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Soda
(hierzu Tafel »Sodabereitung«), [* 3]
kohlensaures Natron Na2CO3 , findet sich ausblühend aus vielen Gesteinen (Gneis, Traß, Thonlager vieler Steppen), im Auswurf der Salsen und Schlammvulkane und gelöst in vielen Quellen in der Nähe plutonischer Gebirge (die Karlsbader Quellen liefern jährlich 6,6 Mill. kg). Derartige Quellen bilden in Niederungen Natronseen, aus denen sich im Sommer viel S. ausscheidet (westliches Unterägypten, Bornu, Fezzan, Kleinasien, Armenien, Persien, [* 4] Hindostan, Tibet, Tatarei, Mongolei, China, [* 5] Südamerika, [* 6] Mexiko, [* 7] Kalifornien).
Die aus ägyptischen Seen gewonnene S. heißt Latroni; als Auswitterungsprodukt des Bodens liefert Ägypten [* 8] die Trona, Südamerika Urao u. dgl. Ähnlich gewinnt man S. auch in Ostindien, [* 9] bei Aden, [* 10] in Ungarn. [* 11] Während Landpflanzen beim Verbrennen eine kalireiche Asche hinterlassen, aus welcher Pottasche abgeschieden wird, erhält man aus Strandpflanzen, welche zum Teil zu diesem Zwecke kultiviert werden (Salsola, Salicornia, Atriplex, Chenopodium, Statice, Mesembryanthemum), [* 12] natronreiche Asche, die zur Darstellung von S. in Spanien, [* 13] auf den Kanaren, in Südfrankreich, Ägypten, Syrien, auf Sizilien, [* 14] am Kaspisee, in der Araxesebene etc. benutzt wird. Derartige Fabrikate sind: Barilla oder Alicantesoda und sizilische Rocchetta mit 25-30 Proz., Salicor von Narbonne mit 15 Proz., Blanquette von Aigues-Mortes mit 3-8 Proz. kohlensaurem Natron. Auch aus Kelp und Runkelrübenmelasse wird S. gewonnen.
Alle genannten Quellen sind von geringem Belang gegenüber der Darstellung von S. aus Kochsalz (Chlornatrium), welche außerordentlich große Dimensionen angenommen hat. Zur Umwandlung von Kochsalz in S. sind sehr viele Methoden angegeben worden; nach den ersten unbedeutenden Versuchen ist man aber bei dem Leblancschen Prozeß stehen geblieben, welchem erst in neuester Zeit ein andres Verfahren erhebliche Konkurrenz gemacht hat. Nach Leblanc verwandelt man das Chlornatrium zunächst durch Behandlung mit Schwefelsäure [* 15] in schwefelsaures Natron (Sulfat), wobei Chlorwasserstoff [* 16] (Salzsäure) entweicht.
Früher bereitete dieser den Fabriken große Verlegenheit, weil man keine ausreichenden Verdichtungsvorrichtungen und für die gewonnene Salzsäure nicht genügende Verwendung kannte. Gegenwärtig werden die Salzsäuredämpfe vollständig kondensiert und die Säure selbst zu den mannigfachsten Zwecken, großenteils in den Fabriken selbst (namentlich zur Bereitung von Chlorkalk), [* 17] benutzt. Die zur Zersetzung des Kochsalzes dienenden Sulfatöfen enthalten stets eine gußeiserne Pfanne oder Schale, in welcher das erste Stadium der Zersetzung bei niedriger Temperatur verläuft, und einen aus Mauerwerk bestehenden Raum, in welchem die Zersetzung bei höherer Temperatur vollendet wird.
[* 1] Fig. 1 u. 2 zeigen einen Sulfatofen, bei welchem das Feuer vom Rost a durch den Kalcinierraum b und dann mit Salzsäuredämpfen beladen in das Abzugsrohr c geht, um in die Kondensationsapparate überzutreten. Die in der Pfanne d entwickelten Salzsäuredämpfe gelangen dagegen unabhängig von den Ofengasen durch e in die Kondensationsapparate. ff sind Arbeitsöffnungen und g die Feuerthür mit durch Rollen [* 18] und Gegengewicht balancierten Verschlußplatten. h ist ein ebenso balancierter Doppelschieber zwischen Pfanne und Ofen, i ist die Beschickungsöffnung der Pfanne, und durch k wird der Pfanneninhalt in den Ofen geschafft. l ist der Rost für die Pfannenfeuerung, und das Trichterrohr m dient zum Einführen der Schwefelsäure.
