نمک صنعتی: روش تولید و کاربردهای کلرید سدیم

کلرید سدیم چیست؟| ویژگی‌ها، روش تولید و انواع کاربردهای نمک صنعتی

کلرید سدیم یا سدیم کلراید (sodium chloride) که به عنوان نمک شناخته می‌شود (اگر چه “نمک دریا” حاوی نمک‌های شیمیایی دیگر با ساختاری متفاوت هم هست)، یک ترکیب یونی با فرمول شیمیایی NaCl است که نسبت ۱:۱ یون‌های سدیم و کلرید را نشان می‌دهد. برای مقادیر نمک سدیم به ترتیب، ۲۲/۹۹ و ۳۵/۴۵ گرم در مول، ۱۰۰ گرم NaCl حاوی ۳۴/۳۹ گرم Na و ۶۶/۶۰ گرم Cl است.

کلرید سدیم، نمکی است که بیشترین عامل شوری آب دریا و مایع خارج سلولی بسیاری از ارگانیسم‌های چند سلولی محسوب می‌شود. در شکل خوراکی آن، با نام “نمک خوراکی”، معمولاً به عنوان چاشنی و نگهدارنده غذا استفاده می‌شود.

مقادیر زیادی سدیم کلرید در بسیاری از فرآیندهای صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این ترکیب، منبع اصلی ترکیبات سدیم و کلر است که به عنوان مواد اولیه برای اکثر سنتزهای شیمیایی استفاده می‌شود. دومین کاربرد عمده کلرید سدیم، یخ زدایی معابر تردد در شرایط دمایی زیر نقطه انجماد است.

نگاهی به تاریخچه کلرید سدیم

“نمک” (salt) یا همان “نمک سفره”، با فرمول شیمیایی NaCl نمایش داده می‌شود. این ماده، یک ترکیب یونی است که از یون‌های سدیم و کلر ساخته شده است. زندگی بشر به گونه‌ای تکامل یافته است که برای زنده ماندن به خواص شیمیایی نمک وابسته است.

هزاران سال است که انسان برای کاربردهای متنوع از نمک استفاده می‌کند؛ از نگهداری مواد غذایی گرفته تا چاشنی‌ها، همگی با همین ترکیب کلرید سدیم تأمین شده است. توانایی نمک در حفظ غذا یکی از تحولات توسعه دردوران زندگی بشر بود.

این ویژگی به از بین بردن عوامل فاسد کردن مواد غذایی در فصل‌های مختلف، بسیار کمک می‌کرد و امکان حمل غذا در فاصله‌های زیاد را فراهم می‌کرد. با این حال، به دست آوردن نمک اغلب دشوار بود، بنابراین به عنوان یک کالای تجاری بسیار ارزشمند، مبادله می‌شد.

در طول تاریخ، در دسترس بودن نمک برای بشر، مهم بوده است. در انگلیس، پسوند “ویچ” برای نام مکان به این مفهوم بود که در آنجا منابع نمک وجود داشته است. امروزه نمک در دسترس همه افراد جهان قرار دارد، نسبتاً ارزان است و اغلب برای خوراکی، با نام نمک یددار (ید به نمک اضافه شده است) فروخته می‌شود.

تاریخچه نمک در دنیای باستان

Solnitsata، اولین شهر شناخته شده در اروپا، در اطراف یک مرکز تولید نمک پدید آمد. باستان شناسان تصور می‌کنند که این شهر در بلغارستان امروزی واقع شده است و با فراهم کردن نمک برای سرتاسر منطقه بالکان، ثروت خود را جمع کرده‌اند.

نمک برای یهودیان، یونانیان، تامیل‌ها، چینی‌ها، هیتی‌ها و سایر اقوام باستان از ارزش بالایی برخوردار بود. از نمک برای پوشش دادن مسیرهای تردد در زمان‌های قدیم استفاده می‌شد. این کار تقریباً از دوران آشوری‌ها آغاز شد.

