הצגת המקור של הדף "תהליך סולווה"

'''תהליך סולווה''' (ב[[אנגלית]]: '''Solvay process''') הוא התהליך התעשייתי העיקרי להפקת [[נתרן פחמתי]] ו[[סודה לשתייה]].

בצורתו המודרני פותח התהליך על ידי ארנסט סולווה ב[[שנות ה-60 של המאה ה-19]]. [[חומר גלם|חומרי הגלם]] לתהליך זמינים וזולים: [[מי ים]], ו[[אבן גיר]].  בשנת 2005 ייוצרו בעולם 42 מיליון טון של [[נתרן פחמתי]] כלומר כ-6 ק"ג לכל אדם באוכלוסיית העולם, כשלושה רבעים מכמות זו מופקת בתהליך סולווה.

== היסטוריה ==

עד לסוף [[המאה ה-18]] הופקו פחמות של נתרן ואשלגן מ[[אפר]] צמחים. אפר עצים שימש כמקור לאשלגן פחמתי ואילו אפר צמחי [[אגם יבש|מלחה]] או [[קלפ]] שימש כמקור ל[[נתרן פחמתי]] ו[[סודה לשתייה]].

=== תהליך Leblanc ===

הביקוש הגובר ל[[נתרן פחמתי]] לתעשיית ה[[סבון]], ה[[טקסטיל]] וה[[זכוכית]] יצר מחסור בחומר. בשנת 1791 הרופא הצרפתי ניקולא לבלנק (Nicolas Leblanc) פיתח שיטה להפקת [[נתרן פחמתי]]. חומרי הגלם בתהליך שלו היו [[מלח בישול]], [[סידן פחמתי|גיר]], [[חומצה גופרתית]] ו[[פחם]]. בשלב הראשון חוממה תערובת של [[מלח בישול]] (NaCl) ו[[חומצה גופרתית]] (H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>)  לקבלת [[נתרן גופרתי]] ו[[חומצת מימן כלורי|חומצה מלחית]] (HCl).

<math>2NaCl +H_2SO_4 \longrightarrow Na_2SO_4 +2HCl</math>

בשלב הבא חומם ה[[נתרן גופרתי|נתרן הגופרתי]] Na<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> עם [[פחם]] לקבלת [[נתרן גופרי]] (Na<sub>2</sub>S), תוך שחרור [[פחמן דו-חמצני]], על-פי התגובה הבאה: <math>Na_2SO_4+2C \longrightarrow Na_2S +2CO_2 </math>

לבסוף הגיב הנתרן הגופרי (Na<sub>2</sub>S), עם [[סידן פחמתי|גיר]] (CaCO<sub>3</sub>), לקבלת [[נתרן פחמתי]] (Na<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>), וסידן גופרי (CaS), בתגובה : <math>Na_2S+CaCO_3 \longrightarrow Na_2CO_3 + CaS</math>

כדי להפריד את ה[[נתרן פחמתי|נתרן הפחמתי]] מתערובת המוצקים שהתקבלה נשטף התוצר במים. הנתרן הפחמתי המסיס הופרד מהסידן הגופרי ושקע כאשר המים התאדו.
[[קובץ:Leblanc process reaction scheme.svg|מרכז|ממוזער|400x400 פיקסלים|תהליך Leblanc להפקת [[נתרן פחמתי]] ו[[סודה לשתייה]].]]תהליך Leblanc יצר מפגעים סביבתיים ניכרים. [[חומצת מימן כלורי|חומצה הידרוכלורית]] גזית נפלטה לאוויר בכמויות גדולות (כ-7 טון חומצה לכל 10 טון של [[נתרן פחמתי]]) והפסולת המוצקה - סידן גופרי CaS נערמה בסביבת המפעלים וגרמה פליטות של [[מימן גופרי]] (<chem>H_2S</chem>) רעיל ומסריח. פליטת הגזים פגעה קשות באוכלוסייה השכנה וכן בצמחייה ובחקלאות מסביב לאתרי הייצור. המפעלים היו חשופים לתביעות [[דיני נזיקין|נזיקין]] ולחקיקה מגבילה. בשנת 1863 נחקק חוק שהגביל את פליטת ה[[חומצת מימן כלורי|מימן כלורי]] ל-5% מהכמות הנוצרת. חוק זה (Alkali Act 1863) נחשב ל[[רגולציה]] המודרנית הראשונה על [[זיהום אוויר]]. המפעלים החלו להעביר את הגז הנפלט דרך מים ולהיפטר מהתמיסה החומצית שהתקבלה באמצעות הזרמתה לנחלים ואגמים תוך פגיעה קשה בדגה. תהליך לבלנק יצר גם תנאי עבודה קשים לפועלים שהיו חשופים לכימיקלים.

.

=== פיתוח תהליך סולווה ===
[[קובץ:SolvayPlant-NY-ErieCanal.jpg|ממוזער|300x300 פיקסלים|מפעל המתבסס על תהליך סולווה, במדינת [[ניו יורק (מדינה)|ניו-יורק]], [[ארצות הברית]].]]
תהליך לבלנק הפך לאופן הייצור המרכזי בתחילת [[המאה ה-19]], אולם עלותם הגבוהה של חומרי הגלם והזיהום שיצר ובפרט פליטת אדי חומצת מימן כלורית המריצו  חיפוש תהליך חלופי. כבר ב-1811 גילה [[אוגוסטן ז'אן פרנל]] כי בעבוע [[פחמן דו-חמצני]] דרך [[מי ים]] שהומסה בהם [[אמוניה]] הביאה לשקיעת [[סודה לשתייה]] - התגובה המרכזית בתהליך סלווה, אך פרנל לא פרסם את הגילוי. ניסיון להפוך את התגובה ליישומית מתועד בפטנט בריטי משנת 1834.