Als Brennmaterial benutzt man bei diesen Flammöfen meist Koks, während die Muffelöfen, bei denen die Feuerungsgase gar nicht mit dem Sulfat in direkte Berührung kommen, häufiger mit Steinkohle geheizt, aber auch mit Gasfeuerung [* 19] versehen werden. Bei den mechanischen Sulfatöfen wird die ganze Operation in einer flachen, ausschließlich von oben geheizten gußeisernen Schale ausgeführt und durch einen Rührapparat sehr gefördert. Infolge der erzielten innigern Mischung gelangt man mit weniger Schwefelsäure und niedrigerer Temperatur zum Ziel, und die im regelmäßigen Strom entweichende Salzsäure ist, obwohl mit Feuerungsgasen gemischt, leichter kondensierbar.
In den Pfannen der Sulfatöfen zersetzt man Chargen von 250-800 kg Kochsalz mit Schwefelsäure von 59-60° B. Die zähteigig gewordene Masse schafft man nach dem Kalcinierraum und erhitzt sie hier bis zu ziemlich heller Glut, und bis sich keine Dämpfe mehr entwickeln. 100 kg Siedesalz mit 6-8 Proz. Feuchtigkeit liefern 110 kg Sulfat. Nach dem Verfahren von Hargreaves beschickt man 8-20 untereinander durch Röhren [* 20] verbundene Cylinder mit Kochsalz in porösen Stücken und leitet durch Rösten von Schwefelkies erhaltene, mit Luft und überhitztem Wasserdampf gemischte schweflige Säure hinein, während die Cylinder auf 500-550° erhitzt werden, bei welcher ¶
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Temperatur der Inhalt sich vollständig in Sulfat verwandelt, während Salzsäuredämpfe entweichen. Die schweflige Säure durchströmt einen Cylinder nach dem andern, welche in derselben Reihenfolge fertig und neu beschickt werden. Bei diesem Verfahren wird also die Schwefelsäurefabrikation vollständig erspart, und die Kondensation der sehr gleichmäßig sich entwickelnden Salzsäure gelingt nicht schwieriger als bei Anwendung von Flammöfen.
Das Sulfat besteht aus 96-97 Proz. schwefelsaurem Natron, 1,5-2 Proz. Schwefelsäure, 0,5-1 Proz. Kochsalz und etwas Eisenoxyd. Um es in S. zu verwandeln, schmelzt man es mit 90-120 Proz. gröblich zerkleinertem Kalkstein (Kreide [* 22] etc.) und 40-75 Proz. Steinkohlenklein im Flammofen. Dieser hat stets zwei Arbeitssohlen (Herde), von denen die eine, von der Feuerbrücke entferntere etwas höher liegt. Die Herde sind verhältnismäßig klein und nur auf eine Beschickung von ca. 400 kg eingerichtet.
In dem Sodaofen (Fig. 3-5) ist a der Feuerraum mit den Rosten, b die hohle Feuerbrücke mit dem Luftkanal c; die Beschickung wird durch den Füllrumpf f auf den Herd e gebracht, von welchem sie später nach d gelangt. Jeder Herd besitzt eine Arbeitsthür mit abbalancierter Verschlußplatte. An den Ofen schließt sich eine Verdampfpfanne g an, welche durch Oberfeuer geheizt wird. Sie besitzt zwei oder mehr Arbeitsthüren zum Ausräumen, und vor denselben steht das Salzfilter h mit Siebboden i. In einer Aussackung des Filters steht die Mutterlaugenpumpe k. Die Beschickung wird 40 bis 50 Minuten auf dem Herd e vorgewärmt, dann in etwa gleicher Zeit auf dem Herde d zu ziemlich heftiger Weißglut gebracht und fleißig durchgearbeitet.
Zuerst entwickelt sich aus der Masse Kohlensäure, dann brechen Kohlenoxydflammen hervor, und sobald diese reichlicher auftreten und die Masse steifer geworden ist, wird sie in eiserne Wagen gezogen und nach dem Erstarren aus diesen herausgestürzt. Die erhaltenen Brote (Bälle) bilden die Rohsoda. Durch eine Abänderung in der Beschickung vermeidet man die Bildung von Cyanverbindungen, welche als Ferrocyannatrium in die S. übergehen und dieselbe beim Kalcinieren durch Ausscheidung von Eisenoxyd rot färben. Ebenso läßt sich durch Zusatz von etwas Kalksteinstaub im letzten Augenblick das in der Schmelze vorhandene Schwefelnatrium zerstören, so daß man sehr reine Laugen gewinnt.