در سال‌های اولیه حکومت روم، با توسعه شهر رم، جاده‌هایی ساخته شد تا حمل و نقل نمک به پایتخت آسان‌تر شود. “دریای آدریاتیک” به دلیل عمق کم آن، شوری بیشتری دارد و در مقایسه با حوضچه‌های نمک در دریای Tyrrhenian، بسیار نزدیک‌تر به رم بود.

در اواخر امپراتوری روم و در سراسر قرون وسطی، نمک، کالایی گرانبها بود. این کالا توسط چند صد شتر در مسیرها حمل می‌شد تا به شهرهای دیگر برسد. نمک در تاریخ چین هم یک عامل مهم در توسعه فناوری بود و هم یک منبع ثابت برای درآمد دولت آن زمان به شمار می‌رفت.

اکنون، نمک یا همان کلرید سدیم، یک ماده بسیار مهم است که در ادامه بیشتر درباره آن صحبت می‌کنیم.

روش‌های تولید

استخراج نمکنمک در حال حاضر با تبخیر آب دریا یا آب نمک از چاه‌های شور و دریاچه‌های نمک در مقیاس انبوه تولید می‌شود. استخراج سنگ نمک نیز منبع اصلی تولید کلرید سدیم است. چین تأمین کننده اصلی نمک در جهان است. در سال ۲۰۱۷، تولید جهانی این کشور، ۲۸۰ میلیون تن برآورد شده است.

پنج تولید کننده برتر نمک سدیم کلرید در جهان به ترتیب شامل کشورهای چین، ایالات متحده، هند، آلمان  و کانادا است. نمک همچنین محصول جانبی استخراج پتاسیم نیز می‌باشد؛ اگرچه از طریق ترکیب عناصر تشکیل‌دهنده آن، یعنی سدیم و کلر، به راحتی کلرید سدیم تشکیل می‌شود:

۲Na (s) + Cl2 (g) → ۲NaCl (s)

با خنثی سازی هیدروکسید سدیم با خاصیت قلیایی شدید و اسید کلریدریک (یک اسید قوی)، محلول‌های کلرید سدیم تشکیل می‌شود. اگر به سیستم، انرژی داده شود، فرآیند الکترولیز، برعکس می‌شود. این یعنی هزینه‌ها افزایش خواهد داشت.

افزودن کلرید آهن به محلول کربنات سدیم منجر به رسوب کربنات آهن با سدیم کلرید به صورت جامد باقی مانده در محلول می‌شود. سدیم کلراید آنقدر ارزان و در دسترس است که دیگر نیازی به سنتز آن نیست.

استاندارد کلرید سدیم

سدیم کلراید دارای استاندارد بین المللی است که توسط مؤسسه ASTM International تدوین می‌شود. این استاندارد، ASTM E13-534 نام دارد و روش‌های استاندارد آزمون برای تجزیه و تحلیل شیمیایی کلرید سدیم را نشان می‌دهد. منابع ذکر شده در این استاندارد، روش‌هایی را برای تجزیه و تحلیل سدیم کلرید فراهم می‌کند تا مشخص شود آیا برای استفاده و کاربرد در حوزه مورد نظر، مناسب است یا خیر.

 

خواص و کاربردهای کلرید سدیم

در کلرید سدیم جامد، هر یون با شش یون با بار مخالف در یک بستر الکترواستاتیک احاطه شده‌اند. یون‌ها در رأس یک هشت ضلعی معمولی قرار دارند. در یک آرایش مکعبی، یون‌های کلرید، بزرگ‌تر و یون‌های سدیم، کوچک‌تر هستند.

همین ساختار در بسیاری از ترکیبات دیگر نیز یافت می‌شود و معمولاً به عنوان ساختار بلور هالیت یا سنگ نمک شناخته می‌شود.

نگاهی به محلول آبی سدیم کلراید

جاذبه بین یون‌های Na و Cl در ماده جامد به قدری زیاد است که فقط حلال‌های بسیار قطبی مانند آب، NaCl را به خوبی حل می‌کند.

هنگامی که کلرید سدیم در آب حل می‌شود، چارچوب ساختار کلرید سدیم از بین می‌رود ،زیرا یون‌های سدیم و کلر توسط مولکول‌های قطبی آب، احاطه می‌شوند. یون‌های کلرید به شدت حل شده و هر کدام به طور متوسط ​​با ۶ مولکول آب احاطه می‌شوند.

