بخشی از مقاله
مقايسه و بررسي روشهاي تصفيه نمک
چکيده
وجود ناخالصي ها در نمک يکي از مواردي است که باعث ايجاد مشکلات جدي در توليد نمک طعام مي گردد. لذا فرايند هاي شيميايي زيادي را مي بايست جهت تصفيه آن انجام داد و در نتيجه قيمت تمام شده نمک توليدي افزايش مي يابد. از جمله روشهايي که امروزه جهت خالص سازي نمک طعام مورد استفاده قرار مي گيرد روش تبلور مجدد و روش سالکس مي باشد. روش سالکس يک روش ارزان و موثر بوده و نمک با درجه خلوص بالايي نيز توليد مي نمايد. در اين مقاله مزايا و معايب روش تبلور مجدد و نيز روش سالکس بيان گرديده و اين دو روش با يکديگر مقايسه شده است .
واژه هاي کليدي: تبلور مجدد، روش سالکس ، نمک .
مقدمه
سنگ نمک يا اصطلاحا نمک از کاني هاليت با فرمول شيميايي NaCl تشکيل مي شود. اين کاني در رسوبات سنگ نمـک ، آب نمک ، درياچه هاي آب شور و مردابها، آب دريا و چشمه هاي آب شور يافت مي شود. نمک خـالص داراي ٣٩.٣ درصـد وزني سديم و ٦٠.٧ درصد وزني کلر است . نمکهاي استحصالي از منابع سنگ نمکي معمـولا داراي ناخالصـي هـاي مختلفـي هستند که مهمترين آنها سولفات کلسيم ، دولوميت ، کلسيت ، پيريت ، کوارتز مي باشـند در صـورتيکه آب نمکهـاي طبيعـي عموما داراي کلريدهاي کلسيم و منيزيم و کربناتها هستند و ممکن است داراي مقادير قابل توجهي بـرم ، ليتـيم ، بـاريم نيـز باشند. سنگ نمک اغلب براي توليد نمک تصفيه شده استفاده مي شود.
سنگ نمک به وفور در ايران وجود دارد و به ندرت کاملا خالص يافت مي شود و عموما همراه با ديگر املاح در زمين و دريا موجود است . علي رغم توجه بسياري از کشورها در طول تاريخ به اين ماده ، در کشور ما نمک و اهميت آن کمتر مورد توجه قرار گرفته است . علت آن را مي توان وفور و پراکندگي معادن زميني و دريايي نمک و دستيابي آسان به آن دانست .
بنا به روايتي در گذشته مصرف نمک در خانوار به اين ترتيب بود که کدبانوي هر خانه سنگ نمک را در ظرفي گلي نگهداري و با افزودن آب شرب به آن (کلوخه درشت نمک ) محلول آب نمک به دست مي آورد و از آن در آشپزي استفاده مي کرد.
متأسفانه توليد نمک به شيوه مزبور ادامه دارد. در گذشته ساکنين مجاور معادن نمک در صورت دستيابي به سنگ نمک شفاف که ظاهرا درجه خلوص آن را بالا مي پنداشتند از طريق پتک يا آسياب دستي کلوخه هاي نمک را خرد کرده و به صورت نمک سفره براي غذاهاي آماده و يا ميوه جات جهت مزه دادن به آنها استفاده مي کردند و همچنين ساکنين مجاور درياهاي شور مثل درياچه اروميه ، درياچه مهارلو و درياچه قم از طريق آب ساحلي به وجود نمک در دريا يا درياچه ها پي برده و با استفاده از تجارب خود حوضچه هايي جهت تبخير سريعتر آب و استفاده وسيعتر از نمک آن درست کرده و بدين ترتيب نمک مورد نياز خود را تأمين مي کردند. نظر به بي ارزش بودن نمک حاصله ، که امکان دستيابي به آن براي هر کس ممکن بود، هيچگونه سرمايه گذاري مفيدي جهت سرو سامان دادن به وضعيت نمک در گذشته در کشور صورت نگرفته است .