Große Vorteile gewähren die rotierenden Sodaöfen, welche die Bewältigung größerer Massen gestatten und eine vollständigere Zersetzung des Sulfats sichern. Einen solchen Ofen zeigen [* 21] Fig. 6-7, die Vorderansicht desselben nebenstehende Textfigur. a ist der Feuerraum, aus welchem die Flamme [* 23] in den rotierenden Cylinder b schlägt. Dieser läuft mit Gußstahlbandagen cc auf den Scheiben dd. Auf ein Zahnrad e, welches den Cylinder umgibt, wirkt das Vorgelege der Dampfmaschine [* 24] f und versetzt dadurch den Cylinder in Rotation.
Innen ist der Cylinder mit feuerfesten Steinen ausgekleidet. An die Austrittsöffnung des Cylinders schließt sich die Flugstaubkammer g, von welcher aus die Flamme zwei Abdampfpfannen hh bestreichen kann, und vor dieser stehen die Salzfilter ii mit der Mutterlaugenpumpe k. Über dem Ofen befindet sich eine Eisenbahn, und auf dieser laufen Wagen, aus welchen die Beschickung in den Cylinder gestürzt wird. Eine Eisenbahn unter dem Ofen dient zur Entleerung des Cylinders. Ein rotierender Ofen leistet soviel wie 3-4 Handöfen.
Die erhaltene Rohsoda bildet eine blasige, schlackenartige, steinharte, blaugraue Masse mit eingesprengten Koksstückchen und ist im wesentlichen ein Gemenge aus (36-40 Proz.) kohlensaurem Natron, Schwefelcalcium u. Kalk. Über den Sodabildungsprozeß sind sehr zahlreiche wissenschaftliche Untersuchungen angestellt worden, ohne daß bis jetzt vollkommene Einsicht erlangt worden wäre. Man kann annehmen, daß das schwefelsaure Natron durch die Kohle unter Bildung von Kohlensäure in Schwefelnatrium, der kohlensaure Kalk durch die Kohle unter Bildung von Kohlenoxyd in Kalk verwandelt wird.
Kalk und Kohlensäure setzen sich dann mit dem Schwefelnatrium zu kohlensaurem Natron und Schwefelcalcium um. Die Rohsoda enthält aber auch Natriumoxyd, Calciumoxyd, Reste von unzersetztem Sulfat, Chlornatrium und kohlensaurem Kalk, Verunreinigungen der Rohmaterialien, wie Kieselsäure, Thonerde, Magnesia etc., dann auch Cyan- und Schwefelcyanverbindungen, Ammoniakverbindungen, Schwefeleisen, Schwefelnatrium, unterschwefligsaures Natron etc. Sie nimmt an der Luft Feuchtigkeit auf und zerfällt unter Bildung von Ätzkalk und kohlensaurem Kalk. Das Schwefelcalcium zersetzt sich in kohlensauren Kalk und Schwefelwasserstoff, auch bildet sich Calciumsulfhydrat, welches beim Auslaugen Schwefelnatrium erzeugt.
Gleichzeitig wird schwefelsaures Natron gebildet. Man läßt deshalb die Rohsoda nur zwei Tage an der Luft liegen, zerschlägt sie in handliche Stücke und laugt sie kalt in solcher Weise aus, daß man möglichst konzentrierte Laugen erhält. Das Auslaugen geschieht systematisch in einer Reihe von Kasten, und das Wasser tritt stets zunächst zu schon fast vollständig erschöpfter, zuletzt aber zu ganz frischer Masse, um sich möglichst vollständig zu sättigen.