محلول‌های سدیم کلرید و آب خالص، خواص بسیار متفاوتی دارند. نقطه انجماد ۲۱.۱۲- درجه سانتیگراد  برای ۲۳.۳۱ درصد وزنی نمک است و نقطه جوش محلول نمک اشباع، نزدیک ۱۰۸.۷ درجه سانتیگراد (۲۲۷.۷ درجه فارنهایت) است.

pH محلول‌های سدیم کلراید

PH محلول کلرید سدیم به دلیل خاصیت قلیایی بسیار ضعیف یون ^–Cl که باز مزدوج اسید قوی HCl است، در حدود ۷ ثابت باقی می‌ماند. به عبارت دیگر، نمک طعام هیچ تأثیری بر PH سیستم، در محلول‌های رقیق که در آن ثابت تفکیک و ضرایب فعالیت یونی، ناچیز است، ندارد.

NaCl حلالیت نمک (گرم نمک کلرید سدیم در یک کیلوگرم حلال؛ در دمای ۲۵ درجه سانتی گراد)
۳۶۰	آب
۹۴	فرم آمید
۸۳	گلیسیرین
۷۱	پروپیلن گلایکول
۵۲	فرمیک اسید
۳۰.۲	آمونیاک مایع
۱۴	متانول
۰.۶۵	اتانول
۰.۴	دی متیل فرم آمید
۰.۱۲۴	۱-پروپانول
۰.۰۵	سولفولان/Sulfolane
۰.۰۵	۱-بوتانول
۰.۰۳	۲-پروپانول
۰.۰۱۸	۱-پنتانول
۰.۰۰۳	استونیتریل
۰.۰۰۰۴۲	استون

 

مشخصات فیزیکی و شیمیایی کلرید سدیم

نام ترکیب
IUPAC نامگذاری سدیم کلرید/Sodium chloride
نام‌های متداول دیگر: نمک معمولی/Common salt هالیت/halite سنگ نمک/rock salt سالین/saline نمک مصرفی/regular salt نمک دریا/sea salt
شاخص‌های شناسایی
۷۶۴۷-۱۴-۵	CAS Number
۲۳۱-۵۹۸-۳	EC Number
۵۲۳۴	PubChem CID
ویژگی‌ها و خواص
NaCl	فرمول شیمیایی
۵۸.۴۴۳ g/mol	جرم مولی
کریستال‌های مکعبی بی رنگ و شفاف	شکل ظاهری
بدون بو	بو
۲.۱۷ g/cm۳	دانسیته
۸۰۰.۷ °C (1,473.3 °F; 1,073.8 K)	نقطه ذوب
۱,۴۶۵ °C (2,669 °F; 1,738 K)	نقطه جوش
۳۶۰ g/L	حلالیت در آب
۲۱.۵ g/L	حلالیت در آمونیاک
کریستال‌های مکعبی بی رنگ و شفاف	حلالیت در متانول
ویژگی‌های ترموشیمی
۵۰.۵ J/(K·mol)	ظرفیت حرارتی (C)
۷۲.۱۰ J/(K·mol)	آنتروپی مولار استاندارد (So۲۹۸)
−۴۱۱.۱۲۰ kJ/mol	آنتالپی استاندارد تشکیل (ΔfH⦵۲۹۸)
ویژگی‌های ترموشیمی
سدیم فلورید /Sodium fluoride سدیم برمید/Sodium bromide سدیم یدید/Sodium iodide سدیم استاتید/Sodium astatide	آنیون‌ها
کلرید لیتیوم/Lithium chloride کلرید پتاسیم/Potassium chloride کلرید روبیدیوم/Rubidium chloride کلرید سزیم/Caesium chloride کلرید فرانسیم/Francium chloride	کاتیون‌ها

کاربردهای کلرید سدیم

۱-به عنوان نمک طعام

نمک طعام که به نمک تبلور مجدد نیز معروف است، ترکیبی است که می‌تواند منشأ دریایی داشته باشد یا به صورت سنگ نمک باشد.نمک طعام به صورت نمک معمولی و نمک یددار عرضه می‌شود و بسته به کاربردی که دارد می‌تواند در فرم پودر یا مِش باشد.

