小苏打

背景

小苏打是一种白色结晶粉末 (NaHCO 3 )，化学家通常将其称为碳酸氢钠、碳酸氢钠、碳酸氢钠或酸式碳酸钠。它被归类为酸式盐，由酸（碳酸）和碱（氢氧化钠）结合形成，并与其他化学品反应为弱碱。在 300 华氏度（149 摄氏度）以上的温度下，小苏打会分解成碳酸钠（一种更稳定的物质）、水和二氧化碳。

小苏打的天然化学和物理特性使其具有广泛的应用，包括清洁、除臭、缓冲和灭火。小苏打以化学方式中和气味，而不是掩盖或吸收它们。因此，它被用于浴盐和除臭爽身粉。即使将降低 pH 值的酸或提高 pH 值的碱添加到溶液中，小苏打也倾向于将 pH 值保持在 8.1（7 为中性）。它的压片能力使其成为抗酸剂和假牙清洁产品的良好泡腾成分。碳酸氢钠也存在于一些抗牙菌斑漱口水产品和牙膏中。当小苏打以糊状形式用作清洁剂或在潮湿的海绵上干燥时，其晶体结构提供温和的磨损，有助于去除污垢而不会刮伤敏感表面。其温和的碱度可将污垢和油脂中的脂肪酸转化为肥皂形式，可溶于水并轻松冲洗。小苏打还用作制作面包或煎饼等烘焙食品的发酵剂。当与酸性剂（如柠檬汁）结合时，二氧化碳气体被释放并被产品的细胞吸收。随着气体在烘烤过程中膨胀，细胞壁也会膨胀，从而形成发酵产品。

除了许多家庭用途外，小苏打还有许多工业应用。例如，小苏打加热时会释放二氧化碳。由于二氧化碳比空气重，它可以通过隔绝氧气来抑制火焰，使碳酸氢钠成为灭火器中的有用试剂。 其他应用包括空气污染控制（因为它吸收二氧化硫和其他酸性气体排放物）、喷砂去除表面涂层、化学制造、皮革鞣制、油井钻井液（因为它沉淀钙并充当润滑剂）、橡胶以及塑料制造、造纸、纺织加工和水处理（因为它可以降低铅和其他重金属的含量）。

从英国进口的小苏打最早在殖民时期在美国使用，但直到 1839 年才在美国生产。 1846 年，康涅狄格州的医生 Austin Church 和马萨诸塞州的农民约翰·德怀特 (John Dwight) 在美国建立了工厂。纽约生产小苏打。 Church 博士的儿子 John 拥有一家名为 Vulcan Spice Mills 的磨坊。 Vulcan，罗马的锻造和火神，以手臂和锤子为代表，新的小苏打公司采用了手臂和锤子的标志作为自己的标志。今天，Arm &Hammer 品牌的小苏打是最广为人知的品牌之一。

Leblanc 工艺以发明它的法国化学家尼古拉斯·勒布朗 (Nicolas Leblanc) 的名字命名，是最早制造纯碱 (Na 2 CO 3 ) 的方法，碳酸氢钠就是用这种方法制造的。氯化钠（食盐）与硫酸一起加热，生成硫酸钠和盐酸。然后将硫酸钠与煤和石灰石一起加热以形成碳酸钠或纯碱。

在 1800 年代后期，比利时化学工程师欧内斯特·索尔维 (Ernest Solvay) 设计了另一种生产纯碱的方法。索尔维方法很快在美国被采用，取代了勒布朗工艺。在索尔维过程中，二氧化碳和氨被通入氯化钠的浓溶液中。粗碳酸氢钠沉淀出来并加热形成纯碱，然后进一步处理和精制形成美国药典的碳酸氢钠 (U.S.P.) 纯度。

虽然这种生产小苏打灰的方法被广泛使用，但也存在问题，因为该过程中使用的化学品是污染物，会导致处理问题。另一种方法是从天然矿床天然碱矿石中提炼纯碱。

原材料

小苏打或碳酸氢钠来自通过索尔维工艺或天然碱矿石（一种坚硬的结晶材料）获得的纯碱。天然碱的历史可以追溯到 5000 万年前，当时怀俄明州格林河周围的土地被一个 600 平方英里（1,554 平方公里）的湖泊所覆盖。随着时间的流逝，这个湖在砂岩和页岩层之间留下了 2000 亿吨纯天然碱矿床。格林河流域的矿床足以满足全世界数千年来对纯碱和碳酸氢钠的需求。

