في الكيمياء إن كربونات البوتاسيوم وفي الإنجليزية (potassium carbonate) هو عبارة عن عبارة واحد من المركبات غير العضوية وهو قابل للذوبان في الماء ومشتق بشكل أساسي من البوتاس، يمتلك الصيغة الجزيئية التالية (K2CO3)، يتم تحضيره صناعيًا من خلال تفاعل مركب هيدروكسيد البوتاسيوم مع ثاني أكسيد الكربون، ويتبلور المحلول من أجل عملية تكوين مادة هيدرات البوتاس، والتي من الممكن أن يتم تسخينها أكثر من 200 درجة مئوية من أجل عملية إنتاج الملح اللامائي.
كربونات البوتاسيوم
- تظهر مادة كربونات البوتاسيوم (الصيغة الجزيئية: K2CO3)، والمعروفة أيضًا باسم البوتاس أو رماد اللؤلؤ، كمسحوق أبيض أو بلور صلب عديم اللون مع طعم مالح ومذاق لذيذ، ومن الممكن إذابته في الماء لتشكيل محلول قلوي قوي، ومع ذلك فهو غير قابل للذوبان في المذيبات العضوية مثل الإيثانول.
- تمتلك مادة كربونات البوتاسيوم تطبيقات واسعة، وعلى سبيل المثال فإنه يمكن استخدامها كعامل تجفيف وعامل تخزين مؤقت ومصدر للبوتاسيوم في المختبر، ويمكن استخدامها أيضًا في صناعة طفايات الحريق والصابون والزجاج وتليين المياه، وبالإضافة إلى ذلك فإنه يتم استخدامها أيضًا أثناء إنتاج مسحوق الكاكاو لموازنة الرقم الهيدروجيني.
- علاوة على ذلك فإنه يمكن توفيره للأقراص الفوارة التي يمكن أن توفر البوتاسيوم بسهولة عندما تكون هناك مستويات منخفضة من البوتاسيوم في الدم للمرضى بسبب أنواع مختلفة من العوامل، وفي الصناعة فإنه يتم تصنيع كربونات البوتاسيوم على الرغم من إجراء التحليل الكهربائي لكلوريد البوتاسيوم أولاً لتوليد هيدروكسيد البوتاسيوم متبوعًا بالتفاعل مع ثاني أكسيد الكربون لاشتقاق المنتج.
- إن مادة كربونات البوتاسيوم سامة عند ملامسة العين والاستنشاق والابتلاع، وبالنسبة للفئران فإن الجرعة المميتة النصفية عن طريق الفم تبلغ 1870 مجم / كجم، علما أنه يمتلك تأثيرات مزمنة على الإنسان، حيث أنه يتسبب في تلف الأغشية المخاطية والجلد والعينين.
- إن كربونات البوتاسيوم ينتمي إلى (monoclinic)، وهو عبارة عن مسحوق أبيض أو بلور حبيبي، وهو قابل للذوبان في الماء بسهولة ولكنه غير قابل للذوبان في كلا من الكحول والأثير، وكربونات البوتاسيوم أو ما يعرف بالبوتاس أو رماد اللؤلؤ عبارة عن مادة صلبة بيضاء، قابلة للذوبان، يتكون أولا في الرماد عند حرق المواد النباتية وثانيا عن طريق تفاعل محلول هيدروكسيد البوتاسيوم والكمية المطلوبة من ثاني أكسيد الكربون.
- كربونات البوتاسيوم عبارة عن ملح أبيض بلوري يشكل المحاليل المائية الأساسية المستخدمة في إنتاج الأسمدة والزجاج والسيراميك والمتفجرات والصابون والمواد الكيميائية ومعالجات الصوف، وكان المركب الرئيسي المشار إليه سابقًا باسم البوتاس، على الرغم من أن المصطلح اليوم ليس مخصصًا حصريًا لكربونات البوتاسيوم ولكن للعديد من أملاح البوتاسيوم، وفي صناعة الأسمدة يشير البوتاس إلى أكسيد البوتاسيوم (K2O) بدلاً من كربونات البوتاسيوم.
استخدامات كربونات البوتاسيوم
- من الممكن أن يتم استخدام كربونات البوتاسيوم كعامل قلوي ومكيف للعجين ويمكن أيضًا أن تمنع توتر المعكرونة، كما ويمكن تطبيقه على طعام المعكرونة، ويمكن استخدامه لإنتاج الزجاج البصري ويمكن أن تزيد من الشفافية والقوة والكفاءة المشتركة الانكسارية للزجاج.
ويمكن استخدامه أيضًا في إنتاج أقطاب اللحام ويمكن أن يمنع ظاهرة كسر القوس أثناء اللحام، كما ويمكن استخدامه لإنتاج أصباغ الحوض والصباغة والتفريغ الأبيض لصباغة الثلج، وكممتص لإزالة كبريتيد الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون، وعند مزجه مع رماد الصودا فإنه يمكن استخدامه كعامل إطفاء مسحوق جاف.
- يمكن أيضًا استخدام كربونات البوتاسيوم كمواد مساعدة للأسيتون وإنتاج الكحول ومضادات الأكسدة في إنتاج المطاط، ويمكن استخدام محلولها المائي لتنظيف القطن وإزالة الشحوم من الصوف. بالإضافة إلى ذلك، كما ويمكن استخدامه أيضًا في إنتاج الأحبار والأدوية للتصوير والبوليستر والطلاء الكهربائي والجلود والسيراميك ومواد البناء والكريستال وصابون البوتاسيوم والأدوية.
