El proceso Leblanc fue uno de los primeros procesos industriales para fabricar carbonato de sodio ( carbonato de sodio ) utilizado durante todo el siglo XIX y lleva el nombre de su inventor, Nicolas Leblanc . Implicó dos etapas: producir sulfato de sodio a partir de cloruro de sodio , seguido de hacer reaccionar el sulfato de sodio con carbón y carbonato de calcio para producir carbonato de sodio. El proceso quedó gradualmente obsoleto tras el desarrollo del proceso Solvay .
La carbonato de sodio ( carbonato de sodio ) y la potasa ( carbonato de potasio ), denominados colectivamente álcalis , son sustancias químicas vitales en las industrias del vidrio , los textiles , el jabón y el papel . La fuente tradicional de álcali en Europa occidental era la potasa obtenida de las cenizas de madera . Sin embargo, en el siglo XIII, la deforestación había hecho que este medio de producción fuera antieconómico y hubo que importar álcali. La potasa se importaba de América del Norte, Escandinavia y Rusia, donde aún existían grandes bosques. La carbonato de sodio se importaba de España y las Islas Canarias, donde se producía a partir de las cenizas de las plantas de cristalina (llamadas cenizas de barilla en España), o se importaba de Siria. [1] La carbonato de sodio de las cenizas de la planta glasswort era principalmente una mezcla de carbonato de sodio y carbonato de potasio. Además, en Egipto, el carbonato de sodio natural, el mineral natrón , se extraía de los lechos de los lagos secos. En Gran Bretaña, la única fuente local de álcali eran las algas marinas , que llegaban a las costas de Escocia e Irlanda. [2] [3]
En 1783, el rey Luis XVI de Francia y la Academia de Ciencias de Francia ofrecieron un premio de 2.400 libras por un método para producir álcali a partir de sal marina ( cloruro de sodio ). En 1791, Nicolas Leblanc , médico de Luis Felipe II, duque de Orleans , patentó una solución. Ese mismo año construye la primera planta Leblanc para el Duque en Saint-Denis , y ésta comienza a producir 320 toneladas de refresco al año. [4] Se le negó el dinero del premio debido a la Revolución Francesa . [5]
Para conocer la historia más reciente, consulte la historia industrial a continuación.
En el primer paso, el cloruro de sodio se trata con ácido sulfúrico en el proceso de Mannheim . Esta reacción produce sulfato de sodio (llamado torta de sal ) y cloruro de hidrógeno :
Esta reacción química había sido descubierta en 1772 por el químico sueco Carl Wilhelm Scheele . La aportación de Leblanc fue el segundo paso, en el que se reducía una mezcla de torta de sal y piedra caliza triturada ( carbonato cálcico ) calentándola con carbón . [6] Esta conversión consta de dos partes. La primera es la reacción carbotérmica mediante la cual el carbón, una fuente de carbono , reduce el sulfato a sulfuro :
En la segunda etapa, se realiza la reacción para producir carbonato de sodio y sulfuro de calcio . Esta mezcla se llama ceniza negra . [ cita necesaria ]
La carbonato de sodio se extrae de la ceniza negra con agua. La evaporación de este extracto produce carbonato de sodio sólido. Este proceso de extracción se denominó lixiviación. [ cita necesaria ]
El cloruro de sodio se mezcla inicialmente con ácido sulfúrico concentrado y la mezcla se expone a baja temperatura. El gas cloruro de hidrógeno burbujea y se desecha a la atmósfera antes de que se introduzcan las torres de absorción de gas. Esto continúa hasta que todo lo que queda es una masa fusionada. Esta masa todavía contiene suficiente cloruro para contaminar las últimas etapas del proceso. Luego, la masa se expone a una llama directa, que evapora casi todo el cloruro restante. [7] [8]
El carbón utilizado en el siguiente paso debe ser bajo en nitrógeno para evitar la formación de cianuro . El carbonato de calcio, en forma de piedra caliza o tiza, debe ser bajo en magnesia y sílice. La relación en peso de la carga es 2:2:1 de torta de sal, carbonato de calcio y carbono, respectivamente. Se cuece en un horno de reverbero a unos 1000 °C. [9] A veces, el horno de reverbero giraba y por eso se le llamaba "revólver". [10]
El producto de ceniza negra de la cocción debe lixiviarse de inmediato para evitar la oxidación de los sulfuros a sulfato. [9] En el proceso de lixiviación, la ceniza negra se cubre completamente con agua, nuevamente para evitar la oxidación. Para optimizar la lixiviación del material soluble, la lixiviación se realiza en etapas en cascada. Es decir, se utiliza agua pura sobre la ceniza negra que ya ha pasado por etapas anteriores. El licor de esa etapa se utiliza para lixiviar una etapa anterior de ceniza negra, y así sucesivamente. [9]
