرن الثامن عشر ، ‏ولكن المواد الكاوية لم تنتج عمليا بهذه الطريقة للاستهلاك الصناعي حتى عام 1890‏. وحتى قبل الحرب العالمية ، كانت كميات الصودا الكاوية التي تباع كناتج شريك للكلور من المعالجة الالكتروليتية ضئيلة تقريبا بالمقارنة مع الكميات المصنوعة عن طريق معالجة رماد الصودا بالجير . ولكن في عام 1940 ‏بدات المادة الكاوية المحضرة الكتروليتيا تتجاوز تلك المحضرة بالجير- صودا ، ثم ما لبثت هذه ان اختفت تقريبا بحلول عام 1962. وتبين الصورة 1-1 مجالات استخدام الصودا الكاوية .

‏الجدول 1-1 ‏. انتاج الولايات المتحدة من رماد الصودا( بآلاف الاطنان المترية سنويا )

‏يعود تاريخ اول براءة تتعلق باستخدام الكلور صناعيا الى عام 1799 ‏( ربع قرن بعد اكتشافه ) ومنحت من اجل التبييض . وصنع الكلور من حمض كلور الماء بمعالجة ديكون Deacon  ، التي لم يكن توازنها مرضيا :

‏ 2HCl + ½ O₂ →H₂O + Cl₂

‏واستخدمت ايضا معالجة ويلدون Weldon  ، وكانت تعمل على تاكسد HCl  بثاني اكسيد المنغنيز المكلف .

‏ادى تطوير معدات التوليد الكهربائي ذات التيار المستمر والسعة العالية في نهاية القرن الثامن عشر الى التخلي عن معالجة التحويل الكاوية ، وفي اواسط القرن العشرين ، اصبح اكثر من 99 ‏% من الانتاج العالمي للكلور متم بالمعالجة الالكتروليتية .

‏الاستخدامات والاقتصاديات : رماد الصودا مادة صلبة خفيفة الوزن تنحل باعتدال في الماء ، وتحتوي عادة على 99.3 % من  Na₂CO₃ . وتباع على اساس ما تحتويه من اكسيد الصوديوم ، الذي يبلغ عادة 58 ‏% ‏. ونوجز في الصورة 1– 1 والجدول 1  ‏- 1 ‏اكثر استخدامات رماد الصودا اهمية .

‏يتجاوز رماد الصودا المنتج من رواسب النطرون trona  الطبيعية ، في الوقت الحاضر ، مثيله المنتج من الامونيا - صودا . عانت المعالجة التركيبية من مشكلات ارتفاع التكاليف والتلوث وهي اخذة بالاختفاء في الولايات المتحدة .

‏الصودا الكاوية النقية : مادة صلبة بيضاء هشة تمتص الرطوبة وثاني اكسيد

 الصورة  1 – 1 . مخطط صناعات الكلور- القلى

‏الكربون بسهولة من الجو . وتباع على اساس ما تحويه من Na₂O  وتحتوي عادة على Na₂O  76 % مكافئا لـ  NaOH  98 % . يستخدم تعبير الصودا الكاوية على نطاق واسع لإنه مركب اكال للبشرة . ويبين الجدول 1 ‏- 4 ‏تعدد اشكال توزعها واستخدامها . وما تزال استخداماتها التقليدية اساسية في حقول الصابون ، والانسجة ، وتكرير البترول ، ويتزايد استخدامها في حقل انتاج المواد الكيميائية . وبما ان نسبة NaOH  الى Cl₂  المصنع يثبت عن طريق التناسبات في NaCl  ، لذلك توجد باستمرار صعوبة في التسويق . وهناك حاليا طلب شديد على المادة الكاوية ويتوقع له ان يبقى هكذا ، ولكن الطلب على الكلور تجاوز العرض خلال العقد الماضي . ان مشاكل تخزين الكلور وتكاليف تخزين وتصريف فائض المواد الكاوية يسبب تقلبات شديدة في الاسواق . ويبين الجدول 1 ‏- 2 ‏انتاج الكلور في الولايات المتحدة . تزايدت بصورة مضطردة اهمية الكلور المستخدم اصلا بصورة كلية تقريبا في التبييض .

‏الجدول 1- 2 ‏. انتاج الولايات المتحدة من الصودا الكاوية والكلور ( بآلاف الاطنان المتربة )

‏الجدول 1 ‏- 3 ‏. التوزيع المقدر لرماد الصودا في الولايات المتحدة ( لعام 1981 )

الجدول 1-4 . توزيع استخدام الصودا الكاوية في الولايات المتحدة

يعرض الجدول 1-5 استهلاك الكلور . لا تتضمن  الاستخدامات المعدنية فقط فائدة الخامات والصهر ، بل ايضا استخلاص النحاس ، والرصاص ، والنيكل والذهب ، والبلاتين . وتتضمن النواتج النهائية مواد اللباس ، والحلى ، والدهانات ، والمواد الغذائية ، والورق ، والاطارات ، والدمى . الجدول 1-5 . توزع استهلاك الكلور في الولايات المتحدة .