۲-تولید مواد شیمیایی

نمک کلرید سدیم به طور مستقیم یا غیرمستقیم در تولید بسیاری از مواد شیمیایی استفاده می‌شود. صنعت کلر-آلکالی، یکی از این کاربردهای متداول از این ترکیب است. طبق معادله شیمیایی زیر، نقطه شروع فرآیند کلرالکالی، یک فرآیند صنعتی برای تولید کلر و هیدروکسید سدیم، نشان داده شده است.

۲ NaCl +2 H_۲O → Cl_۲ + H_۲+۲ NaOH

این الکترولیز، در سلول جیوه، سل دیافراگم یا سل غشایی انجام می‌شود. هر یک از آنها از روش متفاوتی برای جداسازی کلر از هیدروکسید سدیم استفاده می‌کنند. سایر فناوری‌ها به دلیل مصرف زیاد انرژی در الکترولیز در دست تحقیق و بررسی بیشتر هستند.

برخی از کاربردهای کلر که در این فرآیند به دست می‌آید شامل مصرف در صنعت PVC، مواد ضد عفونی کننده و حلال‌ها است. هیدروکسید سدیم در صنایعی نظیر کاغذسازی، صابون سازی و آلومینیوم کاربرد دارد.

۳-تولید “سودا اَش”

از کلرید سدیم در فرآیند Solvay برای تولید کربنات سدیم و کلرید کلسیم استفاده می‌شود. کربنات سدیم نیز به نوبه خود برای تولید شیشه، بی کربنات سدیم و رنگ‌ها و همچنین تعداد زیادی مواد شیمیایی دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرد. در فرآیند مانهایم و در فرآیند هارگریوز، از سدیم کلرید برای تولید سولفات سدیم و اسید کلریدریک استفاده می‌شود.

۴-کاربردهای صنعتی نمک

• از کلرید سدیم در اکتشافات نفت و گاز بسیار استفاده می‌شود (نمک مورد استفاده در صنعت حفاری از سایز ۱۱۰ بوده و به نمک شکری معروف است). نمک جزء مهمی از مایعات حفاری در حفر چاه‌های نفتی است. برای لخته شدن و افزایش تراکم سیال حفاری، برای غلبه بر فشارهای بالای گاز، این نمک استفاده می‌شود. هر زمان که مته حفاری به لایه‌های نمک برخورد می‌کند، نمک سدیم کلرید به مایعات حفاری اضافه می‌شود تا محلول، اشباع شود و فرآیند انحلال در لایه نمک به حداقل برسد.
• کلرید سدیم همچنین برای افزایش پخت بتن در مصالح سیمانی استفاده می‌شود.
• در منسوجات و رنگرزی از نمک کلرید سدیم به عنوان عامل شستشو برای جداسازی آلاینده‌های آلی، رسوبات و مواد رنگی و مخلوط شدن با رنگ‌های غلیظ برای استانداردسازی استفاده می‌شود. یکی از نقش‌های اصلی آن در این صنعت، تأمین بار یونی مثبت برای تقویت جذب یون‌های منفیِ رنگ است.
• همچنین سدیم کلرید در فرآوری آلومینیوم، بریلیم، مس، فولاد و وانادیوم استفاده می‌شود.
• در صنعت کاغذسازی و تهیه خمیر کاغذ، از نمک برای سفید کردن خمیر چوب استفاده می‌شود.
• از کلرید سدیم برای ساخت کلرات سدیم استفاده می‌شود؛ که به همراه اسید سولفوریک و آب برای تولید دی اکسید کلر، یک ماده شیمیایی سفید کننده عالی حاوی اکسیژن، اضافه می‌شود.
• در برنزه سازی و تیمار چرم، این ترکیب معدنی به پوست حیوانات اضافه می‌شود تا از فعالیت میکروبی درلایه های زیرین پوست جلوگیری کند و رطوبت را مجدداً به داخل پوست جذب کند.
• در تولید لاستیک از نمک کلرید سدیم برای ساخت نئوپرن و لاستیک سفید استفاده می‌شود.
• نمک همچنین برای ایمن سازی زمین و ایجاد استحکام در پایه‌هایی که بزرگراه‌ها بر روی آن ساخته شده‌اند، اضافه می‌شود. این نمک برای به حداقل رساندن اثرات تغییر مکان، ناشی از تغییر در حجم رطوبت و بار ترافیکی در سطح زیرین، عمل می‌کند.
• به علت خاصیت جذب رطوبت، از کلرید سدیم گاهی به عنوان خشک کننده ارزان و ایمن استفاده می‌شود. این ویژگی باعث می‌شود افزودن نمک، به عنوان یک روش مؤثر در نگهداری مواد غذایی استفاده شود که در طول تاریخ هم این روش به اثبات رسیده است. نمک از طریق فشار اسمزی، آب را از باکتری‌ها بیرون می‌کشد و از تولید مثل – منبع اصلی فساد مواد غذایی- جلوگیری می‌کند.