由于在 Solvay 方法中使用的合成过程存在一些污染问题，Church &Dwight Co. Inc. 越来越多地将其制造基于天然碱开采。另一家大型纯碱生产商 FMC 公司也依赖天然碱生产纯碱和碳酸氢钠。天然碱在地表以下 1,500 英尺（457.2 米）处开采。 FMC 的矿井包含近 2,500（4,022.5 公里）英里的隧道，覆盖 24 平方英里（62 平方公里）。这些隧道宽 15 英尺（4.57 米），高 9 英尺（2.74 米），允许必要的设备和车辆通过。

制造
过程

制作纯碱

• 1 纯碱可以使用索尔维工艺进行化学制造，也可以由天然碱矿石制成。如果使用天然碱矿石，则必须首先对其进行开采。天然碱矿石被带到地表后，被运送到各种加工厂。在那里，矿石被精炼成倍半碳酸钠浆，这是一种中间纯碱产品，实际上同时包含纯碱（碳酸钠）和小苏打（碳酸氢钠）。

制作小苏打

• 2 接下来，将中间纯碱溶液放入离心机中，将液体与晶体分离。然后将晶体溶解在旋转溶解器中的碳酸氢盐溶液（制造商制造的苏打灰溶液）中，从而成为饱和溶液。该溶液经过过滤以去除任何不溶性物质，然后通过进料罐泵送到碳酸化塔的顶部。
• 3 将纯化的二氧化碳引入塔底并保持压力。当饱和钠溶液通过塔时，它会冷却并与二氧化碳反应形成碳酸氢钠晶体。这些晶体在塔底收集并转移到另一个离心机，在那里过滤掉多余的溶液（滤液）。然后将晶体在碳酸氢盐溶液中洗涤，形成可用于干燥的饼状物质。从离心机中取出的滤液被循环到旋转溶解器，在那里它用于饱和更多的中间纯碱晶体。
• 4 然后将洗涤后的滤饼在连续带式输送机上或在称为 闪蒸干燥器的立式管式干燥器中干燥。 据 Church &Dwight 公司称，该工艺的理论产率在 90% 到 95% 之间，生产的小苏打纯度超过 99%。

小苏打制造过程的说明。该过程的关键步骤发生在碳酸化塔中。在这里，饱和的纯碱溶液从塔顶向下移动。当它下落时，溶液冷却并与二氧化碳反应形成碳酸氢钠晶体——小苏打。晶体经过滤、洗涤、干燥后，按粒度分选，适当包装。

对
不同等级的排序和存储

• 5 接下来，将干燥的碳酸氢钠晶体按粒度分为不同等级。标准等级的碳酸氢钠和特殊等级的碳酸氢钠是为满足客户的特定要求而制造的，粒度是等级的主要决定因素。粉状 #1 和细粒状 #2 在食品、化学品和药品中具有广泛的用途。颗粒等级 #4 和 #5 存在于食品和甜甜圈、清洁剂、药物和许多其他产品中。工业级碳酸氢钠用于多种应用，包括油井钻井液、灭火材料和水处理。
• 6 每个等级都进入一个保存箱，在那里控制气氛、二氧化碳和水分含量以“固化”产品。一旦固化，这些等级就可以进行包装和运输了。

质量控制

碳酸氢钠的质量在制造过程的每个阶段都受到控制。选择材料、设备和工艺本身以生产最高质量的碳酸氢钠。据 FMC 消息人士透露，该公司在建造工厂时，选择的材料和设备符合制造医药级碳酸氢钠的严格质量要求。 FMC 还使用 统计过程控制 (SPC) 以保持不变的日常质量，并绘制关键操作参数以保持过程控制。产品质量参数按批号记录，样品保存两到三年。

所有美国邮政等级符合美国药典和食品化学品法典 用于制药和食品应用的规范。此外，食品级碳酸氢钠符合美国食品和药物管理局规定的要求，属于公认安全的物质 (GRAS)。

未来

在二十世纪之交，小苏打的年销量为 53,000 吨（48,071 公吨）。虽然人口急剧增加，但到 1990 年，销售额下降到每年约 32,000 吨（29,024 公吨）。自发面粉、蛋糕和饼干混合物减少了对小苏打作为重要烘焙原料的需求。尽管如此，对该产品的需求仍然很大。商业面包师（尤其是饼干制造商）是该产品的主要用户之一。碳酸氢钠最重要的特性之一是，当受热时，它会释放出二氧化碳气体 (CO 2 )，从而使烘焙食品上升。碳酸氢钠还用于制药和健康行业，还有其他工业应用。因此，它仍然是今天和未来的重要产品。