عمده منابع سنگ نمک در کشور در استان سمنان واقع شده است و بررسي ها نشان ميدهد بيش از ٩٠ درصد نمک استحصال شده درصد خلوص بالاي ٩٥ درصد دارند. معادن نمک اغلب به شکل کوههاي نمک وجود دارند که رگه هاي ضخيم نمک در آنها به چند کيلو متر مي رسد. اين ماده ، از دير باز مورد توجه بشر بوده و امروزه نقش مهمي در صنعت ، تغذيه و سلامت جامعه ايفا مي کند. از اين رو نمک توليد شده در واحد هاي توليد نمک در ايران موارد زير را شامل مي شود:
(1 نمک تصفيه شده يد دار براي مصارف تغذيه اي
(2 نمک براي صنايع غذايي
(3 نمک براي صنايع غير غذايي
بعنوان مثال نمک در صنايع غذايي شامل خواص زير است :
(1 ايجاد طعم و مزه در مواد غذايي
(2 جلوگيري از رشد ميکروارگانسيم هاي نامطلوب و جلوگيري از فساد مواد غذايي
متوسط سرانه نمک خوراکي ايران در سال حدود ١٥-١٠ گرم در روز برآورد شده است . مصرف سرانه نمک در کشورهاي مختلف از ٧ تا ٢٢.٥ گرم در روز متغير است . با توجه به مصرف سرانه نمک طعام و نقش آن در صنايع غذايي و رژيم هاي غذايي و تأثير بر روي سلامتي افراد جامعه ، کنترل کيفي نمک طعام داراي اهميت خاصي است که بايد مورد توجه قرار گيرد. در کنترل کيفي نمک طعام علاوه بر تعيين درصد خلوص و ناخالصي هاي غير مضر از قبيل کلسيم و منيزيم ، که تأثير زيادي بر روي کيفيت آن دارند، اندازه گيري عناصر سنگين ، آرسنيک و مواد راديواکتيو، که داراي خاصيت تجمع تدريجي در اندام هاي بدن و ايجاد مسموميت هاي مزمن و عوارض بهداشتي مختلفي مي باشند، نيز حائز اهميت بسياري است .
مهمترين قسمت کنترل کيفي نمک طعام ، بررسي ناخالصيهاي مضر مانند فلزات سنگين و سپس تعيين ناخالصيهاي غير مضر مانند کلسيم و منيزيم و تعيين درصد آنها است . اگر چه ممکن است غلظت مواد سمي موجود در نمک بسيار ناچيز باشد ولي بعلت عوارض نامطلوبي که ايجاد مي نمايد، کنترل آنها از اهميت خاصي برخوردار مي باشد. در کشور ما براي نخستين بار در سال ١٣٤٤ استاندارد نمک تهيه شد و در سال ١٣٨٥ به تصويب رسيد. اين استاندارد درباره انواع نمک هاي خوراکي بسته بندي شده مورد مصرف سفره و صنايع مواد خوراکي کاربرد دارد.
روشهاي تصفيه نمک
با توجه به حساسيت موضوع ، نمک مصرفي لازم است در کارخانه هاي توليد نمک خالص سازي شوند، براي اين منظور نمک به روشهاي زير در صنايع تصفيه مي شود: تصفيه نمک به روش تبلور مجدد تصفيه نمک به روش SALEX
تصفيه نمک به روش تبلور مجدد
شناخته شده ترين روش تصفيه نمک ، روش تبلور مجدد است . از سنگ نمکي که براي تصفيه به روش تبلور مجدد استفاده مي شود، نمکي است که در خود به مقدار زيادي ناخالصي است . آناليز سنگ نمک نشان مي دهد که اين ماده داراي ٣٣.٩١ درصد وزني سديم ، ٥٤.٤٠ در صد وزني کلر، ١.٥٨٣ پتاسيم ، ١.٦٥٥ CaO و ٠.٠٥٣ در صد MgO که مجموعا چنين نمکي ٩٩.٩١٧ درصد است . سنگ نمک استحصال شده از معادن در اين مرحله در مخازن توسط آب حل مي شود که جهت تهيه آب نمک اشباع آماده مي شود قبل از اينکار لازم است سنگ نمک توسط دستگاههاي مخصوصي آسياب شوندمواد ناخالص غير محلول در آب نمک اشباع تهيه شده توسط فيلتر هاي مخصوص جدا مي شود.
شکل ١: طرح توليد نمک از سنگ نمک به روش کريستاليزاسيون مجدد
مواد ناخالص محلول در آب طي يک فرآيند ديگري به کمک مواد شيميايي حذف ميشوند. اين فرآيند، فرآيند تصفيه شيميايي نام دارد. روش تصفيه شيميايي به اين صورت است که پس از جداسازي مواد ناخالص نامحلول آب نمک ، محيط بوسيله سود (NaOH) قليايي ميشود و فلزاتي مثل Al, Fe, Ca, Mg در محيط قليايي بصورت اکسيد در آمده و رسوب مي کنند. بخصوص Al ,Fe که اکسيد هاي تقريبا نامحلول بوده وبراحتي از محيط خارج ميشوند. Ca و Mg که بصورت سولفات و کربنات در محيط وجود دارند طي واکنش هاي ريز رسوب مي کنند:
Ca2+ + 2 NaOH CaO + 2Na2+ + H2O
Mg2+ + 2 NaOH MgO + 2Na2+ + H2O
رسوبات ايجاد شده ، براي جداسازي از فيلتر عبور داده مي شوند، آب نمک حاصل با اسيد کلريدريک خنثي مي شود.