۵-کاربرد نمک برای نرم کردن آب

آب سخت حاوی یون‌های کلسیم و منیزیم است که در عملکرد صابون تداخل ایجاد می‌کند. این شرایط منجر به ایجاد جرم یا یک لایه رسوبات معدنی قلیایی در تجهیزات و لوله‌های خانگی و صنعتی خواهد شد.

واحدهای نرم کننده آب در ساختمان‌های تجاری و مسکونی از رزین‌های تبادل یونی برای از بین بردن یون‌های ایجاد کننده سختی استفاده می‌کنند. این رزین‌ها با استفاده از کلرید سدیم، تولید و احیا می‌شوند.

۶-به عنوان نمک جاده

دومین کاربرد عمده کلرید سدیم برای جلوگیری از یخ زدگی و انجماد جاده‌ها است. این نمک را هم در سطل‌ها و مخازن کنار بزرگراه‌ها و جاده‌ها دیده‌اید و هم توسط وسایل نقلیه سرویس دهی فصل زمستان روی سطح جاده ریخته می‌شود.

با پیش بینی بارش برف، جاده‌ها با آب نمک غلیظ (محلول غلیظ نمک در آب) “ضد یخ” خواهند شد؛ عاملی که از اتصال بین یخ حاصل از برف و سطح جاده جلوگیری می‌کند. برای یخ زدایی، از مخلوط نمک استفاده می‌شود؛ گاهی اوقات، کلرید سدیم با عواملی مانند کلرید کلسیم یا کلرید منیزیم برای این کار استفاده می‌شوند.

۷-در صنایع غذایی و کشاورزی

بسیاری از میکروارگانیسم‌ها نمی‌توانند در یک محیط شور زندگی کنند؛ به همین دلیل از نمک برای نگهداری برخی از مواد غذایی استفاده می‌شود.

نمک یا توسط تولید کننده مواد غذایی یا توسط مصرف کننده به عنوان یک ماده تقویت کننده طعم، ماده نگهدارنده، یک افزودنی کنترل کننده فرآیند تخمیر، عامل کنترل کننده تردی بافت و عامل رنگزا به مواد غذایی اضافه می‌شود.

مصرف کلرید سدیم در صنایع غذایی به عنوان افزودنی به فرآورده‌های غذایی نظیر بسته بندی گوشت، کنسرو، غذاهای آماده طبخ، لبنیات و محصولات آسیاب شده مصرف می‌شود. نمک برای تقویت رنگ در ژامبون و سایر محصولات گوشتی فرآوری شده اضافه می‌شود.

کلرید سدیم به عنوان یک ماده نگهدارنده، از رشد باکتری‌ها جلوگیری می‌کند. نمک به عنوان یک عامل اتصال دهنده (=بافت چسبنده ایجاد می‌کند) در سوسیس و کالباس عمل می‌کند و یک ژل اتصال دهنده را تشکیل می‌دهد که از گوشت، چربی و رطوبت، تشکیل شده است.

