重曹

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背景

重曹は白色の結晶性粉末です（NaHCO ₃ ）重曹、重曹、炭酸水素ナトリウム、または酸性炭酸ナトリウムとして化学者によく知られています。酸性（炭酸）と塩基（水酸化ナトリウム）を組み合わせた酸性塩に分類され、弱アルカリとして他の化学物質と反応します。華氏300度（摂氏149度）を超える温度では、重曹は炭酸ナトリウム（より安定した物質）、水、および二酸化炭素に分解します。

重曹の本来の化学的および物理的特性は、洗浄、脱臭、緩衝、消火など、その幅広い用途を説明しています。重曹は、臭いをマスキングしたり吸収したりするのではなく、化学的に中和します。その結果、それは入浴剤および脱臭ボディパウダーで使用されます。重曹は、pHを下げる酸やpHを上げる塩基を溶液に加えても、pHを8.1（7は中性）に保つ傾向があります。錠剤化する能力により、制酸剤や義歯洗浄剤の優れた発泡性成分になります。重曹は、一部の歯垢防止マウスウォッシュ製品や歯磨き粉にも含まれています。重曹をペースト状のクリーナーとして使用したり、湿ったスポンジで乾かしたりすると、その結晶構造が穏やかな摩耗をもたらし、敏感な表面を傷つけずに汚れを取り除くのに役立ちます。その弱アルカリ性は、汚れや油脂に含まれる脂肪酸を、水に溶かして簡単にすすぐことができる石鹸の形に変える働きをします。重曹は、パンやパンケーキなどの焼き菓子を作る際の膨張剤としても使用されます。酸性剤（レモンジュースなど）と組み合わせると、二酸化炭素ガスが放出され、製品の細胞に吸収されます。ベーキング中にガスが膨張すると、セル壁も膨張し、発酵製品が生成されます。

その多くの家庭での使用に加えて、重曹はまた多くの産業用途を持っています。たとえば、重曹は加熱すると二酸化炭素を放出します。二酸化炭素は空気より重いので、酸素を遮断することで炎を窒息させることができ、重曹を消火器の有用な薬剤にします。 その他の用途には、大気汚染防止（二酸化硫黄やその他の酸性ガスの排出を吸収するため）、表面コーティングを除去するための研磨ブラスト、化学製品、皮なめし、油井掘削液（カルシウムを沈殿させ、潤滑剤として機能するため）、ゴムなどがあります。プラスチック製造、製紙、繊維加工、水処理（鉛やその他の重金属のレベルを下げるため）。

イギリスから輸入された重曹は植民地時代にアメリカで最初に使用されましたが、1839年までアメリカで生産されませんでした。1846年、コネチカットの医師であるオースティンチャーチとマサチューセッツ州の農民であるジョンドワイトが重曹を製造するニューヨーク。チャーチ博士の息子であるジョンは、バルカンスパイスミルズと呼ばれる工場を所有していました。ローマの鍛冶と火の神であるバルカンは腕とハンマーで表され、新しい重曹会社は腕とハンマーのロゴを独自のものとして採用しました。今日、重曹のArm＆Hammerブランドは、最も広く認識されているブランド名の1つです。

それを発明したフランスの化学者であるニコラ・ルブランにちなんで名付けられたルブラン法は、ソーダ灰を製造する最も初期の手段でした（Na ₂ CO ₃ ）、重曹が作られています。塩化ナトリウム（食卓塩）を硫酸で加熱し、硫酸ナトリウムと塩酸を生成しました。次に、硫酸ナトリウムを石炭と石灰石とともに加熱して、炭酸ナトリウムまたはソーダ灰を形成しました。

1800年代後半、ベルギーの化学技術者であるErnestSolvayによってソーダ灰を製造する別の方法が考案されました。ソルベイ法はすぐに米国で採用され、ルブラン法に取って代わりました。ソルベイプロセスでは、二酸化炭素とアンモニアが塩化ナトリウムの濃縮溶液に送られます。粗重炭酸ナトリウムが沈殿し、加熱されてソーダ灰を形成します。その後、さらに処理および精製されて、 United States Pharnacopoeia の重炭酸ナトリウムが形成されます。 （U.S.P.）純度。

重曹灰を製造するこの方法は広く使用されていますが、プロセスで使用される化学物質は汚染物質であり、廃棄の問題を引き起こすため、問題もあります。別の方法は、天然鉱床であるトロナ鉱石からソーダ灰を精製することです。

原材料

ベーキングソーダ、または重炭酸ナトリウムは、ソルベイ法によって得られたソーダ灰、または硬い結晶性材料であるトロナ鉱石から得られます。トロナは、ワイオミング州グリーンリバー周辺の土地が600平方マイル（1,554平方キロメートル）の湖に覆われていた5000万年前にさかのぼります。時間の経過とともに蒸発するにつれて、この湖は砂岩と頁岩の層の間に純粋なトロナの2,000億トンの堆積物を残しました。グリーンリバー流域の堆積物は、何千年もの間、ソーダ灰と重曹に対する全世界のニーズを満たすのに十分な大きさです。