آب نمک طي فرآيندي که سيستم تبخير ناميده مي شود به کمک گرما يا با استفاده از بخار به مقدار زيادي تغليظ مي شود. آبگيري نهايي به مقدار زيادي در واحد سانتريفوژ انجام مي شود. نمکي که آبگيري شده است توسط خشک کن هاي دوار و يا تونل هاي حرارتي در دماي ٨٠ درجه سانتي گراد خشک مي شوند. اين فرآيند پس از سرند کردن و بر حسب نياز بسته بندي مي شود. در يک بررسي که روي ٢٠ نمونه انجام شد نتايج آناليز مربوطه به قبل و بعد از تصفيه نمک در زير آمده است :
جدول ١: آناليز شيميايي سنگ نمک قبل از فرآيند
جدول ٢: آناليز شيميايي نمک تصفيه شده بعد از فرآيند
تصفيه نمک به روش SALEX
اين روش که توسط کارشناسان سوئيسي در شرکت Krebs ابداع شده است . آنها فرآيندي را طراحي کردند که با اين روش نمک با خلوص بالا تهيه مي گردد.روش ابداعي به نام سالکس معروف است و فرآيندي براي بهبود استخراج ناخالصي از نمک مي باشد. SALEX پروسه اي است که در آن در سه مرحله :
Hyromilling -1
Hydro classification -2
Counter current washing -3
و با استفاده از آن مي توان به محصولي با خلوص بالاي ٩٩.٥ درصد رسيد.در اين پروسه سنگ نمک در واحد Hydromilling با نيروي برشي شکسته مي شود. شکستن با نيروي برشي باعث مي شود تا نمک از محل حبس ناخالصي که ضعيف ترين نقطه است شکسته شود. براي حذف ناخالصي هاي محلول جريان آرام آب نمک اشباع خالص در خلاف جهت حرکت کريستالهاي نمک حرکت مي کند. کريستال هاي نمک در اين مرحله کاملا در آب نمک اشباع غوطه ور مي گردند و ناخالصي هاي محلول زمان کافي براي حل شدن در محلول را دارند. همراه با حرکت کريستال هاي نمک ، ذرات ريز نمک حل شده ، روي سطح کريستالها مجددا متبلور مي شود. در اين صورت ضايعات نمک کمتر شده و کريستالهاي خالص تري بدست آيد و براي حذف ناخالصي هاي نامحلول ، آب نمک با فشار در خلاف جهت حرکت کريستالهاعبور مي دهند, سپس آنها را شناور سازي کرده ذرات ريز و ناخالصي ها از سرريز خارج مي گردند.
تصفيه نمک در اين روش به منبع مورد استفاده بستگي دارد، وقتي که نمک از محل هاي متفاوت مي رسد، بسته به ميزان خلوص و ميزان ناخالصي ها روش SALEX مورد استفاده متفاوت بوده و ميتوان از فرآيند هاي SALEX-C يا SALEX-F استفاده کرد. فرآيند SALEX-C عموما اقتصادي تر بوده و براي Solar Salt با حداقل خلوص استفاده مي شود.
شکل ٢: طرح تفکيک روش بر حسب نوع نمک خام مصرفي
Solar Salt نمکي است که محصول کريستاليزاسيون آب نمک است و ناخالصي ها بشکل محلول با غلظت بالا در آن وجود دارند. در مدت نگهداري در انبار نمک ، نمک شروع به جذب رطوبت مي کند، رطوبت جذب شده توسط نمک حدود ٣ درصد بوده و اين پديده به Rain washing يا Nutral purification معروف است و کلريد منيزيمي که سطح کريستال هاست جاذب رطوبت هوا بوده و رطوبت حاصل سديم کلريد را حل مي کند. جذب رطوبت با رقيق شدن ناخالصي ها و حل شدن آرام و تدريجي سديم کلرايد ذخيره شده و پخش آن به اطراف امکان پذير است ، که منجر به از دست رفتن سديم کلرايد به مقدار ١٠ تا ١٢ درصد مي شود. عموما، فرآيند شستشوي نمک تا ٦٠ درصد موثر است و نمک از دست رفته در اثر شستشو در اين شرايط ١٠ درصد است . چنانچه شستشوي نمک در محل استخراج نمک به شکل Nautral purification ادامه يابد، منجر به از دست رفتن کمتر از ٥ درصد نمک در انبار نمک مي شود که در مجموع نمک از دست رفته در حدود ١٥ درصد است . علاوه براين ، تفاوت درجه حرارت و رطوبت سبب مي شود که نمک در انبار هاي ذخيره نمک تحت شرايط ميکرو کريستاليزاسيون مجدد که در سطح کريستال راهم شده ، ناخالصي هاي موجود در سطح کريستال هاي سديم کلريد در شکاف بين آنها پوشيده شوند که با افزايش ناخالصي ها، تصفيه قابل حصول درون کريستال را مشکل تر مي شود. اين پديده معروف به :
"Old salt is more difficult to wash than fresh one" بوده و به اين معني نمک که : "کهنه نسبت به نمک تازه مشکلتر شسته مي شود".
از اين رو در فرآيند SALEX-B نمک تازه براي خالص سازي استفاده مي شود و در عين حال تصفيه سازي طبيعي (Nutral purification) موثر بوده و ضايعات مربوطه را حذف خواهد کرد.