در بسیاری از صنایع لبنیات ، نمک به عنوان ماده کنترل کننده رنگ، تخمیر و کنترل بافت به پنیر اضافه می‌شود. زیر مجموعه لبنیات شامل تولید کره، شیر تغلیظ شده، دسرهای منجمد، بستنی، پنیر طبیعی و فرآوری شده و محصولات لبنی خاص است.

در کنسرو کردن، نمک کلرید سدیم در درجه اول به عنوان تقویت کننده و نگهدارنده طعم افزوده می‌شود. در محصولات غله و آسیاب شده نظیر آرد و برنج و غلات صبحانه از نمک استفاده می‌شود. نمک همچنین یک چاشنی در تهیه چیپس سیب زمینی، چوب شور، غذای حیوانات خانگی و … می‌باشد.

۸-در کپسول‌های آتش نشانی

کلرید سدیم عامل اصلی اطفای حریق است که در آتش سوزی‌های ناشی از فلزات قابل احتراق مانند منیزیم، پتاسیم، سدیم و آلیاژهای NaK استفاده می‌شود. پودر ترموپلاستیک همراه با ترکیبات ضد آب (استئارات‌های فلزی) و موادی مثل‌تری کلسیم فسفات، به مخلوط اضافه می‌شود تا ماده خاموش کننده تشکیل شود.

۹-در شوینده‌ها و تمیز کننده‌ها

از دوران قرون وسطی، مردم از نمک به عنوان ماده پاک کننده بر روی سطوح در خانه استفاده می‌کردند. این ماده همچنین در بسیاری از محصولات نظیر شامپو و خمیر دندان استفاده می‌شود.

نمک صنعتی

ایمنی سدیم کلراید

تماس با کلرید سدیم ممکن است باعث تحریک چشم شود. قرار گرفتن طولانی مدت در معرض این ماده جامد ممکن است باعث درد و قرمزی چشم‌ها شود.

ممکن است سدیم کلرید باعث تحریک پوست شود. اگر از طریق پوست جذب شود، ممکن است مضر باشد. بلعیدن این نمک با حجم زیاد می‌تواند باعث تحریک دستگاه گوارش شود.

استنشاق غبارات و ذرات ریز که از بسته بندی‌های این نمک منتشر می‌شوند، ممکن است باعث تحریک دستگاه تنفسی شود.

شرایط نگهداری

بسته بندی‌ها و مخازن حاوی کلرید سدیم باید در انبارهایی با تهویه مناسب، در جای خشک و خنک ذخیره و نگهداری شوند. سعی کنید تولید و تجمع گرد و غبار نمک را به حداقل برسانید. از تماس سدیم کلرید با پوست، چشم و لباس اجتناب شود. از خوردن نمک صنعتی و استنشاق غبارات آن خودداری کنید. درب ظروف حاوی نمک را باید همیشه محکم ببندید.

بسته بندی نمک صنعتی

فروش سدیم کلراید در بسته بندی‌های مختلف انجام می‌شود. اگر سدیم کلرید مرک در گرید آزمایشگاهی مورد نظر باشد، وزن بسته‌ها از ۵۰۰ گرم تا یک کیلوگرم می‌تواند متغیر باشد.

در گرید صنعتی، مصرف این نمک بسیار بیشتر است و الزاماً بسته بندی‌ها یا به صورت کیسه‌ای است و یا به صورت فله‌ای حمل می‌شود. وزن کیسه‌ها از ۲۰ یا ۲۵ کیلوگرم، ۵۰ کیلوگرم و ۱۰۰۰ کیلوگرم می‌تواند تغییر کند.

وضعیت بازار و خرید و فروش

قیمت کلرید سدیم بر اساس شرکت تولید کننده معین می‌شود. مصارف صنعتی این ترکیب به قدری مهم هستند که نشان دهنده افزایش تقاضا برای خرید این ماده می‌باشد. برای دریافت قیمت سدیم کلرید و خرید آن می‌توانید به وبسایت شیمیکو مراجعه کنید.

انتشار آگهی خرید و فروش نمک

منبع:

https://en.wikipedia.org/wiki/Sodium_chloride

https://fscimage.fishersci.com/msds/21105.htm

https://en.wikipedia.org/wiki/History_of_salt