Der völlig erschöpfte erste Kasten wird neu beschickt und reiht sich nun dem letzten an, während das Wasser zunächst in den zweiten Kasten tritt, bis auch dieser erschöpft ist, etc. Eine Dampfleitung gestattet, die Lauge auf etwa 40° zu erwärmen. Aus dem letzten Kasten fließt Lauge von 27° B. ab, welche neben kohlensaurem Natron viel Ätznatron, außerdem Schwefelnatrium u. Schwefeleisennatrium, schwefligsaures, unterschwefligsaures u. schwefelsaures Natron, Chlornatrium, Natriumeisencyanür und Schwefelcyannatrium etc. enthält. Man verdampft sie in den erwähnten Pfannen mit Oberfeuerung unter Zufluß von
[* 21] ^[Abb.: Vorderansicht des rotierenden Sodaofens.] ¶
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Lauge, bis der ganze Inhalt der Pfanne in einen dicken Brei von kohlensaurem Natron mit 1 Molekül Kristallwasser verwandelt ist,
und bringt diesen auf die Salzfilter, um die Rotlauge, welche alle Verunreinigungen und mehr Ätznatron als S. enthält, von
dem Salze zu trennen. Letzteres wird wohl mit etwas Wasser oder reiner Sodalösung gewaschen, die Rotlauge
aber in die Pfannen zurückgepumpt oder auf Ätznatron verarbeitet. Bei Pfannen mit Unterfeuerung soggt man das sich ausscheidende
kohlensaure Natron aus, solange es noch rein genug erscheint, und verdampft die Mutterlauge zur Trockne, um ein Gemenge von kohlensaurem
Natron und Ätznatron (
kaustisches Sodasalz) zu erhalten, oder man verarbeitet sie auf Ätznatron oder karbonisiert
die Rohlauge, indem man sie mit Sägespänen versetzt, welche später beim Kalcinieren zu Kohlensäure verbrennen und das Ätznatron
in kohlensaures Natron, das Schwefelnatrium in schwefelsaures Natron verwandeln. Vollständiger wird das Schwefelnatrium oxydiert
(u. infolgedessen das Schwefeleisen ausgeschieden), wenn man die erwärmte Lauge in einem Koksturm einem
Luftstrom entgegenführt oder ein Gemisch von Kohlensäure u. Luft mittels des Injektors in die Lauge bläst.
Das Rohsalz, welches sich aus der verdampften Lauge ausgeschieden hat, wird im Flammofen kalciniert und bei Anwendung von Sägespänen am besten in einem Ofen mit kreisförmigem, rotierendem Herd und mechanischem Rührapparat bis zu vollständiger Verbrennung der Sägespäne erhitzt. Bisweilen bläut man auch die S. durch Zusatz von etwas Ultramarin oder regeneriertem Braunstein, welcher blaues mangansaures Natron bildet. Das kalcinierte Sodasalz (Sekundasoda) ist weiß, soll weniger als 2 Proz. Ätznatron und weniger als 1,5 Proz. unlösliche Substanzen enthalten.
Sie wird in raffiniertes Sodasalz (Primasoda) verwandelt, indem man sie in heißem Wasser löst, die Lösung absetzen läßt, verdampft, das ausgeschiedene Salz [* 26] aussoggt, im Flammofen trocknet und glüht. Es ist ganz weiß, in Wasser vollständig löslich, frei von Eisen [* 27] und Schwefelnatrium, fast frei von Ätznatron, aber von nicht höherer Gradigkeit als die Sekundasoda. Zur Darstellung der kristallisierten S. löst man möglichst reine Sekundasoda in heißem Wasser und bringt die geklärte Lösung in flache eiserne Kristallisiergefäße, welche bis an den Rand gefüllt und mit Bandeisen bedeckt werden. Die Kristallisation beginnt an letzterm, und man erhält im Winter in 6-8, im Sommer in 14 Tagen große Kristalle, [* 28] welche nach oberflächlichem Abtrocknen in Fässer verpackt werden. Sie enthalten nur 0,5-1 Proz. schwefelsaures Natron und 0,3-0,4 Proz. Chlornatrium. Die Mutterlauge liefert beim Verdampfen und Kalcinieren eine besonders für die Glasfabrikation [* 29] benutzte S. Die Zusammensetzung von kalcinierter S. des Handels zeigt folgende Tabelle:
|Französische raffinierte und karbonisierte S.||Englische S. für Seife||für Spiegelglas||Raffiniert||Glassoda|
|Kohlensaures Natron||76.67||87.01||92.34||95.39||98.20||77.08||78.55||98.20||80.64|
|Ätznatron||-||-||-||-||-||4.88||4.15||-||-|
|Schwefelnatrium||-||-||-||-||-||0.63||-||-||0,33?|
|Schwefelsaur. Natron||8.51||3.25||2.15||1.50||0.35||5.12||1.70||0.35||0.63|
|Chlornatrium||12.48||6.41||3.28||2.11||0.99||7.13||5.62||0.99||7.66|
|Kieselsaures Natron||-||-||-||-||-||2.40||0.25||-||-|
|Kohlensaurer Kalk||-||-||-||-||-||0.32||0.33||-||0.07|
|Eisenoxyd||-||-||-||-||-||0.32||0,27?||-||-|
|Unlösliches||0.12||0.22||0.08||-||0.06||0.66||0.48||0.06||1.29|
|Wasser||2.22||3.11||1.15||1.00||0.40||1.06||8.65||0.40||8.43|
Von sehr zahlreichen andern Methoden zur Darstellung von S. hat nur noch der Ammoniaksodaprozeß größere Bedeutung gewonnen. Derselbe beruht darauf, daß eine gesättigte Lösung von Kochsalz (Chlornatrium) mit doppeltkohlensaurem Ammoniak einen Niederschlag von doppeltkohlensaurem Natron und eine Lösung von Chlorammonium (Salmiak) gibt. Die filtrierte Kochsalzlösung von 24° B. fließt in ein hohes, cylindrisches Gefäß, [* 30] welches tiefer steht als das Lösungsbassin und mit demselben durch ein vom Boden des einen zum Boden des andern führendes Rohr kommuniziert.