وتُستخدم بشكل أساسي كمواد خام لإنتاج غلاف زجاجي منظار كينيسكوب وتستخدم على نطاق واسع كمواد خام للزجاج ومواد زجاجية خاصة بالإضافة إلى استخدامها لإزالة الكربون من الأسمدة الكيماوية.
- تستخدم كربونات البوتاسيوم بشكل أساسي في إنتاج الزجاج والسيراميك، ولصنع الزجاج البصري والزجاج المستخدم لشاشات الفيديو في أجهزة التلفزيون وأجهزة الكمبيوتر والأواني الزجاجية للمختبرات، ويتم استخدامها في أكواب معينة بدلاً من كربونات الصوديوم الأرخص ثمناً بسبب توافقه بشكل أفضل مع أكاسيد الرصاص والباريوم والسترونتيوم المدمجة في هذه الزجاجات.
وتعمل هذه الأكاسيد على خفض درجة انصهار الزجاج وتنتج زجاجًا أكثر ليونة، وتحتوي كربونات البوتاسيوم على معامل انكسار أعلى من كربونات الصوديوم مما ينتج زجاجًا أكثر لمعانًا، وهي عبارة عن تدفق شائع مقترن بثاني أكسيد التيتانيوم لإنتاج فريتات تستخدم في السيراميك، وفي مزيج التزجيج، وله دور كعامل مساعد وسماد ومثبط للهب، كما ويقدم قدرة كبيرة على امتصاص الرطوبة.
أسلوب الإنتاج لكربونات البوتاسيوم
- أولا: طريقة التبادل الأيوني، يطلق عليها محلول 250 جم / لتر مع إضافة كمية قليلة من كربونات البوتاسيوم لإزالة أيونات الكالسيوم والمغنيسيوم، ويتم أيضًا تحضير محلول بيكربونات الأمونيوم بتركيز 200 جم / لتر في الماء، قم بتمرير محلول كلوريد البوتاسيوم من خلال تيار معاكس إلى عمود التبادل الأيوني، لجعل راتينج الصوديوم (R-Na) يصبح بوتاسيوم من النوع (RK)، اغسل أيون الكلور داخل فجوة الراتينج الناعم، بعد الانتهاء من الغسيل ضع محلول بيكربونات الأمونيوم في اتجاه مجرى النهر في عمود تبادل الراتينج مما يجعل الراتنج يصبح أمونيوم من النوع (R-NH4) وتحصل على محلول مخفف مختلط من بيكربونات البوتاسيوم وبيكربونات الأمونيوم.
- تمر بالتبخر مرة واحدة لتحلل بيكربونات الأمونيوم، وتتبخر مرة أخرى لتحلل معظم بيكربونات البوتاسيوم إلى كربونات البوتاسيوم، ثم يتم ترشيح بلورة كلوريد البوتاسيوم المترسبة وإزالتها بعد التبريد، ثم قم بالتبخير لمدة ثلاث مرات حتى تصل إلى 54 درجة مئوية ثم قم بالتصفية لإزالة الملح المركب من البوتاسيوم والصوديوم، وعرض المحلول إلى كربونات لتحويل كربونات البوتاسيوم إلى بيكربونات البوتاسيوم، ثم الذهاب أبعد من ذلك من خلال التبلور والفصل والغسيل والتكلس للحصول على المنتج النهائي، خطوات التفاعل على النحو التالي:
R-Na + KCl → R-K + NaCl
R-K + NH4HCO3 → R-NH4 + KHCO3
2KHCO3 → K2CO3 + CO2 ↑ + H2O
- ثانيا، طريقة لوبلان: يتم خلط البوتاسيوم والفحم والحجر الجيري بنسبة معينة وإضافة الماء والتقليب حيث يتم الحفاظ على كلوريد البوتاسيوم بنسبة 6٪ إلى 8٪ ويتم الاحتفاظ بملح الصوديوم بنسبة 8٪ إلى 10٪ ثم يخضع للتكلس عند 900 ~ 1000 للحصول على الرماد الأسود، ويتم طحن الرماد الأسود ويخضع لاستخراج الماء الساخن، ويخضع الغمر أيضًا للتبخر لترسيب جزء من كبريتات البوتاسيوم غير المحولة، ثم يتم إرساله أيضًا إلى برج الكربنة لعملية الكربنة المسبقة بعد الفصل.
- أضف برمنجنات البوتاسيوم إلى محلول الكربنة لإزالة الشوائب المترسبة من الألومنيوم والسيليكون والحديد، ثم يتم تبخير ناتج الترشيح من أجل ترسيب كربونات البوتاسيوم وملح مركب الصوديوم والشوائب، ويخضع محلول التصفية لمزيد من الكربنة الثانوية للحصول على بلورات كربونات البوتاسيوم الخام، كما أنه يمر بالترشيح والغسيل بالماء والمزيد من التكليس عند 500 ~ 600 للحصول على منتج كربونات البوتاسيوم النهائي، عمليات رد الفعل هي:
K2SO4 + 2C + CaCO3 → K2CO3 + CaS + 2CO2 ↑
K2CO3 + CO2 + H2O → 2KHCO3
2KHCO3 → K2CO3 + CO2 ↑ + H2O
- ثالثا، طريقة إعادة التبلور: إذابة كربونات البوتاسيوم من الدرجة التقنية في الماء المقطر لتنقية المحلول، وإزالة الشوائب من خلال الترشيح، ويخضع المرشح كذلك للتركيز عن طريق التبخر وتبلور التبريد والطرد المركزي، ثم التجفيف للحصول على المنتج النهائي من كربونات البوتاسيوم اللامائية.