El licor final se trata soplando dióxido de carbono a través de él. Esto precipita el calcio disuelto y otras impurezas. También volatiliza el sulfuro, que se elimina en forma de gas H2S . Cualquier sulfuro residual puede precipitarse posteriormente añadiendo hidróxido de zinc . El licor se separa del precipitado y se evapora utilizando el calor residual del horno de reverbero. Luego, la ceniza resultante se redisuelve en una solución concentrada en agua caliente. Los sólidos que no se disuelven se separan. Luego se enfría la solución para recristalizar carbonato de sodio decahidratado casi puro. [9]
Leblanc estableció la primera planta de proceso Leblanc en 1791 en St. Denis . Sin embargo, los revolucionarios franceses se apoderaron de la planta, junto con el resto de la propiedad de Luis Felipe, en 1794, y dieron a conocer los secretos comerciales de Leblanc . Napoleón I devolvió la planta a Leblanc en 1801, pero al carecer de fondos para repararla y competir con otras fábricas de refrescos que se habían establecido mientras tanto, Leblanc se suicidó en 1806. [5]
A principios del siglo XIX, los productores franceses de carbonato de sodio producían entre 10.000 y 15.000 toneladas al año. Sin embargo, fue en Gran Bretaña donde el proceso Leblanc se practicó más ampliamente. [5] La primera fábrica de refrescos británica que utilizó el proceso Leblanc fue construida por la familia Losh de fundadores de hierro en las fábricas Losh, Wilson y Bell en Walker en el río Tyne en 1816, pero los elevados aranceles británicos sobre la producción de sal obstaculizaron la economía de la Leblanc procesó y mantuvo tales operaciones a pequeña escala hasta 1824. Tras la derogación del arancel a la sal, la industria británica de las gaseosas creció espectacularmente. Bonnington Chemical Works fue posiblemente la primera producción, [11] y las fábricas químicas establecidas por James Muspratt en Liverpool y Flint , y por Charles Tennant cerca de Glasgow se convirtieron en algunas de las más grandes del mundo. Las obras de Muspratt en Liverpool disfrutaban de proximidad y conexiones de transporte con las minas de sal de Cheshire, las minas de carbón de St Helens y las canteras de piedra caliza del norte de Gales y Derbyshire. [12] En 1852, la producción anual de refrescos había alcanzado las 140.000 toneladas en Gran Bretaña y las 45.000 toneladas en Francia. [5] En la década de 1870, la producción británica de refrescos de 200.000 toneladas anuales excedía la de todas las demás naciones del mundo juntas. [ cita necesaria ]
Las plantas de proceso de Leblanc fueron bastante dañinas para el medio ambiente local. El proceso de generación de torta de sal a partir de sal y ácido sulfúrico liberaba ácido clorhídrico gaseoso y, debido a que este ácido era industrialmente inútil a principios del siglo XIX, simplemente se expulsaba a la atmósfera. Además, se produjo un residuo sólido insoluble y maloliente. Por cada 8 toneladas de carbonato de sodio, el proceso produjo 5,5 toneladas de cloruro de hidrógeno y 7 toneladas de residuos de sulfuro de calcio. Estos residuos sólidos (conocidos como galligu) no tenían valor económico y se apilaban en montones y se esparcían en los campos cercanos a las fábricas de refrescos, donde se erosionaban liberando sulfuro de hidrógeno , el gas tóxico responsable del olor a huevos podridos. [ cita necesaria ]
Debido a sus emisiones nocivas, las fábricas de refrescos Leblanc se convirtieron en blanco de demandas y legislación. Una demanda de 1839 contra las fábricas de refrescos alegaba que "el gas de estas fábricas es de naturaleza tan nociva que arruina todo lo que se encuentra dentro de su influencia, y es igualmente perjudicial para la salud y la propiedad. La hierba de los campos cercanos se quema, los jardines no dan frutos ni verduras; muchos árboles florecientes se han convertido últimamente en palos desnudos y podridos. El ganado y las aves de corral se marchitan y se marchitan. Empaña los muebles de nuestras casas, y cuando estamos expuestos a él, lo que ocurre con frecuencia, nos aflige. tos y dolores de cabeza... todo lo cual atribuimos a los trabajos alcalinos." [13]