Die Niveaus der Flüssigkeiten müssen sich also in beiden Gefäßen nach dem Gesetz der kommunizierenden Röhren richten. In dem zweiten Gefäß liegt ein durchlöcherter Boden, und wenn man unter diesen Ammoniak leitet, so durchströmt dasselbe die Salzlösung in feiner Verteilung und wird leicht absorbiert. Dabei vergrößert sich aber das Volumen der Flüssigkeit, während ihre Dichte auf 13-16° sinkt. Infolgedessen steigt das Niveau nach dem Gesetz der kommunizierenden Röhren, und man kann den Gang des [* 31] Apparats leicht derartig regeln, daß aus einem Seitenrohr des zweiten Gefäßes eine mit Ammoniak gesättigte Flüssigkeit abfließt.
Diese letztere wird gekühlt und gelangt in einen Apparat, in welchem sie durch Kohlensäure zersetzt wird. Letztere erhält man durch Brennen von Kalk oder durch Zersetzung eines kohlensauren Salzes mit einer Säure und leitet sie unter starkem Druck am Boden des Apparats in die Flüssigkeit. In dem Apparat liegt in regelmäßigen Abständen eine Anzahl durchlöcherter Platten von der Gestalt eines Kugelsegments mit der konvexen Seite nach oben und unter jeder dieser Platten eine zweite ebene Platte mit nur einem oder einigen wenigen Löchern.
Der Apparat wird mit Flüssigkeit beinahe gefüllt erhalten, doch fließt letztere durch ein Rohr in etwa der halben Höhe desselben zu, so daß sie nur in der obern Hälfte des Apparats erneuert wird. Sie sinkt sehr langsam nieder und sättigt sich sehr bald mit Kohlensäure. Man zieht sie alle 30 Minuten portionenweise ab und bringt sie auf Vakuumfilter, um das abgeschiedene doppeltkohlensaure Natron von der Salmiaklösung zu trennen. Nachdem das Salz mit wenig Wasser gewaschen ist, wird es in Apparaten von eigentümlicher Konstruktion getrocknet und erhitzt, wobei es die Hälfte seiner Kohlensäure verliert.
Diese wird durch Waschen von Ammoniak befreit und dann von neuem benutzt. Aus der Salmiaklösung wird das Ammoniak durch Destillation [* 32] mit Kalk wieder gewonnen. Der gesamte Verlust an Ammoniak bei der Fabrikation beträgt 5 Proz. Man zersetzt die Salmiaklösung auch mit Magnesia, verdampft die erhaltene Chlormagnesiumlösung und erhitzt den Rückstand in Wasserdampf, wobei Salzsäure entweicht und Magnesia zurückbleibt. Auf diese oder eine ähnliche Weise wird das Chlor des Chlornatriums in Form von Salzsäure gewonnen. Die Ammoniaksoda ist sehr rein, frei von Ätznatron, Schwefelnatrium und Eisen und unschwer 98-99gradig zu erhalten.
Die Gradigkeit der S. wird in Deutschland [* 33] nach Prozenten von kohlensaurem Natron, in England nach Prozenten von ¶