ソルベイ法で使用される合成プロセスはいくつかの汚染問題を提示したため、Church＆Dwight Co.Inc。はますますその製造をトロナ採掘に基づいています。ソーダ灰のもう1つの大手生産者であるFMCCorporationも、トロナを利用してソーダ灰と重曹を製造しています。 Tronaは、地表から1,500フィート（457.2メートル）下で採掘されています。 FMCの坑道には、約2,500（4,022.5 km）マイルのトンネルがあり、24平方マイル（62平方キロメートル）をカバーしています。幅15フィート（4.57メートル）、高さ9フィート（2.74メートル）のこれらのトンネルは、必要な機器や車両がトンネルを通過できるようにします。

製造
プロセス

ソーダ灰を作る

• 1ソーダ灰は、ソルベイ法を使用して化学的に製造することも、トロナ鉱石から製造することもできます。トロナ鉱石を使用する場合は、最初に採掘する必要があります。トロナ鉱石は地表に出た後、さまざまな加工工場に運ばれます。そこで、鉱石は、実際にソーダ灰（炭酸ナトリウム）と重曹（重曹）の両方を含む中間ソーダ灰製品であるセスキ炭酸ナトリウムのスラリーに精製されます。

重曹を作る

• 2次に、中間ソーダ灰溶液を遠心分離機に入れ、結晶から液体を分離します。次に、結晶をロータリーディゾルバー内の重炭酸塩溶液（製造業者によって製造されたソーダ灰溶液）に溶解し、それによって飽和溶液になる。この溶液をろ過して不溶性物質を除去し、次に供給タンクを介して炭酸化塔の上部にポンプで送ります。
• 3精製された二酸化炭素が塔の底に導入され、圧力下に保持されます。飽和ナトリウム溶液が塔内を移動すると、冷却されて二酸化炭素と反応し、重炭酸ナトリウムの結晶を形成します。これらの結晶は塔の底に集められ、別の遠心分離機に移され、そこで過剰な溶液（ろ液）がろ過されます。次に、結晶を重炭酸塩溶液で洗浄し、すぐに乾燥できるケーキ状の物質を形成します。遠心分離機から除去されたろ液はロータリーディゾルバーにリサイクルされ、そこでより多くの中間ソーダ灰結晶を飽和させるために使用されます。
• 4次に、洗浄されたフィルターケーキは、連続ベルトコンベヤーまたはフラッシュドライヤーと呼ばれる垂直チューブドライヤーのいずれかで乾燥されます。 Church＆Dwight Companyによると、このプロセスからの理論的収率は90〜95％であり、製造された重曹は99％以上純粋です。

重曹の製造プロセスの図。プロセスの重要なステップは、炭酸化塔で発生します。ここで、飽和ソーダ灰溶液は塔の上部から下に移動します。落下すると、溶液は冷却され、二酸化炭素と反応して重曹の結晶を形成します。これは重曹です。ろ過、洗浄、乾燥後、結晶を粒度別に分類し、適切に包装します。

さまざまなグレードの並べ替えと保存

• 5次に、重曹の乾燥結晶は、粒子サイズによってさまざまなグレードに分けられます。重曹の標準グレードと特別グレードは、顧客の特定の要件を満たすように製造されており、粒子サイズがグレードの主要な決定要因です。粉末＃1と細粒＃2は、食品、化学薬品、医薬品で幅広い用途があります。粒状グレード＃4および＃5は、食品やドーナツ、洗浄剤、医薬品、およびその他の多くの製品に含まれています。工業用グレードの重炭酸ナトリウムは、油井掘削液、消火材料、水処理など、さまざまな用途で使用されています。
• 6各グレードは、製品を「硬化」させるために雰囲気、二酸化炭素、および水分含有量が制御されている保持ビンに送られます。硬化すると、グレードをパッケージ化して出荷する準備が整います。

品質管理

重曹の品質は、製造工程のあらゆる段階で管理されています。材料、設備、およびプロセス自体は、可能な限り最高品質の重炭酸ナトリウムを生成するように選択されます。 FMCの情報筋によると、同社がプラントを建設する際、医薬品グレードの重炭酸ナトリウムを製造するための厳しい品質要件に適合する材料と設備を選択しました。 FMCは統計的プロセス制御も使用します （SPC）毎日の品質を不変に維持し、プロセス制御を維持するために主要な操作パラメーターをグラフ化します。製品の品質パラメータはロット番号で記録され、サンプルは2〜3年間保管されます。

すべての米国グレードは米国薬局方および食品化学コーデックスに適合しています 医薬品および食品用途で使用するための仕様。さらに、食品グレードの重炭酸ナトリウムは、一般に安全と認められている物質として米国食品医薬品局によって指定された要件を満たしています。 （GRAS）。

未来

20世紀の変わり目に、年間53,000トン（48,071メートルトン）の重曹が販売されました。人口は劇的に増加しましたが、1990年までの売上高は年間約32,000トン（29,024メートルトン）に減少しました。自家粉とケーキとビスケットの混合物は、重要なベーキング成分としての重曹の需要を減らしました。それにもかかわらず、製品の需要は依然として重要です。商業パン屋（特にクッキーメーカー）は、この製品の主要なユーザーの1人です。重曹の最も重要な属性の1つは、熱にさらされると二酸化炭素ガス（CO ₂ ）を放出することです。 ）焼き菓子を盛り上げます。重曹は製薬および健康産業でも使用されており、他の産業用途もあります。したがって、それは今日そして将来のために重要な製品であり続けます。