En 1863, el Parlamento británico aprobó la Ley sobre álcalis de 1863 , la primera de varias leyes sobre álcalis , la primera legislación moderna sobre contaminación del aire . Esta ley permitió que no más del 5% del ácido clorhídrico producido por las plantas alcalinas pudiera ser vertido a la atmósfera. Para cumplir con la legislación, las fábricas de refrescos hicieron pasar el gas cloruro de hidrógeno que se escapaba a través de una torre llena de carbón , donde fue absorbido por el agua que fluía en la dirección opuesta. Las plantas químicas generalmente arrojaban la solución de ácido clorhídrico resultante en cuerpos de agua cercanos, matando peces y otras formas de vida acuática. [ cita necesaria ]
El proceso Leblanc también significó condiciones de trabajo muy desagradables para los operadores. Originalmente requería una operación cuidadosa y frecuentes intervenciones del operador (algunas de las cuales implicaban trabajo manual pesado) en procesos que desprendían productos químicos nocivos calientes. [14] A veces, los trabajadores que limpiaban los productos de reacción del horno de reverbero usaban mordazas de tela para la boca y la nariz para mantener el polvo y los aerosoles fuera de los pulmones. [15] [16]
Esto mejoró un poco más tarde a medida que los procesos se mecanizaron más para mejorar la economía y la uniformidad del producto. [ cita necesaria ]
En la década de 1880, se habían descubierto métodos para convertir el ácido clorhídrico en cloro gaseoso para la fabricación de polvo blanqueador y para recuperar el azufre en los desechos de sulfuro de calcio, pero el proceso Leblanc seguía siendo más derrochador y más contaminante que el proceso Solvay . Lo mismo ocurre cuando se compara con los procesos electrolíticos posteriores que eventualmente lo reemplazaron para la producción de cloro. [ cita necesaria ]
En 1861, el químico belga Ernest Solvay desarrolló un proceso más directo para producir carbonato de sodio a partir de sal y piedra caliza mediante el uso de amoníaco . El único producto residual de este proceso Solvay era el cloruro de calcio , por lo que era más económico y menos contaminante que el método Leblanc. Desde finales de la década de 1870, las fábricas de refrescos con sede en Solvay en el continente europeo supusieron una dura competencia en sus mercados nacionales para la industria británica de refrescos con sede en Leblanc. Además, la planta de Brunner Mond Solvay, inaugurada en 1874 en Winnington , cerca de Northwich, supuso una feroz competencia a nivel nacional. Los productores de Leblanc no podían competir con la carbonato de sodio de Solvay, y su producción de carbonato de sodio era efectivamente un complemento de su todavía rentable producción de cloro, polvo blanqueador, etc. (los subproductos no deseados se habían convertido en productos rentables). El desarrollo de métodos electrolíticos de producción de cloro eliminó también esa fuente de ganancias, y siguió una disminución moderada sólo por "acuerdos entre caballeros" con los productores de Solvay. [17] Hacia 1900, el 90% de la producción mundial de refrescos se realizaba mediante el método Solvay, o en el continente norteamericano, mediante la extracción de trona , descubierta en 1938, lo que provocó el cierre de la última planta norteamericana de Solvay en 1986. La última planta de carbonato de sodio de Leblanc cerró a principios de la década de 1920. [3] Sin embargo, debido a la solubilidad del bicarbonato, el proceso Solvay no funciona para la fabricación de carbonato de potasio , y el proceso Leblanc continuó en uso limitado para su fabricación hasta mucho más tarde. [ cita necesaria ]
Hay argumentos sólidos para argumentar que los desechos del proceso de Leblanc son el hábitat más amenazado en el Reino Unido, ya que los desechos se transforman en carbonato de calcio y producen un refugio para las plantas que prosperan en suelos ricos en cal, conocidos como calcicoles . Sólo cuatro de esos sitios han sobrevivido al nuevo milenio; tres están protegidas como reservas naturales locales, de las cuales la más grande, en Nob End , cerca de Bolton , es un SEIC y una reserva natural local , en gran parte por su escasa flora de orquídeas y calcicoles, más inusual en un área con suelos ácidos. Esta isla alcalina contiene en su interior una isla ácida, donde se depositaban escorias ácidas de caldera, que ahora se muestra como una zona dominada por el brezo, Calluna vulgaris . [18]