בשנת 1861 הכימאי התעשייתי ארנסט סולווה (Ernest Solvay), החל לחקור את הבעיה כנראה בלא הכרה של רוב המחקר הקודם בתחום. הפתרון שמצא סולווה: מגדל ספיחת גז בגובה 24 מטרים בו בעבע [[פחמן דו-חמצני]] דרך זרם יורד של [[מי ים]] ומחזור של ה[[אמוניה]] הדרושה לתגובה הוכח כיעיל. המפעל הראשון לייצור [[נתרן פחמתי]] בתהליך סולווה הוקם ב[[בלגיה]] ב-1864 ובשנת 1874 הקים סולווה עם אחיו מפעל גדול יותר ב[[נאנסי|ננסי]] שב[[צרפת]]. באותה שנה נבנה מפעל דומה גם ב[[אנגליה]] ובשנת 1884 נתנו האחים סולווה זיכיון למפעל ב[[ארצות הברית]].

== התהליך ==
בתהליך סולווה מעבירים [[פחמן דו-חמצני]] (CO<sub>2</sub>) דרך [[תמיסה]] מרוכזת של [[מלח בישול]] (NaCl) ו[[אמוניה]] (NH<sub>3</sub>) התגובה להפקת [[סודה לשתייה]]:

<math>NaCl +CO_2+NH_3+H_2O\longrightarrow NaHCO_3 +NH_4Cl    \qquad(1)</math>

במפעל [[תמיסת מלח]] מועברת דרך שני מגדלים, בראשון מבעבעים לתוכה [[אמוניה]] המתמוססת בה ובמגדל השני מבעבעים את ה-CO<sub>2</sub>. ה[[אמוניה]] נחוצה משום שהיא יוצרת [[pH]] [[בסיס (כימיה)|בסיסי]] ובסביבה בסיסית [[סודה לשתייה]] מסיסה פחות מ-[[מלח בישול|NaCl]] ולכן תשקע כמוצק. בלי [[אמוניה]] התמיסה תהיה [[חומצה|חומצית]] ולא יהיה ניתן להפריד ממנה [[סודה לשתייה]].

ה[[אמוניה]] שנצרכה בשלב (1) ממוחזרת בשלב מאוחר יותר ומוחזרת לתחילת התהליך.

את ה[[פחמן דו-חמצני|פחמן הדו-חמצני]] מפיקים בתהליך של פירוק בחום ('''calcination''') של [[סידן פחמתי|גיר]] (CaCO<sub>3</sub>), ב[[טמפרטורה]] של 900-1100°C.

<math>CaCO_{3(s)}\longrightarrow CO_{2(g)} +CaO_{(s)}  \qquad(2) </math>

לאחר שה[[סודה לשתייה]] מסוננת מתמיסת ה-NH<sub>4</sub>Cl שנוצרה בתגובה (1) משחזרים את ה[[אמוניה]] באמצעות תגובה עם [[סידן חמצני|הסידן החמצני]] CaO שנוצר בתגובה (2)

<math>2NH_4Cl +CaO\longrightarrow 2NH_3+CaCl_2+H_2O \qquad (3)</math>

ה[[אמוניה]] שנוצרה בשלב (3) מוזרמת למגדל התגובה הראשון כמגיב בתגובה (1), כך שתוצר הלוואי היחיד הוא המלח [[סידן כלורי]] (CaCl<sub>2</sub>) - חומר שיש לו שימושים תעשייתיים שונים, במיוחד כחומר למניעת קפיאת מים על כבישים. כמעט כל ה[[אמוניה]] משוחזרת כך שחומרי הגלם המסופקים באופן רציף הם רק תמיסת מלח בישול (NaCl) וגיר (CaCO<sub>3</sub>).

ניתן להוסיף לתהליך שלב בו הופכת ה[[סודה לשתייה]] ל[[נתרן פחמתי]] (Na<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>) באמצעות חימום ל[[טמפרטורה|טמפרטורות]] של 160-230°C.

<math>2NaHCO_3\longrightarrow Na_2CO_3 +CO_2+H_2O  \qquad (4)</math>

חיבור התגובות נותן את התהליך הכולל לייצור [[נתרן פחמתי]]:

<math>2NaCl+CaCO_3\longrightarrow Na_2CO_3+CaCl_2</math>

ה-CO<sub>2</sub> הנוצר בשלב (4) מועבר חזרה לשלב (1).
[[קובץ:Solvay Process.PNG|מרכז|ממוזער|500x500 פיקסלים|תהליך סלווה - להפקת [[נתרן פחמתי]] ו[[סודה לשתייה]].]]

== פסולת ==
נוסף לסידן הכלורי, מפעלי [[סודה לשתייה]] ו[[נתרן פחמתי]] בשיטת סולווה יוצרים תוצרי לוואי אחרים שעלולים לפגוע בסביבה. ניצולת שלב (2) אינה מלאה כך שלא כל הגיר המסופק לשלב זה הופך [[סיד|לסידן חמצני]] (CaO) ועודפי הגיר מצטברים. בנוסף יש לטהר את תמיסת המלח (שמקורה ב[[מי ים]]) מיונים של [[מגנזיום]] ו[[סידן]], הוצאת היונים הללו מבוצעת על ידי השקעתם (כפחמות), וכך מצטברת פסולת נוספת שיש לסלק.
==קישורים חיצוניים==
{{ויקישיתוף בשורה}}
* {{בריטניקה}}

[[קטגוריה:תהליכים כימיים תעשייתיים|סולווה]]
[[קטגוריה:כימיה אי-אורגנית]]
[[קטגוריה:פחמות]]